Прилад для розпаралелювання і обробки аналогових сигналів від детекторів ядерного випромінювання

Прилад для розпаралелювання і обробки аналогових сигналів від детекторів ядерного випромінювання, що містить попередній зарядовочутливий підсилювач, N формуючих каналів, N аналого-цифрових перетворювачів і мікроконтролер, який відрізняється тим, що додатково містить (N+1) диференціюючих ланцюжків, N електронних ключів, N електронних перемикачів, N повторювачів, N інверторів, N суматорів, N антиалайзингових фільтрів, N комутованих інтеграторів, аналоговий комутатор, швидкий формуючий підсилювач, при цьому вихід попереднього зарядово-чутливого підсилювача підключено до входу першого диференціюючого ланцюжка і до входу швидкого формуючого підсилювача, вихід останнього підключено до вхо ду мікроконтролера, а вихід першого диференціюючого ланцюжка підключено до підсилювача, вихід підсилювача підключено до входів N електронних ключів, вихід і-того (і = 1, 2, N) електронного ключа підключено до входу ітого повторювача та першого входу і-того суматора, в свою чергу, вихід і-того повторювача підключено до першого входу електронного комутатора, вихід якого підключено до другого входу ітого суматора, другий вхід електронного комутатора підключено до і-того диференціюючого ланцюжка, вихід якого підключено до входу і-того інвертора, вихід якого підключено до другого входу (і+1)-го суматора, вихід N-ro інвертора підключено до другого входу 1-го суматора, вихід і-того суматора підключено до входу і-того антиалайзингового фільтра, вихід якого підключено до входу і-того комутованого інтегратора, вихід якого підключено, ВІДПОВІДНО, до і-того входу аналогового комутатора, вихід останнього підключено до входу аналого-цифрового перетворювача, вихід якого через внутрішню магістраль підключено до мікроконтролера, який через зовнішню магістраль підключено до ЕОМ ю C O Галузь техніки Прилад відноситься до галузі ядерної електроніки і призначений для розпаралелювання аналогових сигналів в спектрометрах ядерного випромінювання Прилад може бути використано в наукових дослідженнях, ядерній енергетиці, радіаційній екологи, в численних технологічних процесах, де застосовується ядерне випромінювання Рівень техніки Статистичний характер ядерного випромінювання і властивості системи формування сигналів в спектрометричному тракті спричиняють явища накладання імпульсів і зміщення постійної складової в процесі аналогової обробки сигналів детекторів елементарних частинок Ці явища значно погіршують енергетичну роздільну здатність спектрометру із збільшенням інтенсивності випромінювання, навіть до повного зникнення МОНОЛІНІЙ в спектрі та зупинки процесу О реєстрації ВІДОМІ пристрої для режекцм накладених імпульсів та поновлення постійної складової в спектрометрах ядерного випромінювання Ретельний аналіз схемотехніки і роботи таких пристроїв виконано в роботі [1] ВІДОМІ методи режекцм полягають у вилучені з процесу аналізу спотворених ефектами накладання імпульсів, що призводить до втрати інформації та збільшення статистичних похибок Поновлення постійної складової здійснюється шляхом введення ЛІНІЙНОГО або нелінійного зворотного зв'язку, причому динамічні властивості елементів зворотного зв'язку в певній мірі погіршують енергетичну роздільну здатність спектрометру при зростанні інтенсивності вхідних сигналів Відомий прилад для паралельної обробки сигналів (чотири канали) в спектрометрі ядерного ю 50354 випромінювання який складається із попереднього зарядово-чутливиого підсилювача (ПЗЧП), 4-х спектрометричних формуючих підсилювачів (СФП), 4-х аналого-цифрових перетворювачів (АЦП) і управляючого блока (контролера) Сигнал детектора після підсилення в ПЗЧП подається на чотири паралельних канали В кожному з каналів він проходить процес індивідуальної аналогової обробки в тракті СФП - АЦП Кожний СФП має індивідуальну постійну часу Мікроконтролер проводить попередню обробку даних з 4-х АЦП, а результат надсилає до персонального комп'ютера (ПК) При цьому обробляються тільки поодинокі імпульси, накладені сигнали тільки погіршують спектр, а деяка їх частина може вилучатися [2] Автори обрали цей прилад як прототип Основні недоліки прототипу Звичайна режекція накладених імпульсів веде до втрати інформації внаслідок вилучення таких подій з подальшого аналізу Прототип не розділяє накладені імпульси, а багатоканальність (всього 4 канали) застосовано тільки для підвищення якості обробки поодиноких імпульсів Тобто із збільшенням інтенсивності вхідних сигналів спостерігається значне погіршення енергетичної роздільної здатності спектрометра і втрачається частина корисної інформації, що не дозволяє адекватно аналізувати високо інтенсивні потоки випромінювання Мета винаходу полягає в тому, щоб при застосуванні N каналів для аналогової обробки інформації з детектора ядерного випромінювання розпаралелити накладені імпульси для їх індивідуальної обробки в окремих каналах і за рахунок цього а) значно підвищити робочі частоти накопичення інформації, б) обмежити погіршення енергетичної роздільної здатності із збільшенням інтенсивності сигналів з детекторів ядерного випромінювання, в) усунути необхідність режекцм накладених імпульсів, тобто зберігати значну КІЛЬКІСТЬ інформації, яка раніше втрачалася для аналізу, і таким чином значно підвищити експресність спектрометричної системи, г) усунути проблему стабілізації постійної складової в спектрометричному тракті Для досягнення цієї мети в прилад, який містить попередній зарядово-чутливий підсилювач, 4 формуючих підсилювача, 4 аналогово-цифрових перетворювача та контролер додаються N+1 диференцюючих ланцюжків, N електронних ключів, N електронних перемикачів, N повторювачів, N інверторів, N суматорів, N антіалайзінгових фільтрів, N комутованих інтеграторів, аналоговий комутатор, швидкий формуючий підсилювач при чому вихід попереднього зарядово-чутливого підсилювача підключено до входу першого диференцюючого ланцюжка і до входу швидкого формуючого підсилювача, вихід останнього підключено до входу мікроконтроллера, а вихід першого диференцюючого ланцюжка підключено до підсилювача, вихід підсилювача підключено до входів N електронних ключів, вихід і-того (і = 1, 2, N) електронного ключа підключено до входу і-того повторювача та першого входу і-того суматора, в свою чергу, вихід і-того повторювача підключено до першого входу електронного комутатора, вихід якого підключено до другого входу і-того суматора, другий вхід електронного комутатора підключено до і-того дифференцюючого ланцюжка, вихід якого підключено до входу і-того інвертора, вихід якого підключено до другого входу і+1-го суматора, вихід N-того інвертора підключено до другого входу 1-го суматора, вихід і-того суматора підключено до входу і-того антіалайзінгового фільтру, вихід якого підключено до входу і-того комутованого інтегратора, вихід якого підключено, ВІДПОВІДНО, до і-того входу аналогового комутатора, вихід останнього підключено до входу аналого-цифрового перетворювача, вихід якого через внутрішню магістраль підключено до м ікро контролера, який через зовнішню магістраль підключено до ЕОМ На Фіг 1 показано блок-схему приладу, що заявляється Блок-схема приладу містить попередній зарядово-чутливий підсилювач (17), перший диференцюючий ланцюжок (1), підсилювач (2), N електронних ключів (3), N повторювачів (4), N електронних перемикачів (5), N інверторів (6), N диференцюючих ланцюжків (7), N суматорів (8), N антіалайзінгових фільтрів (9), N комутованих інтеграторів (10), аналоговий комутатор (11), аналогоцифровий перетворювач (12), внутрішню магістраль (13), мікроконтроллер (14), швидкий формуючий підсилювач (16) Прилад, що заявляється (прилад для розпараллелювання і обробки аналогових сигналів детекторів ядерного випромінювання) працює таким чином Сигнали з детектора ядерного випромінювання підсилюються попереднім зарядовочутливим підсилювачем (ПЗЧП) (17) 3 виходу ПЗЧП сигнали подаються на швидкий формуючий підсилювач (16) і перший диференцюючий ланцюжок (1) Далі сигнали підсилюються до необхідної амплітуди в підсилювачі (2) і подаються на N ідентичних каналів Факт і момент часу появи імпульсу визначаються швидким формуючим підсилювачем (16) Інтервал часу між імпульсами вимірюється і аналізується м ікро контроллером (14) Розглянемо два випадки 1) Накладень імпульсів немає Поодинокі імпульси (мають місце при досить малих інтенсивностях вхідних сигналів або при роботі від тестового генератора точної амплітуди імпульсів певної частоти (не стахостичного)) проходять аналогову обробку в одному каналі (і=1) На Фіг 2 наведено форми сигналів (U-i, U2, U3) для цього випадку в різних точках приладу Ui - сигнал на виході підсилювача (2) Він проходить звичайну аналогову обробку і на виході антіалайзінгового фільтру має форму ІІ2 При цьому він повторюється повторювачем (4-і) вихід якого через електронний перемикач (5-і) підключено до диференцюючого ланцюжка (7-і) , таким чином, що точна копія сигналу ІІ2 через інвертор (6-і) приходить на вхід суматора (82) другого каналу Другий та ІНШІ канали не працюють якщо ВХІДНІ сигнали не перекриваються Далі, під управлінням мікроконтролера, сигнал інтегрується за інтервал часу t2-ti Напруга ІІз, отримана в результаті інтегрування, протягом часу t3-t2 зберігається на виході інтегратора В цей час мікроконтролер (14) підключає вихід інтегратора через аналоговий комутатор (11) на вхід АЦП 50354 (12) і число, отримане в результаті перетворення в АЦП, по внутрішній магістралі зчитується в мікро контролер (14) 2) Накладено два імпульси Цей факт визначає мікроконтролер шляхом вимірювання інтервалу часу At між двома послідовними сигналами швидкого формуючого підсилювача (16) Якщо цей інтервал більше ніж t3-ti (інтервал інспекції накладень), то імпульси вважаються не накладеними В протилежному випадку сигнал має вигляд ІЦ, тобто At