多道脉冲幅度分析仪

基于FPGA的数字核脉冲处理硬件平台设计作者：崔辰元曾卫华陈宏徐奥来源：《现代电子技术》2013年第18期摘要：为了研究数字化γ能谱仪，采用现场可编程逻辑部件（FPGA），完成数字多道脉冲幅度分析仪的硬件设计。

用QuartusⅡ软件在FPGA平台上完成了数字核脉冲的幅度提取并生成能谱。

在此基础上通过电路设计建立了数字化能谱测量实验装置，实测了137Cs的能谱，测量结果与相同条件下的模拟能谱仪的实测谱完全吻合。

由此证明基于FPGA的数字多道脉冲幅度分析器硬件设计正确可行，具有实用性。

关键词：数字核脉冲处理算法； FPGA；高速AD；寻峰中图分类号： TN919⁃34； TL822.4 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）18⁃0115⁃03多道脉冲幅度分析仪和射线能谱仪是核监测与和技术应用中常用的仪器。

20世纪90年代国外就已经推出了基于高速核脉冲波形采样和数字滤波成型技术的新型多道能谱仪，使数字化成为脉冲能谱仪发展的重要方向。

国内谱仪技术多年来一直停留在模拟技术水平上，数字化能谱测量技术仍处于方法研究阶段。

为了满足不断增长的高性能能谱仪需求，迫切需要研制一种数字化γ能谱仪。

通过核脉冲分析仪显示在显示器上的核能谱帮助人们了解核物质的放射性的程度。

1 数字多道分析仪的优势国内很大一部分学者采用核谱仪模拟电路的方式实现脉冲堆积的处理。

由于整个过程都是由模拟电路来实现，所以一直受到多种不利因素的困扰：模拟滤波成形电路有限的处理能力达不到最佳滤波的要求；模拟系统在高计数率下能量分辨率显著下降，脉冲通过率低；模拟电路固有的温漂和不易调整等特点，导致系统的稳定性、线性及对不同应用的适应性不高；在脉冲波形识别、电荷俘获效应校正等更复杂的应用场合模拟系统无法胜任[1]。

相比来看，数字脉冲幅度分析系统的性能显著优于模拟脉冲分析器。

数字分析器有以下几点优点：通过软件实现，提高了系统的稳定性与可靠性；可以利用数字信号处理方法针对输入噪声特点实现优化设计，达到最佳或准最佳滤波效果；处理速度快，反堆积能力强，相同能量分辨率下脉冲通过率更高；参数由程序控制，调整方便、简单[2]。

一种简便的脉冲幅度测量法
郭伟民;陈曙光
【期刊名称】《工程物理研究院科技年报》
【年(卷),期】2004(000)001
【摘要】最方便而又直观的脉冲幅度测量方法是采用示波器测量，其测量不确定度一般为10-2量级。

如果需要进一步提高测量准确度，则可以采用需专用设备与对应直流电压进行比较的方法或直接测量脉冲顶值或底值的高采样数表法。

文中介绍一种基于比较法原理，采用常规仪器——数字示波器、直流电压源和数字多用表即可实现脉冲幅度准确测量的方法。

【总页数】1页(P252)
【作者】郭伟民;陈曙光
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TM935.43
【相关文献】
1.一种正确而简便的白度测量法 [J], 寿汉英
2.一种精确而简便的玻璃微电极阻值测量法 [J], 翟永安;李思本
3.一种改进的脉冲幅度比较测量法 [J], 郭伟民;陈曙光
4.龈下温度测量法：一种快速简便无创的牙周评估方法 [J], 邱宜农;袁东辉
5.一种精确而简便的玻璃微电极阻值测量法 [J], 翟永安;李思本
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

1．说明：核辐射探测器辐射探测器是将入射射线的信息(能量、强度、种类等)转换成电信号或其它易测量信号的转换器，即传感器或换能器。

是用来对核辐射和粒子的微观现象，进行观看和研究的传感器件﹑装置或材料。

2．核辐射探测的要紧内容有哪些？辐射探测的要紧内容有：记录入射粒子的数量(射线强度)，测定射线的种类，确信射线的能量等。

应用要求不同，探测的内容可能不同，利用的辐射探测器也可能不同。

3．常见的核辐射探测器按工作原理可分成哪几类？常见的辐射探测器，按工作原理可分成以下几类:①利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器，例如，电离室、半导体探测器等。

②利用射线通过物质产生荧光现象做成的探测器，例如，闪烁计数器。

③利用辐射损伤现象做成的探测器，例如，径迹探测器。

④利用射线与物质作用产生的其他现象，例如，热释光探测器。

⑤利用射线对某些物质的核反映、或彼此碰撞产生易于探测的次级粒子做成的探测器，例如，中子计数管。

⑥利用其他原理做成的辐射探测器。

4．闪烁计数器由哪几个部份组成？答：闪烁计数器由闪烁体和光电倍增管等组成。

5．核辐射探测器输出的脉冲，其哪些参量与射线强弱、能量大小有着什么样的定性关系？入射射线强时，单位时刻内产生的脉冲数就多一些；入射粒子能量大时，产生的光子就多，脉冲幅度就大一些，从这些情形即可测知射线的强度与能量。

6．对用作核辐射探测器的闪烁体有哪些要求？①闪烁体应该有较大的阻止本领，如此才能使入射粒子在闪烁体中损耗较多的能量，使其更多地转换为光能，发出较亮的闪光。

为此，闪烁体的密度及原子序数大一些对测量γ射线是适合的。

②闪烁体应有较大的发光效率(也称转换效率)。

③闪烁体对自己发出的光应该是透明的，如此，闪烁体射出的光子能够大部份(或全数)穿过闪烁体,抵达其后的光电倍增管的阴极上，产生更多的光电子。

④闪烁体的发光时刻应该尽可能短。

闪烁体的发光时刻越短，它的时刻分辨能力也就越强，在必然时刻距离内，能够观测的现象也就更多，能够幸免信号的重叠。

放射免疫分析摘要：放射免疫技术（radio immunoassay ,RIA）类型主要包括经典的放射免疫分析(radioimmunoassay, RIA)和免疫放射分析或免疫放射度量分析( immunoradiometric assay，IRMA)。

由于受接触放射性物质，损害操作人员的身体，测定完成后放射性材料的处置等问题的存在,再加上80年代初出现的非同位素标记技术得到了极大的发展和广泛应用，放射免疫技术的应用有下降的趋势。

0引言：放射性核素依衰变方式分α、β、γ三种，用于放射性标记的有β和γ两类;分别用液体闪烁计数器及γ计数器测定。

目前常用的是γ型放射性核素，如125I、131I、51Cr和60Co，以125I最常用；β型放射性核素有3H、14C和32P，以3H最常用。

关键词：结构，原理，临床应用1检测的基本结构原理、结构及其探测原理核射线探测仪器由射线探测器和后续电子学单元两大部分组成。

核射线探测器是个能量转化器，其检测原理是当射线作用于闪烁体，闪烁体吸收了射线的能量而引起闪烁体中的原子或分子激发，当受激的原子或分子退激时，则发出光子进入光电倍增管光阴极，转换为光电子，光电子在光电倍增管电场作用下到达阳极，形成电脉冲。

转换模式是放射能→光能→电能→脉冲。

液体闪烁测量是在闪烁杯内进行的，放射性样品主要被溶剂和闪烁剂分子包围，射线能量先被溶剂分子吸收，受激溶剂分子退激时释放出能量激发闪烁剂，当激发态回到基态时释放出光子到达光阴极，光阴极产生光电子，在光电倍增管的电场作用下，在阳极获得大量电子，形成脉冲信号，输入后读分析电路形成数据信号，最后由计算机数据处理，求出待测抗原含量。

放射性活度测定方法放射免疫分析中经抗原抗体反应和B、F分离后通过检测放射性量来反映待测物的含量。

放射性量的检测需特殊的仪器，放射免疫分析仪实际上就是进行放射性量测定的仪器。

测量仪器有两类，即晶体闪烁计数仪（主要用于检测γ射线，如125I、131I、57Cr等）和液体闪烁计数仪（主要用于检测β射线，如3H、32P、14C等）。

闪烁γ能谱仪工作过程的实验设计刘超卓;孙立杰;牛法富【摘要】In the current course of modern physics experiments in universities, the integrated measurement apparatus is generally used for the measurement of gamma energy spectrum, which is difficult for the students to understand the principles of the gamma detection process. Here, an Nal crystal scintillation counter head, a pulse amplifier, single-channel pulse-amplitude analyzer and a counter are adopted to contracture a device for measuring energy spectrum that can be used to survey the process of gamma energy spectrum obtaining. The nature of electronics input and output signals can be observed with the oscillograph. Through statistical analysis of the amplitude of varying pulses, the energy spectrum can be obtained. In comparison with the manual result, the smooth energy spectrum is brought by using the multiple-channel pulse-amplitude analyzer. This management does help the students to understand the acquisition process of energy spectrum more clearly and visually.%目前高校近代物理实验中,对γ能谱的测量仅采用集成一体化的能谱测量仪,学生在实验过程中很难真正了解γ能谱测量的原理.针对此现象,采用NaI单晶闪烁探头、放大器、单道脉冲幅度分析器和定标器,搭建了能谱测量装置,进行γ能谱的获得过程的认知和研究.用示波器观察各电子设备的输入和输出端信号的变化特征,对不同幅度的脉冲进行统计分析获得能谱,并与现行多道分析器的光滑曲线结果进行了比较,这种安排使学生更清晰、直观地了解γ能谱的获得过程.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2012(029)010【总页数】5页(P76-80)【关键词】闪烁γ能谱仪;能谱测量;单道脉冲幅度分析仪【作者】刘超卓;孙立杰;牛法富【作者单位】中国石油大学(华东)理学院,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)理学院,山东青岛 266580;中国石油大学(华东)理学院,山东青岛 266580【正文语种】中文【中图分类】O571.1Abstract：In the current course of modern physics experiments in universities，the integrated measurement apparatus is generally used for the measurement of gamma energy spectrum，which is difficult for the students to understand the principles of the gamma detectionprocess.Here，an NaI crystal scintillation counter head，apulse amplifier，singlechannel pulse-amplitude analyzer and a counter are adopted to contracture a device for measuring energy spectrum that can be used to survey the process of gamma energy spectrum obtaining.The nature of electronics input and output signals can be observed with the oscillograph.Through statistical analysis of the amplitude of varying pulses，the energy spectrum can be obtained.In comparison with the manual result，the smooth energy spectrum is brought by using the multiple-channel pulse-amplitude analyzer.This management does help the students to understand the acquisition process of energy spectrum more clearly and visually.Key words：scintillation gamma energy spectrometer；energy spectrum measurement；single-channel pulse-amplitude analyzerγ射线能谱测量是核辐射探测的一个重要内容，广泛用于核物理研究、放射性分析和其他与放射性同位素相关的各种核技术应用行业，是我国高校物理类近代物理实验中重要的实验项目之一［1-2］。

1、名词解释：核电子学：物理学、核科学与技术、电子科学与技术、计算机科学与技术等相结合而形成的一门交叉学科。

核辐射探测器：利用辐射在气体、液体或固体中引起的电离、激发效应或其它物理、化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器。

核仪器：是指用于核辐射产生或测量的一类仪器的统称。

能量-电荷转换系数：设辐射粒子在探测器中损失的能量为E，探测器产生的电子电荷数为N，则N/E称为探测器的能量-电荷转换系数θ。

θ=N/E能量线性：定义：是指探测器产生的离子对数平均值和所需消耗的粒子能量之间的线性程度。

探测器的稳定性：探测器中能量-电荷转换系数在环境温度T和电源电压V变化时的稳定性。

核电子学电路的稳定性：核电子学电路中能量-电荷转换系数在环境温度T和电源电压V变化时的稳定性。

信噪比：信号幅度与噪声均方根值之比冲击函数：系统函数：H(s)=Uo(s)/Ui(s)极点：系统函数中使分母为零的点零点：系统函数中使分子为零的点有源滤波器：将RC积分网络接在放大器的反馈回路里，就构成有源积分电路，或称为有源滤波器。

积分谱：改变阈电压U T，测量到相应的大于U T的脉冲数N(U T)，得到N(U T) - U T 分布曲线，得到的就是积分谱微分谱：从阈电压U Tn上的脉冲计数减去阈电压U Tn+1上的计数就可得到阈电压上间隔ΔU=U Tn-U Tn+1中的计数ΔN。

ΔN和U T的关系曲线，就是脉冲幅度分布曲线（微分谱）仪器谱：仪器实测得的能谱脉冲幅度分布谱：积分谱和微分谱道宽：Uw=Uu - U L > 0时间移动：输入脉冲的幅度和波形的变化引起定时电路输出脉冲定时时刻的移动时间晃动：系统的噪声和探测器信号的统计涨落引起的定时时刻的涨落时间漂移：元件老化、环境温度或电源电压变化（属于慢变化）引起的定时误差慢定时：μs量级的定时快定时：p s量级的定时（还有ns的说法）自然γ全谱：用仪器测得的，能量在及时keV-2.62MeV的自然γ仪器谱。

16免疫分析仪器第十六章免疫分析仪器* 免疫分析法：应用不同的标记物，以抗原抗体相互结合为基础的免疫学测定方法。

* 类型：(1)用酶作标记物，称为酶免疫分析法。

(2)以化学发光物质作标记，为化学发光免疫分析法。

(3)用放射性核素作标记物，称为放射免疫分析法。

第一节酶标分析仪一、酶免疫分析法* 分类：有两种类型。

(1)均相酶免疫测定：主要用于药物测定。

(2)非均相酶免疫测定：也叫酶联免疫吸附测定(ELISA)，常用于医学检验。

二、酶标仪的工作原理及结构(1)微机：可通过控制电路控制微孔板在X和Y方向的移动。

(2)微孔板：是一透明塑料板，板上有装载待测样品的多排小孔。

1、原理：采用比色法。

光源光线经滤光片后成单色光，射入微孔板中待测样品后被吸收掉一部分，透射光到达光电检测器，经放大及模数转换后，送入微机处理、显示和打印结果。

2、光路系统：光源发出的光，经聚光镜、光栏、到反射镜作900反射后，垂直通过比色溶液，然后经滤光片到达光电管。

3、酶标仪和光电比色计的不同点：两者都用比色法测定，不同点为(1)装载比色液的容器不是比色皿，而是塑料微孔板。

(2)光束垂直通过待测液即微孔板。

(3)通常不用吸光度A而是用光密度OD表示。

4、酶标仪类型：有两种。

(1)单通道：分自动型和手动型。

(2)多通道：均为自动型，特点是检测速度快。

三、EL312E型酶标仪简介是美国BIO-TEK公司的产品。

1、光学系统原理：采用比色法。

滤光片类型为后密封式干涉滤光片，半通带宽度10nm；比色板为标准96孔板。

2、技术指标：如表。

四、半自动微孔板式ELISA分析仪结构在酶标仪的基础上再配置加液器、温育器、洗板机、测读仪。

测定中需由手工将微孔板移至下一步骤的仪器中进行。

五、全自动微孔板式ELISA分析仪结构自动化酶免疫分析系统由加样系统、温育系统、洗板系统、判读系统、机械臂系统、液路动力系统、软件控制系统等组成第二节化学发光免疫分析仪* 发光剂：指能产生化学发光反应的物质，也叫发光底物。

放射性超标放射性，存在于所有的物质之中，这是亿万年来存在的客观事实，是正常现象，但是一旦超标，形成辐射，危害是比较大的。

放射性物质不仅在其所在的局部起作用，而且对整个机体也有影响。

放射性物质可以导致中枢神经系统、神经-内分泌系统及血液系统的破坏；可使血管通透性改变，导致出血以及并发感染。

大剂量的放射性物质发挥作用时可迅速地引起病理变化。

详细来讲，轻度损伤，发生轻度急性放射病，如乏力，不适，食欲减退；中度损伤能引起中度急性放射病，如头昏，乏力，恶心，有呕吐，白细胞数下降；重度损伤，能引起重度急性放射病，虽经治疗但受照者有50%可能在30天内死亡，其余50%能恢复，表现为多次呕吐，可有腹泻，白细胞数明显下降；极重度损伤，引起极重度放射性病，死亡率很高，多次吐、泻，休克，白细胞数急剧下降，极容易引起一些严重的皮肤病。

著名的居里夫妇，就是因为研究长期在放射性超标的环境下工作，又缺乏防护长期受X射线和Y射线辐照，健康受到了损害，因此，对放射性物质进行监测，较为重要。

危害大，辐射监测不可忽视放射性辐射分为三类：放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量就叫核辐射。

探测放射性辐射，主要是探测γ射线。

γ射线，又称γ粒子流，是原子核能级跃迁退激时释放出的射线，是波长短于0.01埃的电磁波。

由荧光晶体、光电倍增管和电子仪器组成的闪烁计数器是探测γ射线强度的常用仪器。

多道脉冲幅度分析仪是测量电脉冲信号幅度分布的仪器。

它把脉冲信号按幅度的大小进行分类并记录每类信号的数目。

常用于分析射线探测器的输出信号，测量射线的能谱。

多道脉冲幅度分析器把整个被分析的幅度范围划分成若干个相等的区间(区间的大小称为道宽，区间的数目称为道数)，一次测量就可以得到输入脉冲的幅度分布谱。

通过多道脉冲幅度分析仪，不仅能够得到辐射强度，也能得到辐射能谱。

根据不同的物质具有不同的辐射能谱，可以判断辐射源放射性元素。

另外，辐射探测仪是发现和测量电辐射的仪表和装置。