基于ARM嵌入式Linux的数据采集系统设计

针对传统数据采集系统的不足,文中介绍了一种基于ARM9的数据采集系统的设计原理和实现方法。以微处理器S3C2440A为核心,外扩高精度A/D芯片AD7606,设计了数据采集硬件电路,分析了AD7606和PWM定时器的基本工作原理,借助于移植的嵌入式Linux操作系统,实现了基于PWM和GPIO口的ADC驱动及相应的数据缓冲与软件抗干扰。测试结果表明,由ARM和Linux组成的数据采集系统具有操作方便、采集精度高和测量结果准确等优点。     

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采用了通用高速A/D采集器采集信号数据,用软件的方法开发出了具备多道能谱脉冲识别和计数分析能力的软件.用此软件实现了每次托卡马克放电后,在较短的时间内从庞大的原始采集数据中提取出能谱脉冲数据,计算和显示能谱图,这为下一步测量电子温度打下了基础,并同时实现了数据共享.     

基于QNX SDP的机载测量数据采集系统

航空机载测量数据采集是一种长时间、高效率数据采集过程,需要完成机载任务单元多通道数据的不间断采集,传统的机载测量数据采集系统需要进行多次断电和重新上电工作,不能丢失通电条件下保存的数据,一旦机载任务单元通道突然断电,导致通电条件下数据大量丢失,无法完成机载测量数据的准确采集;设计了一种基于QNX SDP的机载测量数据采集系统,分析了系统硬件数字电路和模拟电路的抗干扰设计,系统软件由采集初始化模块、数据采集模块以及QNX SDP系统时钟定时模块构成,3个模块通过QNX SDP进程管理器基于优先级进行合理调控,分析了基于QNX SDP的PWU人机界面模块组成和主要实现的任务,实现了用户和系统的实时机载测量数据交互;实验结果说明,所设计系统可实现ARINC429机载测量数据的有效采集,并给出ARINC429数据波形图,该系统具有较低的花费、较高的采集效率和精度,在机载测量数据实时采集应用中具有较好的通用性和扩展性。     

透反射率自动化测量系统设计

应用虚拟仪器技术,基于"DF透反仪"的测量思想和光路设计,设计了大角度范围自动化测量透反射率系统,工作波长为6328nm,透反射率测量角度范围可以达到5°~80°。重点讨论了透反射率自动化测量系统的测量原理和信号获取方法,介绍了系统的机械设计、自动化测量以及数据的采集和处理。     

基于FPGA的对击锤力能参数测量仪设计

为实现在锻造生产中对击锤打击能量、打击力等力能参数的测量,设计了一种基于FPGA与USB2.0的四通道、高速同步数据采集系统;硬件采用两个压电式加速度传感器和两个位移传感器,FPGA选用Altera公司的EP2C5Q240I8,通过对打击过程中524 ms内的加速度和位移数据的采集,计算出力能参数,并通过USB2.0将数据实时上传到PC机进行处理;重点介绍系统硬件电路设计、USB2.0控制逻辑和FPGA内部状态机模块设计;系统采样频率达到1 MHz,数据传输速率达到30 MB/s,现场测试证明,该系统能够在强冲击、大振动环境下稳定可靠工作,为锻造质量控制提供了可靠的科学依据。     

基于PCIe总线的数据采集卡设计与实现

为了实现对多路高速光信号采集,利用FPGA设计基于PCIe总线的数据采集系统。对PCIe总线低速Slave通道与高速DMA通道的关键算法进行了研究。首先,介绍了数据采集卡的硬件构成及基本工作原理,提出了PCIe总线算法需要解决的数据传输问题;然后,分析数据采集卡PCIe总线低速Slave通道和高速DMA通道原理以及实现的关键算法。通过Modelsim和SignalTap工具分别对数据传输算法进行功能验证和在线仿真;最后,将设计数据采集卡互联PCIe上位机进行实际测试。实验结果表明,本设计PCIe总线采用X4接口模式,数据传输系统的数据上传峰值速率为615.38MB/s,可以满足稳定可靠、高带宽、模块化等要求。     

精密工程测量仪器及数据处理

针对某精密工程测量仪器中的测控系统采集外设信息、分析处理测量的数据,并集中控制各设备的需求,从系统的整体设计考虑,实现了该系统控制器的硬件电路设计以及驱动程序开发。系统硬件采用ARM9处理器AT91RM9200芯片作为控制器的核心,对控制器进行了各部分电路的设计,同时基于实际需求完成应用程序的设计并对系统的测角误差进行分析,推导其形成机理。为了提高测量精度和方便操作,分析了系统横轴倾斜、竖轴倾斜、视准轴倾斜等引起的测量误差,通过建立数学模型、同时采用电子补偿器对系统进行补偿和校正。     

基于核电子学实验教学用的模数变换电路研制

介绍了一种基于核电子学实验教学用的模数变换电路的研制。在设计中,以单极型、16位、采样率为500k Hz,微功耗采样模数转换器ADS8322为核心,将采样保持电路输出的模拟信号转换为数字信号,通过发光二极管显示变换出的结果,在核物理实验教学过程中便于学生观察模数转换结果。在PCB板设计时在板正面绘制出了电路原理图,理解电路原理及构成。该电路也可以配合逻辑控制模块以及PC软件组成多道分析系统测量射线能谱。     

分布式电磁频谱自动监测系统研制

为实现对多个区域的电磁环境同时进行监测,分析了分布式电磁监测系统的设计原则,确立了监测系统的硬件连接方案,利用以太网-GPIB控制器、集线器和控制计算机来对多台仪器进行集中控制的方式,设计了相应的系统软件。测试结果表明,该系统具备同时控制多台频谱分析仪的功能,能够实时测量电磁频谱、背景噪声、频段占用度等数据,具备测量数据存储、回放与分析、报表生成的功能,具有状态反馈和异常状态提示的功能,完全能满足多个区域电磁监测的要求。     

钚部件属性γ射线综合测量原型系统

通过γ射线辐射探测、能谱分析和信息屏障等技术集成，建立了一套可用于核裁军核查的钚部件的钚存在、武器级钚和年龄属性的HAM-1型γ射线综合测量系统.在不泄漏核部件敏感设计信息的前提下，探测核部件是研制HAM-1型γ射线综合测量系统的基本出发点.根据信息屏障的设计要求，选用ARM微处理器作HAM-1的控制中心，自行研发了高分辨γ能谱的解谱分析技术和属性分析技术，编制了HAM-1型γ射线综合测量系统的应用软件，实现了能谱采集、数据分析、结果显示的自动化和核部件敏感设计信息的保护. 关键词： 钚部件 属性测量 信息屏障 γ射线综合测量系统     

磁质子反冲谱仪磁分析系统的设计

磁质子反冲谱仪(MPR)是测量惯性约束聚变(ICF)实验和高功率聚变装置中子能谱的一种新型高性能诊断仪器,磁分析系统是其核心部分。通过2维束流输运和3维粒子输运模拟完成了紧凑型MPR谱仪磁分析系统的设计,对系统参数及系统性能进行了分析,分别根据能量分辨力、探测效率和计数率优先原则提出3种系统设计方案。结果表明:磁分析系统在1.5%~3.0%的能量分辨力范围达到10-5~10-4量级的探测效率,结构紧凑,符合MPR谱仪的设计目标。     

用于中子能谱测量的反冲质子磁谱仪

根据神光-Ⅲ原型内爆实验条件下初级中子能谱诊断的要求,提出了反冲质子磁谱仪原型的设计方案,并通过蒙特卡罗程序Geant4对设计方案进行了仿真模拟。该质谱仪的测量能区在6~30 MeV,测量产额范围大于1012,能够测量内爆实验的全中子能谱。模拟结果表明:设计的谱仪对于14 MeV的中子探测效率大于10-11,能量分辨达到1%,信噪比大于10,满足神光-Ⅲ原型装置内爆实验离子温度诊断的要求。     

软X光Dante谱仪的平滑解谱算法及其在Z箍缩诊断中的应用

 针对自行研制的8通道Dante谱仪,提出了一种使用B样条曲线进行平滑解谱的算法,并用黑体谱对其进行了验证。计算结果表明：新算法与使用矩形函数解谱的算法相比,对能谱轮廓与总辐射强度的反演精度均有明显提高。给出了“阳”加速器氩气喷气Z箍缩实验的测量波形,由8通道Dante谱仪的测量结果解谱得到的软X光峰值辐射功率和总能量分别为40.5 GW和851 J,与软X光功率计经修正后的测量结果相一致。     

Design and performance analysis of a compact magnetic proton recoil spectrometer for DT neutrons

A magnetic proton recoil (MPR) spectrometer is a novel instrument with superior performance, including high energy resolution, high count rate and good signal-to-noise ratio (SNR) for measurements of neutron spectra from inertial confinement fusion (ICF) experiments and high power Tokomaks. In this work, the design of a compact MPR spectrometer (cMPR) was evaluated for deuteron-tritium (DT) neutron spectroscopy. The characteristics of the spectrometer were analyzed using 2-D beam transport simulations, 3-D particle transport calculations and Monte-Carlo simulations. Based on the theoretical results, an instrument design that satisfies special experimental requirements is proposed. The energy resolution and efficiency of the spectrometer are also evaluated. The results indicate that the proposed cMPR spectrometer would achieve a detection efficiency and energy resolution of approximately 10<'-8> and 4%, respectively, for DT neutrons.     

18～88 keV Ross滤片谱仪的设计和应用

以带通平响应为优化目标,通过残余响应、带外残余响应相对误差以及残余响应平整度3个参数来优化滤片的厚度,设计了一套共有7个能量通道、连续覆盖18~88keV能谱范围的Ross滤片谱仪。该谱仪能量通道宽度在2~20keV之间。多数能量通道的带外残余响应相对误差低于10%,残余响应平整度优于20%。将该谱仪应用于微聚焦X光机上的高Z金属球壳高能X射线背光照相实验,结果表明:在不同的实验条件下,Ross滤片谱仪测得的能谱形状与理论模型给出的结果符合较好,测得的能谱不仅能够很好地解释背光照相图像,而且可用于根据图像反推客体的面密度。     

A new appearance potential spectrometer

A new LEAP/HEAP spectrometer is described. Special demands on its construction are listed. The background levels due to modulation of the secondary electron current as a consequence of the primary energy modulation are calculated. Attention is paid to the properties of the measuring system consisting of a spherical analysing system and a suitable electron gun. An account of the electronic circuitry of the spectrometer is given. A technique of a direct measurement of the amplitude of LEAP/HEAP spectra as a function of the energy limit is introduced. Results obtained from Cr, Ti and Fe (100) samples are shown. The appearance of 5, 3 or 4 slow electrons, respectively, results from disappearance of one elastically or quasielastically reflected electron at the corresponding threshold potentials of those elements.     

Measurement of the high-energy electron and positron spectrum in the PAMELA experiment

The PAMELA magnetic spectrometer onboard the Resurs DK1 satellite no. 1 was put into (Earth) orbit on June 15, 2006; measurements continue at the present time. The scientific objective of the spectrometer is the study of antiproton, proton, positron, electron and light nucleus fluxes in cosmic rays. In this paper, we present the technique for measuring electron and positron spectra in the energy range from 20 to 800 GeV.     

Design and performance analysis of a compact magnetic proton recoil spectrometer for DT neutrons

A magnetic proton recoil (MPR) spectrometer is a novel instrument with superior performance, including high energy resolution, high count rate and good signal-to-noise ratio (SNR) for measurements of neutron spectra from inertial confinement fusion (ICF) experiments and high power Tokomaks. In this work, the design of a compact MPR spectrometer (cMPR) was evaluated for deuteron-tritium (DT) neutron spectroscopy. The characteristics of the spectrometer were analyzed using 2-D beam transport simulations, 3-D particle transport calculations and Monte-Carlo simulations. Based on the theoretical results, an instrument design that satisfies special experimental requirements is proposed. The energy resolution and efficiency of the spectrometer are also evaluated. The results indicate that the proposed cMPR spectrometer would achieve a detection efficiency and energy resolution of approximately 10^-8 and 4%, respectively, for DT neutrons.     

高能脉冲X射线能谱测量

给出了高能脉冲X射线能谱测量的基本原理及实验结果.采用Monte-Carlo程序计算了高能光子在能谱仪中每个灵敏单元内的能量沉积,利用能谱仪测量了"强光Ⅰ号"加速器产生的高能脉冲X射线不同衰减程度下的强度,求解得到了具有时间分辨的高能脉冲X射线能谱,时间跨度57ns,时间步长5ns,光子的最高能量3.0MeV,平均能量1.04MeV,能量在0.2—0.9MeV之间的光子数目最多,占46.5%.也利用二极管的电压电流波形理论计算了光子的能谱,并与利用能谱仪测得的能谱进行了比较,两种方法所得结果基本一致.     

NEUTRON TIME OF FLIGHT ENERGY SPECTROMETER FOR ICF ION TEMPERATURE DIAGNOSTIC

A current-mode neutron time-of-flight(nTOF) energy spectrometer for inertial confinement fusion(ICF) ion temperature measurements has been designed which will reduce measuring error of fusion neutron energy spectra when the neutron yield is low. The spectrometer consists of a shallow cup-shaped ST1422 fast plastic scintillator with a thicknees of 3mm and full effective volume of 104cm³, a microchannel plate photomultiplier tube(MCP-PMT), a piece of coaxial cable(SUJ-50-7) with a length of 20m, and a transient oscilloscope with a bandwidth of 7GHz. The main performances of the spectrometer and its components have been calibrated. The rise-time and FWHM of the temporal response function are 260ps and 850 ps, respectively. This spectrometer will be used to measure ion temperature in the direct-driven implosion experiments on Sheng-Guang 2 laser facility at Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanica(SIOFM) next year.