[發明專利]多路模擬信號峰值實時檢測系統

無效

• 申請號: 200910095057.3
• 申請日: 2009-10-15
• 公開（公告）號: CN101694528A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發明（設計）人: 何文學;方茂勇;陳忠勇
• 申請（專利權）人: 云南師范大學
• 主分類號: G01T1/36
• 分類號: G01T1/36
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司 53115
• 代理人: 楊宏珍

技術領域：

本發明涉及一種多路模擬信號峰值實時檢測系統，用于核輻射能量的檢測，屬信號檢測及處理技術領域。

背景技術：

在核物理實驗中，多道脈沖幅度(峰值)分析系統已被廣泛應用于測量核射線輻射能譜，現有的多道脈沖幅度分析器多以8/16位單片機構成控制系統，其缺點是采集速度低，只適合于低速采集數據，其采集速度由于其工作頻率太低而受到限制，不能滿足時間精確度要求較高的實驗。較為先進的數據采集系統是基于FPGA開發的，雖然基本解決了數據采集速度的問題，但其電路較復雜、集成度較低、設計和調試難度較大、系統升級困難等缺點使得其在應用受到了限制。

隨著電子技術的快速發展，更多新型的低功耗、高集成度器件現已被廣泛應用于核數據采集系統當中。32位ARM嵌入式處理器具有高性能、低功耗的特性，并且具有可編程性和可操作性，能支持較為復雜的程序設計，已被廣泛應用于消費電子產品、無線通信和網絡通信等領域。它的出現也為核數據采集系統提高精度和速度提供了很好的硬件平臺基礎。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術之不足，提供一種能同時支持20路數據采集的多路模擬信號峰值實時檢測系統。

本發明選擇基于ARM9的峰值數據采集和PC機數據處理的技術路線，提出了信號預處理、A/D轉換后的數據壓縮及傳輸、采集數據下載、數據分析、存儲和圖形化顯示的方法。

本發明使用了硬件方式判別信號峰值、AD9220為數模轉換，以ARM9(S3C2410芯片)和實時Linux為采集峰值數據存儲，100MbaseT以太網作為通信技術，以遠端PC做系統設置和實時數據處理，解決各類多道脈沖幅度分析器采集速度低、時間精確度低等問題；實現了隨機信號峰值時間分辨率高達1us分辨率，模數轉換精度高達5mV，最短采集時長高達10ms，支持外觸發信號和外部命令啟動兩種工作模式，能夠支持20路采集數據的處理。

本發明通過如下技術方案實現：

多路實時模擬信號峰值檢測系統由基于ARM9的數據采集子系統和PC機數據處理子系統組成。多路模擬信號峰值實時檢測系統的硬件由信號預處理模塊、峰值判別模塊、ARM9數據處理模塊、以太網交換機模塊和PC機模塊組成，其連接結構為分離式模塊結構；軟件由基于ARM9的實時數據處理模塊和基于PC機的可視化數據處理模塊組成；其中：

(1)峰值采集電路主要由信號預處理電路、信號峰值判別及A/D轉換電路組成。其主要功能是將輸入的模擬信號經硬件電路判為峰值后，向CPU發出中斷請求，將其轉換的數字信號由CPU存貯到存儲器中，如圖1和圖6。采用硬件電路判峰，保證了A/D轉換電路準確快速地采集到核脈沖的幅度，不會造成丟峰現象。

(2)硬件判斷有峰出現時，立即輸出中斷信號到ARM?CPU，從A/D轉換器讀取采集到的峰值，并在下一峰到來之前及時地將數據轉移到數據采集子系統的SDRAM中，最后存儲在大容量SD卡中，如圖2所示。

(3)中斷處理程序采用內核級編程，數據采集中斷信號采用了最高優先級的外部中斷。內核級編程和最高優先級的中斷使整個中斷服務程序不被其他系統進程干擾，有效的確保采集的準確性，防止了丟峰現象的發生。

(4)采用三級緩沖方式對采集的數據進行壓縮，即使用三個4kB緩沖器Buffer1、Buffer2和Buffer3，避開數據采集和數據轉存之間發生的沖突。緩沖器數據存取設計為長4字節、高1024的大小，這樣來自底層A/D的數據就能按1-1024進行分類壓縮，每一類存放的最大值為216，有效地降低了數據量，實現高速長時采集。

(5)采用以時間片為單元的數據結構進行峰值數據存儲。由于本系統應用于核脈沖信號分析實驗，其輸入本系統的信號是強度、時間具有隨機性的電平信號，而實驗要求的數據采集結果是在一個給定的時間片段內所出現脈沖電平高低的統計量。因此，我們采用了以時間片為單元的數據結構，如要求采樣粒度為10ms，則對每10ms內出現的脈沖分布進行一次統計，統計結果存于一個整形數組中，數組按次序排列，以二進制文件的形式保存。

(6)需要配置的數據包括工作方式、room時長、room數，見圖3。在通常的核輻射能量測量中，時長一般在10分鐘以內，最小room時長(最高時間分辨率)為10ms，最大room時長(最低時間分辨率)為100ms。

HARD/SOFT：HARD表示外觸發信號啟動數據采集；SOFT表示命令啟動數據采集。

SPARKLE：多道數據采集標志。

Room數：表示數據采集的時間分辨率，用4字節表示。