[發明專利]一種中子譜儀起始信號扇出裝置

有效

• 申請號: 202110563084.X
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113295716B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 曹平;李嘉雯;李超;黃錫汝;安琪;岳瓊申
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學;曹平;安琪
• 主分類號: G01N23/00
• 分類號: G01N23/00;G01T3/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發明涉及一種中子譜儀起始信號扇出裝置，包括：起始信號扇出模塊、電子學系統中；在控制站內，由起始信號扇出模塊對起始信號進行扇出，經過第一級長距離驅動處理后，由長距離電纜傳輸至遠端的電子學系統中；在電子學系統中，起始信號通過信號接收及數字化節點進一步扇出至各電子學通道完成第二級扇出；所述長距離大于等于100m。本發明使用模擬與數字相結合的兩級精確扇出方法，完成起始信號到電子學系統的精確全局同步扇出。具有多通道扇出、高定時精度、高同步精度等優點，使得電子學系統能夠完成對探測器輸出信號的精確測量，獲得中子與物質原子核相互作用核反應的精確時間信息和能量信息。

技術領域

本發明涉及一種中子譜儀起始信號扇出裝置，屬于粒子物理實驗的中子譜儀數據采集、測試測量和同步定時技術。

背景技術

在散裂中子源中，質子以一定頻率撞擊金屬鎢靶，產生散裂中子。中子譜儀利用散裂反應產生的這些中子與樣品作用，并利用中子探測器對作用以后的中子進行探測，從而進行中子實驗。

在散裂中子源上的中子譜儀采用中子飛行時間技術，數據采集系統需要準確知道每個質子脈沖打靶的時間零點，以便能準確測量中子的飛行時間。因此，將與打靶質子束團相關的信號作為起始信號，代表了中子從靶上產生的時刻，該信號由外部中子監測器、加速器系統或者原初γ射線探測器產生。

起始信號對于數據采集系統具有兩個作用。一方面，電子學系統將各通道探測器的有效信號作為中子飛行結束時刻標志，通過有效信息過閾觸發時間點和起始信號前沿的測量，從而獲得該探測信號代表的中子與物質作用反應的中子飛行時間。另一方面，起始信號也作為全局同步信號，同步分發到電子學系統的各級系統模塊中。

起始信號從地面控制站扇出分發至遠端實驗廳內部電子學系統內的各采集通道，既要經過上百米長的同軸電纜傳輸，又要保證起始信號扇出的精度。并且中子譜儀中電子學系統采集通道數較多，在滿足扇出通道數的同時還要保證各采集通道的起始信號同步精度。因此，設計合理的起始信號扇出方法是中子飛行時間測量精度以及電子學系統同步的重要保障。起始信號長距離精確扇出的過程中，需要解決的具體問題包括：長距離高精度的起始信號扇出和多通道同步扇出技術。

目前散裂中子源的起始信號普遍在RTBT(RCS to Target Beam Transfer Line)定時站完成起始信號的收集，并通過電光轉換，用專用硬件基于光纖鏈路實現起始信號的扇出。

中國散裂中子源CSNS靶站譜儀起始信號扇出設備為子母板硬件架構，基于CPLD芯片與多模光纖收發器結合，實現起始信號收發及扇出。光信號收集子板的1路I/O經PMC連接器傳輸至母板，通過母板I/O的輸入、邏輯扇出、輸出至光纖發送子板的8路I/O，完成1：8的起始信號扇出。

OPNL的散裂中子源SNS使用光纖扇出模塊(Optical Distribution Module)來完成起始信號的扇出，其硬件基于FPGA芯片與光纖收發器，同樣依靠FPGA硬件邏輯完成1：8的起始信號扇出。

這樣基于光纖鏈路的專用硬件扇出通道數較低，并且對于通道數較多的電子學系統而言，需要大量的線纜和光纖收發器，不易于安裝和維護。同時，為了保證起始信號同步，各通道的光纖長度都需要提前人工標定，保證等長，無疑大大增加了工作量。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種中子譜儀起始信號扇出裝置，使用模擬與數字相結合的兩級精確扇出方法，完成起始信號到電子學系統的精確全局同步扇出。具有多通道扇出、高定時精度、高同步精度等優點，使得電子學系統能夠完成對探測器輸出信號的精確測量，獲得中子與物質原子核相互作用核反應的精確時間信息和能量信息。