脉冲高度分析器

辐射测量中所使用的仪器

脉冲高度分析器（PHA）是辐射测量中所使用的仪器，核辐射测量是一种将核电子学与计算机技术等学科相互结合、综合性很强的分析技术。它已成为物质成分分析的重要手段，在毒品、爆炸物检测，在线煤质分析，水泥物料分析，医学，环境学等学科起着越来越重要的作用。在核辐射测量中，核探测器输出的脉冲信号高度和入射粒子的能量成正比，通过测量脉冲信号的高度就可以知道入射射线的能量。

释义

脉冲高度分析器（PHA）是核辐射测量中所使用的仪器，核辐射测量是一种将核电子学与计算机技术等学科相互结合、综合性很强的分析技术。它已成为物质成分分析的重要手段，在毒品、爆炸物检测，在线煤质分析，水泥物料分析，医学，环境学等学科起着越来越重要的作用。在核辐射测量中，核探测器输出的脉冲信号高度和入射粒子的能量成正比，通过测量脉冲信号的高度就可以知道入射射线的能量。

工作原理

脉冲高度分析器的工作原理如图1所示。在控制器的控制下，待分析脉冲首先被送至A/D转换器，经过A/D转换后，成为一个能代表该脉冲高度的数字量（称为“道址”）。然后，控制器将该数字量线性变换成数据缓冲区内所对应的计数器地址，并使该地址对应的计数器内容“加1”，即该道的计数值加1。这样，经过一段时间的测量，数据缓冲区内各个计数器的计数值就能反映输人脉冲的高度分布。

脉冲高度间隔的个数就是脉冲高度分析器的道数；而高度间隔的宽度就是道宽。道数越多，高度分布分析得越精细，各个道的计数相应减少，测量时间延长，硬件电路也就越复杂，所以不应盲目追求道数。通常要求在峰高的半宽度范围内有5~10道，对于采用Nal探测器的脉冲高度分析器，由于它的脉冲高度分辨率比较差，128道至256道就能满足测量要求；而对于半导体探测器，则需要1024-8192道。

电路整体结构

脉冲高度分析器采集系统结构框图如图2所示。一般将晶体与光电倍增管、前置放大器一起称为探头。脉冲信号放大电路做成一个独立的单元，东北师范大学辐射技术研究所是将探头高压电源、信号放大电路及四路电源放在一个机箱中。甄别电路、控制电路、A/D转换电路是设计多道卡必不可少的电路。脉冲高度分析器主要包括峰值保持与采集、数据上传两大部分。这两部分又各自分成若干个单元。国内的高速脉冲高度分析器虽有文献介绍，但没有实际应用，实际使用的仪器都是从国外进口的。

数据采集与通信接口电路

峰值保持与甄别控制电路

脉冲高度分析器的分析对象是脉冲信号的峰值。经过放大器的脉冲信号，其峰顶宽度比较窄，不能满足A/D转换的时间要求（大于几微秒）。采用峰值保持电路，展宽脉冲信号峰值宽度，使峰值保持足够长的时间，以保证在A/D转换过程中峰值稳定。控制电路的主要作用是对信号的波形进行分析，为采样保持电路提供控制信号川。控制电路由比较器、电压跟随器和模拟开关组成。

电路工作过程如下:

（1）当输人电压高于Vset（即：Vin>Vset）时，比较器A的输出端为高电平，从而使输出端Q跟随D的状态（固定为高电平1），即Q=1/Q=0；此时模拟开关K2截止，二极管D4导通，采样保持电容C5开始充电，电容两端电压上升，直至达到峰值。

（2）在充电过程中，比较器B的输出端为低电平；当C5两端电压达到峰值，比较器B的输出端为高电平，从而使得输出端Q跟随D端的状态，即Q=1/Q=0；此时模拟开关K1导通，采样保持电路的输人端接地，信号进人死时间区，产生提示信号DT=0，关闭活时间计时电路的与门，直至下一个脉冲到达，分析指令ANS使DT=1，重新开启活时间计时电路。

数据采集接口电路

AT89C52是一个低电压、高性能CMOS单片微控制器，片内置一个8位处理器、一个布尔处理器和Flash存储单元。将微处理器和Flash存储器结合在一起，可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

脉冲高度分析器是按脉冲的高度进行分类计数，A/D转换的是脉冲高度值，为了对脉冲高度进行转换，同时实现死时间控制需要使用时序控制电路。虽然AT89C52与ASD7807通常采用执行“MOVX指令”的总线型接口，但是由于本装置时序控制的特殊性，ASD7807与AT89C52的接口不能采用执行“MOVX指令”的总线型接口。根据控制器AT89C52芯片提供的系统资源，设计中采用ASD7807与AT89C52的P1口相接的方式。属于用户I/O口的P3口，其8根口线可以位操作，抽出部分口线用作A/D转换的握手信号线。

RS232接口电路

脉冲高度分析器可以使用多种接口，如ISA、PCI都是较好的选择。市场上绝大多数为基于ISA总线计算机多道卡，但其速度偏低，开发难度较大（需要开发驱动程序）；PCI总线协议过于复杂，实现起来比ISA等总线还要困难得多。

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