طراحی و ساخت تحلیل‌گر بس‌کاناله با قابلیت ارتباط با رایانه از طریق درگاه همه‌گذر (USB)

نوع مقاله: یادداشت علمی و فنی

نویسندگان

پژوهشکده‌ی علوم هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، صندوق پستی: 3486-11365، تهران ایران

چکیده

یک تحلیل‌­گر بس‌­کاناله برای جمع‌­آوری و نمایش ارتفاع تپ خروجی تقویت­‌کننده با امکان ارسال داده­‌ها از طریق درگاه همه‌­گذر به رایانه طراحی و ساخته شد. تراشه­‌ی مبدل قیاسی به رقمی از نوع خطی با حداکثر قدرت تبدیل 20 میلیون علامت بر ثانیه به همراه یک آرایه­‌ی درگاه برنامه­‌پذیر میدانی (FPGA) در بسامد MHz12 برای جداسازی تپ خروجی تقویت­‌کننده مورد استفاده قرار گرفت. آرایه‌­ی درگاه برنامه‌­پذیر میدانی علاوه بر کنترل تحلیل‌­گر، ارسال داده­‌های خروجی به درگاه همه‌­گذر را نیز انجام می‌­دهد. جمع‌­آوری و ارسال داده­‌ها به رایانه از طریق درگاه همه‌­گذر با سرعت انتقال 921600 بیت بر ثانیه انجام می‌­شود. کوچک‌­تر شدن اندازه­‌ی سیستم و کاهش هزینه­‌ی ساخت آن، به عنوان نتیجه‌­ای از تابع منطقی اجرا شده در آرایه­‌ی درگاه برنامه­‌پذیر میدانی با موفقیت انجام شد. برنامه‌­ای در محیط نرم‌­افزار Lab-View تهیه شد که ذخیره­‌سازی، تحلیل و نمایش داده­‌ها را به صورت طیف انرژی در 4096 کانال در رایانه نمایش می‌­دهد. عملکرد کل سیستم با آشکارساز یدور سدیم ("3×"3) جفت شده به لوله­‌ی تکثیر کننده­‌ی فوتونی (PMT)، با چشمه­‌های استاندارد Cs137 و Co60 مورد آزمایش قرار گرفت. قدرت تفکیک انرژی برای چشمه­‌ی Cs137 در انرژی keV662 کم­تر از %7.6 و انتگرال غیرخطی ±0.45%  محاسبه شد. در آزمایشی مشابه برای چشمه‌ی Co-60 قدرت تفکیک در انرژی 1.17MeV ، 6.64% و در 1.32MeV ، 6.16%  به دست آمد.

تازه های تحقیق

  1. Development of a fast 12-bit ADC for a nuclear spectroscopy system DinhSyHien*, Toshihiko Senzaki Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A 457 (2001) 356-360.

 2.   Design of Data Acquisition and Storage System Based on the FPGA YonghaiNing, ZongqiangGuo, SenShen, Bo Peng Procedia Engineering, 29 (2012) 2927-2931.

 3.   Pocket PC-based portable gamma-ray spectrometer Kamontip Ploykrachang, Decho Thong-Aram*, SuvitPunnachaiya and Somchai Baotong Department of Nuclear Technology, Faculty of Engineering, Chulalongkorn University Pathum Wan, Bangkok, Thailand (2011) Songklanakarin J. Sci. Technol, 33 (2), (Mar- Apr 2011) 215-219.

 4.   Model 8701 ADC User's Manual, CANBERRA Industries Inc, Meridan, CT, U.S.A. (2007).

 5.   Nuclear Electronics book P.W. Nicholson.

 6.   The manual of the operational characteristics of a NaI(Tl) Scintillation Detector used this experiment.

 7.   Multi Channel Analyser, Prepared by Dusan Ponikvar University of Ljubljana, Slovenia A Technical Document Issued by The IAEA Vienna (2001).

 8.   Datasheet of ADC1202012-Bit, 20 MSPS, 185 mW A/D Converter with Internal Sample-and-Hold.

 9.   Spectroscopy of high rate events during active interrogation, H. Yang, D.K. Wehe, D.M. Bartels, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 598, Issue 3 (January 2009) 779-787.


عنوان مقاله [English]

Design and Construction of a Multi-Channel Analyzer (MCA) with Communication Capability Through USB

نویسندگان [English]

  • P Horriyat Pajooh
  • Y Vosoughi
  • S. R Hadian Amraei
چکیده [English]

A PC-Based gamma-ray spectrometer has been developed with communication capability through the USB port. A 12-bit pipelined Analog-To-Digital Converter (ADC) associated with a FPGA operating at 12MHz is employed for pulse height analysis from a built-in pulse amplifier. Data Acquisition via USB port is programmed in the FPGA. The USB transfer rate was 921600 bits per second. The software implemented in the Lab-View software environment for saving, analyzing and displaying data on PC in the energy range of 4096 channels was used. The overall system performance was tested using a Na(Tl) crystal coupled PMT scintillation detector, and gamma standard radioactive sources of Cs-137 and Co-60. The integral nonlinearity of ±0.45% was obtained by an experiment. Both low cost and compact size of the system as a result of design specification were also verified. A 7.6% energy resolution was adopted for Cs-137 out of 662keV. During the same experiment, values of 6.64% and 6.16% were determined with Co-60 source (in 1.17MeV and 1.32MeV energies).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Multi Channel Analyzer (MCA)
  • USB Port
  • FPGA
  • Analog-to-Digital Converter (ADC)
  1. Development of a fast 12-bit ADC for a nuclear spectroscopy system DinhSyHien*, Toshihiko Senzaki Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A 457 (2001) 356-360.

 2.   Design of Data Acquisition and Storage System Based on the FPGA YonghaiNing, ZongqiangGuo, SenShen, Bo Peng Procedia Engineering, 29 (2012) 2927-2931.

 3.   Pocket PC-based portable gamma-ray spectrometer Kamontip Ploykrachang, Decho Thong-Aram*, SuvitPunnachaiya and Somchai Baotong Department of Nuclear Technology, Faculty of Engineering, Chulalongkorn University Pathum Wan, Bangkok, Thailand (2011) Songklanakarin J. Sci. Technol, 33 (2), (Mar- Apr 2011) 215-219.

 4.   Model 8701 ADC User's Manual, CANBERRA Industries Inc, Meridan, CT, U.S.A. (2007).

 5.   Nuclear Electronics book P.W. Nicholson.

 6.   The manual of the operational characteristics of a NaI(Tl) Scintillation Detector used this experiment.

 7.   Multi Channel Analyser, Prepared by Dusan Ponikvar University of Ljubljana, Slovenia A Technical Document Issued by The IAEA Vienna (2001).

 8.   Datasheet of ADC1202012-Bit, 20 MSPS, 185 mW A/D Converter with Internal Sample-and-Hold.

 9.   Spectroscopy of high rate events during active interrogation, H. Yang, D.K. Wehe, D.M. Bartels, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 598, Issue 3 (January 2009) 779-787.