Analizador de pulsos DP5
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El Amptek DP5 es un procesador de pulsos de última generación, de alto rendimiento y bajo consumo de energía. Digitaliza la señal de la salida del preamplificador, reemplazando al modelador y al analizador en los sistemas de espectroscopia analógica tradicionales. El DP5 ofrece varias ventajas distintivas sobre los sistemas tradicionales, incluido un rendimiento mejorado (con una resolución muy alta, alto rendimiento y mayor estabilidad), mayor flexibilidad, bajo consumo de energía, tamaño pequeño y bajo costo.
El DP5 implementa el procesamiento de pulsos mediante un circuito dedicado. Incluye un microcontrolador compatible con 8051 para controlar el dispositivo. Las interfaces de comunicación incluyen RS232, USB y Ethernet. También hay disponibles varias líneas de E/S de uso general. El DP5 está diseñado para fabricantes de equipos originales y para usuarios de laboratorio que requieren opciones de personalización y están familiarizados con la electrónica.
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Figura 1. Foto DP5: 3,5" x 2,5"
Peculiaridades
- Convertidor analógico-digital de 80 MHz
- Reemplaza el modelador y el analizador.
- Admite reinicio y retroalimentación de preamplificadores de cualquier polaridad.
- Modo MCS
- 16 SCA
- Configurable con preamplificador sensible a la carga para usar con PMT
- Para uso OEM en condiciones de laboratorio.
- Flexible en la personalización
Procesamiento de impulsos y MCA
- Forma de pulso trapezoidal
- Tiempo pico de 0,1 a 102,4 µs
- Duración de 0,05 a 51,2 µs
- 4000000 Hz
- Hasta 8000 canales
Conexión
- Interfaces: RS-232, USB, Ethernet
- Salida al osciloscopio: para control y ajuste de pulsos
- Software para PC para recopilación y control de datos (incluida API)
- Muchas entradas y salidas adicionales configurables
Características físicas
- Baja potencia: 600 mW
- Tamaño pequeño: 3,5 x 2,5 V
Solicitud
-
Detectores de rayos X y gamma
-
Física nuclear
-
Sistema portátil que funciona con batería
-
OEM (como componentes)
-
Gestión de procesos
-
Investigación y educación
Figura 2. La nota al pie 1 anterior muestra la señal en la entrada del DP5, que es la salida del preamplificador sensible a la carga y reiniciable. La señal se procesa luego mediante un filtro grueso analógico, lo que da como resultado la señal que se muestra en la nota al pie 2 de la Figura. Esta señal se digitaliza y luego se procesa en el DP5, lo que da como resultado la señal que se muestra en la nota al pie 3. Finalmente, el DP5 produce el espectro de salida que se muestra en la Figura 4.
| Ganar | Combinación de ajuste de cadena gruesa y fina, ajustable suavemente de 0,84 a 127,5. | ||||||||||||||||
| Amplificación aproximada | 16 pasos de ajuste grueso dispuestos lógicamente desde x1.12 a X102.
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| Ganancia suave | Ganancia suave ajustable de 0,75 a 1,25, resolución de 10 bits | ||||||||||||||||
| Escala completa | Pulso de entrada de 1000 mV con ganancia x1 | ||||||||||||||||
| Estabilidad | <20 ppm/°C (típico) | ||||||||||||||||
| Frecuencia de reloj del ADC | Convertidor analógico-digital (ADC) de 20 u 80 MHz y 12 bits (software) | ||||||||||||||||
| Forma del pulso | Trapezoidal. Un semiamplificador con un tiempo de modelado gaussiano t tiene un tiempo pico de 2,2 t y es comparable en rendimiento a una forma trapezoidal del mismo tiempo pico. | ||||||||||||||||
| Hora pico | 30 tiempos de pico seleccionables por software que varían de 0,1 a 102 µs, correspondientes a un tiempo de modelado semigaussiano de 0,05 a 45 µs. | ||||||||||||||||
| Tiempo de cima plana | 16 valores seleccionables por software para cada tiempo pico (dependiendo del tiempo pico) > 0,05 µs. | ||||||||||||||||
| Velocidad máxima de conteo | Con un tiempo pico de 0,2 µs, se puede observar una señal periódica de 4 MHz. | ||||||||||||||||
| Tiempo muerto en el impulso | El tiempo muerto es 1,05 veces el tiempo pico. No hay tiempo de conversión. | ||||||||||||||||
| Tiempo de resolución | 120 nseg | ||||||||||||||||
| Superposición de pulsos | Los pulsos se separan más cuando el tiempo de resolución es menor a 120 ns y menos cuando es 1,05 x tiempo de pico. | ||||||||||||||||
| Restaurar línea de escaneo | Asimétrico, 16 configuraciones de velocidad de respuesta seleccionables por software. |
MCA
| Número de canales | 256, 512, 1024, 2048, 4096 y 8192 canales. |
| Bytes por canal | 3 bytes (24 bits) - 16,7 millones de eventos |
| Hora de recogida preestablecida | De 10 ms a 466 días |
| Tiempo de transferencia de datos | 1k canales en 5ms (USB) o 280ms (RS-232) |
| Tiempo de conversión | No |
| Presentación de datos | Tiempo, contadores totales, contadores en ROI, conteo de canales |
| Base de tiempo MCS | De 10 ms/canal a 300 s/canal |
| Gestión externa de MCA | Entrada: Los pulsos solo se aceptan mediante lógica externa. La entrada puede ser activa alta o activa baja. |
| Contadores | El MCA acepta los canales con un bajo número de eventos, los eventos entrantes (canales con un número de eventos superior al umbral), los eventos descartados por la lógica de selección y un contador de eventos externo. |
Hardware
| Microprocesador | Núcleo compatible con 8051 8051F340 de Silicon Labs |
| Memoria externa | Memoria RAM de 512 kB |
| Firmware | El procesamiento de señales es programable mediante firmware que se puede actualizar en el campo. |
Conexión
| RS-232 | Interfaz RS-232 estándar con velocidad de hasta 115,2 kBytes. |
| USB | Estándar USB 2.0 de velocidad completa (12 Mb/s). |
| Ethernet | Estándar 10Base-T |
Entradas y salidas adicionales
El objetivo principal de este conector es exponer señales lógicas que no son necesarias para el procesamiento primario del DP5: la adquisición y transmisión de espectros se realizan a través de la interfaz serial. Estas son típicamente señales lógicas de "nivel bajo" asociadas con cada pulso procesado por el DP5. Se utilizan principalmente para la sincronización de datos recopilados por el DP5 y transmitidos a dispositivos externos, así como para las salidas de conteo y temporización del DP5.
| Analizadores monocanal (16 en total) |
Hardware Software 8 SCA, selección independiente de LLD y ULD, selección entre 8 parámetros incluyendo INCOMING_COUNT, conjunto de contactos, MCS_TIMEBASE, etc. Software SCA vinculado con contadores internos y leído por software. |
| Entradas digitales | Dos entradas independientes, MCA_GATE seleccionable por software, E/S de propósito general EXTERNAL_COUNTER, dos líneas de E/S para aplicaciones personalizadas. |
| E/S | Dos propósitos principales de las líneas de E/S para aplicaciones de usuario |
| Osciloscopio digital | Visualizar el oscilograma en la computadora. Se selecciona un software para mostrar la forma de onda de salida, el ADC, etc. para ayudar a depurar y optimizar la configuración. |
Contactos del conector auxiliar
| Contacto # | Nombre | Contacto # | Nombre |
| 1 | SCA1 | 2 | SCA2 |
| 3 | SCA3 | 4 | SCA4 |
| 5 | SCA5 | 6 | SCA6 |
| 7 | SCA7 | 8 | SCA8 |
| 9 | ENTRADA AUXILIAR 1 | 10 | SALIDA AUXILIAR 1 |
| 11 | ENTRADA AUXILIAR 2 | 12 | SALIDA AUXILIAR 2 |
| 13 | IO2 | 14 | IO3 |
| 15 | Tierra | 16 | Tierra |
Conexión
| Entrada analógica | La entrada analógica acepta pulsos positivos o negativos de un preamplificador sensible a la carga. Nota: Se puede configurar con un preamplificador sensible a la carga para su uso con un PMT. Para obtener más información, comuníquese con Technoanalitpribor. 1x3 Número de pieza de Molex 22-28-8032. |
| Nutrición | +5 V CC Hirose MQ172-3PA (55) |
| RS232 | Conector para auriculares estándar de 2,5 mm. |
| USB | Mini conector USB estándar. |
| Ethernet | Conector Ethernet estándar. |
| Auxiliar | 2 x 8, 16 pines, 2 mm (número de pieza de Samtec ASP-135096-01). Conector Samtec N.º de pieza TCMD-08-S-XX.XX-01 |
| Salida DAC | Esta salida se utiliza en modo osciloscopio para visualizar formas de pulso y otras señales de diagnóstico. Rango: 0 a 1 V. Número de pieza de Molex 1x2 22-28-8022. |
Nutrición
| +5 V | 80 MHz: 200 mA (1 W) (típico) 20 MHz: 180 mA (0,9 W) (típico) |
| Rango de señal de entrada | +4 V a +5,5 V (0,25 a 0,18 típico) |
| Transición inicial | 2A por <100ns |
| Fuente de alimentación | Fuente de alimentación externa o bus USB |
Dimensiones, peso
| Tamaño | 3,5" x 2,5" |
| Peso | 32 gramos |
General
| Temperatura de funcionamiento | de -40°C a +85°C |
| Período de garantía | 1 año |
| Vida útil del dispositivo | De 5 a 10 años, según uso |
| Almacenamiento y transporte | Almacenamiento a largo plazo: más de 10 años en un entorno seco Almacenamiento y transporte típicos: -40 °C a +85 °C, 10 a 90 % de humedad sin condensación |
| Correspondencia | Compatible con RoHS |
Arquitectura DP5
El DP5 es un componente de una cadena completa de procesamiento de señales para instrumentos nucleares. La entrada del DP5 es la salida del preamplificador. El DP5 digitaliza el amplificador de salida, aplica procesamiento de señal digital en tiempo real, determina la amplitud (digital) y almacena este valor en la memoria de histograma, creando un espectro de energía. El espectro se transmite luego a través de la interfaz serial del DP5 a la computadora del usuario. Obviamente, el DP5 debe usarse con otros componentes, incluidos un detector, un amplificador y una computadora.
Fig. 3. Diagrama de bloques de DP5 en un sistema completo.
Filtro de entrada analógica
La entrada del DP5 es la salida del preamplificador sensible a la carga. Un circuito de prefiltro analógico prepara esta señal para su posterior digitalización. Las principales funciones de este circuito son (1) aplicar la ganancia y la polarización adecuadas utilizando el rango dinámico del ADC y (2) realizar un filtrado y modelado de pulsos para optimizar la digitalización.
NOTA: El DP5 se puede pedir con un preamplificador de detección de carga incorporado para su uso con PMT.
Conductor adverso
El convertidor analógico-digital (ADC) digitaliza la señal analógica de salida después de un filtrado previo a una velocidad de 20 u 80 MHz (seleccionable por software). Los valores digitales se transmiten en tiempo real al generador de pulsos digitales, que utiliza un convertidor analógico-digital de 12 bits.
Generador de pulsos digitales
La salida del ADC se procesa de forma continua mediante una arquitectura de canalización para crear una forma de pulso en tiempo real. Esto se hace moldeando el pulso como cualquier otro moldeador. La forma del pulso se digitaliza por completo. Luego se puede enviar a un DAC para fines de diagnóstico, pero esto no es necesario.
Hay dos rutas de procesamiento de señales paralelas dentro del DPP: los canales "rápido" y "lento", optimizados para obtener información diferente de los pulsos entrantes. El canal "lento", que tiene una constante de tiempo de modelado grande, está optimizado para obtener una altura de pulso precisa. El valor máximo para cada pulso en el canal lento es la salida principal del modelador de pulsos. El canal "rápido" está optimizado para obtener información de tiempo: detectar pulsos que se superponen en el canal lento, medir la tasa de conteo entrante, medir el tiempo de subida del pulso, etc.
El DP5 utiliza una forma de pulso trapezoidal que proporciona alta resolución energética, reduce el déficit balístico y proporciona una excelente estabilidad de conteo a altas tasas de conteo.
Lógica de selección de pulsos
La lógica de selección de pulsos rechaza los pulsos para los que no se puede alcanzar la precisión de medición. Incluye rechazo de superposición de pulsos, discriminación de tiempo de subida, lógica de compuerta externa, etc. A altas tasas de conteo, el DP5 tiene un mejor rechazo de superposición de pulsos y un mayor rendimiento que un modelador analógico tradicional.
Histograma de memoria
La memoria de histograma funciona como un MCA tradicional. Cuando llega un pulso con un valor pico determinado, el contador de la celda de memoria correspondiente se incrementa. El resultado es un histograma, una matriz en la que cada celda contiene el número de eventos con el valor pico correspondiente. Este es el espectro de energía y es la salida principal del DP5. El dispositivo también incluye varios contadores, que cuentan tanto el número total de pulsos muestreados como el número de pulsos de entrada, eventos no contados, etc. Las salidas adicionales incluyen ocho analizadores de un solo canal diferentes y tanto un DAC de salida digital como una pantalla de forma de pulso de varios puntos en la cadena de procesamiento de señales.
Interfaz
El DP5 incluye hardware y software para la interfaz entre estas diversas funciones y la computadora del usuario. La función principal de la interfaz es transmitir el espectro al usuario. La interfaz también controla la adquisición de datos, el inicio y la detención del procesamiento y el borrado del histograma de la memoria. También controla ciertos aspectos de la conformación analógica y digital, como la configuración de la ganancia analógica o la conformación de los pulsos de tiempo.
La interfaz incluye un microcontrolador compatible con RS232, USB, Ethernet.
Alimentación e interfaz del PC5
El procesador digital Amptek DP5 es un componente de un sistema completo de procesamiento de señales para instrumentación nuclear. Se puede utilizar con otros componentes, incluidos (como mínimo) un detector y un amplificador, y una computadora con una interfaz serial y software de comunicaciones. El DP5 tiene su propia fuente de alimentación de +5 VCC. Cuando se utiliza el DP5 con detectores Amptek, no se requieren fuentes de alimentación adicionales para el detector y el preamplificador. Amptek proporciona energía a través del PC5, que interactúa con el DP5 y proporciona energía a los detectores Amptek.
La PC5 proporciona energía al detector Amptek XR-100 desde una fuente de +5 V CC. Esta placa está diseñada para quienes utilizan sensores y preamplificadores Amptek. La interfaz USB no puede proporcionar suficiente corriente para operar el XR100, por lo que se requiere una fuente de CC externa y debe proporcionar energía entre 2,5 V y 5,5 V.
Dimensiones: 3,5" x 2,5"
Fig. 4. DP5 con PC5 y detector/preamplificador Amptek.
Fig. 5. DP5 (arriba) emparejado con PC5 (abajo)
Fig. 6. DP5 (abajo) emparejado con PC5 (arriba), vista posterior
Software
Hay dos paquetes de software diferentes que se necesitan para el DP5: el firmware que se ejecuta en el microcontrolador del DP5 (firmware) y el software que se ejecuta en la computadora incluida.
Software integrado
El software integrado es responsable de controlar el procesamiento de los pulsos de control de MCA, realizar algunos procesamientos de datos e interactuar con una computadora personal. Este software está preinstalado y el usuario no puede modificarlo. Amptek publica actualizaciones de software continuamente y el usuario puede descargarlas.
Fig. 7. Pantalla y software del DPPMCA
Interfaz de software
Software DPPMCA
El DP5 se puede controlar en la pantalla DPPMCA de Amptek mediante un software dedicado. Este software se puede utilizar para controlar y visualizar el DP5 y admite funciones de ROI, calibración, búsqueda de picos, etc.
Kit de desarrollo de software de DPP
DP5 viene con un kit de desarrollo de software (SDK) completo. El usuario puede utilizar esta plataforma para desarrollar fácilmente su propio software para controlar DP5 para aplicaciones personalizadas o para interconectarlo con un sistema más grande. Se proporcionan ejemplos en VB, VC++, etc.
Conexión del A250 al DP5, procesador de pulsos digitales y MCA
Fig. 9. El preamplificador sensible a la carga A250 está conectado a un DP5 o PX5 y un MCA
Conexión de un detector de germanio (HPGe) a DP5
Fig. 10. Procesador de pulsos DP5 conectado a un detector de germanio (HPGe). Diversos materiales
Fig. 11. Procesador de pulsos DP5 conectado a un detector de germanio (HPGe). Varios radioisótopos
DP5G para uso con centelleadores y fotomultiplicadores
El DP5G de Amptek es un procesador de pulsos digitales de bajo consumo y alto rendimiento diseñado para su uso en sistemas de espectrometría de centelleo. Conectado al ánodo del PMT, incluye un preamplificador sensible a la carga y una placa procesadora de pulsos que reemplaza tanto al amplificador de modelado como al MCA en un sistema de espectroscopia nuclear tradicional. El DP5G ofrece una serie de ventajas sobre los sistemas tradicionales, entre las que se incluyen mayor rendimiento, mayor flexibilidad, tamaño pequeño y menor costo.
Fig. 12. DP5G mostrado en tamaño completo, 2" x 1,75"
![Fig. 12. DP5G mostrado en tamaño completo, 2" x 1,75"](https://www.techade.ru/images/2019/10/31/12.-dp5g-2-175-.png "Fig. 12. DP5G mostrado en tamaño completo, 2" x 1,75"")
El DP5G es un componente de un sistema completo de espectrómetro gamma, como se muestra en la figura siguiente. El DP5G incluye solo las funciones básicas de procesamiento de señales. El sistema completo también debe incluir un detector de módulo (centelleador, PMT, fuente de alimentación de alto voltaje, tubos) y un circuito de interfaz con fuentes de alimentación y conectores para conexión en serie. Amptek puede proporcionar al usuario un solo DP5G, o puede proporcionar un módulo de interfaz PCG, o puede proporcionar un sistema completo que incluya un detector de módulo. El sistema completo es un producto independiente de Amptek.
DP5G representa la última generación en procesamiento de pulsos digitales. DP5G es una variante de DP5 optimizada para contadores de centelleo. La tecnología DP5 incluye tiempo de pico rápido, rechazo mejorado del aliasing de pulsos y discriminación de la forma de pulsos, mejor corrección del tiempo muerto, características adicionales como "Lista de modos" e interfaces adicionales.
