通道式安检机多道脉冲幅度分析器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种通道式安检机多道脉冲幅度分析器，经过LM318运算放大芯片把信号放大，由LM318运算放大芯片的OUT端口输入到AD9220ARS芯片的VINA端口，AD9220ARS芯片把模拟信号转化为数字信号，并送入FPGA芯片，所述FPGA芯片将数字信号采集到FPGA芯片内部的FIFO中，并且和STM32F207处理器进行通信，STM32F207处理器定时的向FPGA芯片发送脉冲信号，FPGA芯片接收到脉冲信号，并通过并行总线将规定时间内采集到的所有数据传送给STM32F207处理器。本实用新型采用12位高速AD采样芯片AD9220ARS芯片以及先进的ARMCotex-M3内核处理器，从而大大提高液体安检仪的实际检测速度，实现快速检测。
【专利说明】通道式安检机多道脉冲幅度分析器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及液体安检仪领域，具体是一种通道式安检机多道脉冲幅度分析器。
【背景技术】
[0002]通道式安检机是一种新型高科技含量的安检设备，其在传统的DR功能的基础上增加最先进的LS液体检测功能，LS液体检测功能是基于康普顿背散射原理研制而成，多道脉幅度分析器是其核心部件，其性能直接决定了安检机的测量精度。
[0003]请参阅图1，现有的多道脉冲幅度分析器的原理框图。多道脉冲幅度分析器的原理是利用A/D转换将被测量的脉冲幅度范围平均分成2n个幅度间隔，从而把模拟脉冲信号转化成与其幅度对应的数字量，称之为“道址”。在存储器空间里开辟一个数据区，在该数据区中有2"个计数器，每个计数器对应一个道址。控制器每收到一个道址，控制器便将该道址对应的计数器加1，经过一段时间的累积，得到了输入脉冲幅度的分布数据，即谱线数据。这里提到的幅度间隔的个数就是多道脉冲幅度分析器的道数，它由η值决定。
[0004]根据上述多道脉冲幅度分析器的原理，可以得出多道脉冲幅度分析器要做的具体工作一方面是把前向通道输出的模拟信号进行模数转换，并将其转换结果进行处理、存储和显示。脉冲信号在通过甄别电路和控制电路时，甄别电路给出脉冲的过峰信息，并启动A/D转换。A/D转换电路对脉冲信号峰值幅度进行模数转换，并将转换结果存储在片上Flash中，由微控制器进行相应的数据处理。多道脉冲幅度分析器由甄别电路、控制电路、采样保持电路、模数转换电路、ARM嵌入式系统组成。其控制核心为ARM嵌入式系统，它的基本功能就是按输入脉冲的幅度分类计数。多道脉冲幅度分析器将能够分析的脉冲幅度范围分成多个幅度间隔，幅度间隔的个数就是脉冲幅度分析器的道数，幅度间隔的宽度就是脉冲幅度分析器道宽。道数越多，幅度分布分析的越精细，各个道的计数相应减少，需要测量的时间就要加长，硬件电路也随着复杂，因此，不应盲目追求道数。通常，要求在幅度峰的半宽度范围内应有5-10道，对于采用NaI探测器的多道能谱仪，由于它的能量分辨率比较差，128道至256道就能满足测量要求。对于半导体探测器，则需要1024-8196道。
[0005]另外，从不同液体被散射后的能谱图(图2)上可以看出，能量(采样电压值)的波峰位置是基本一致的，但是其他不被散射的物质可能会引入能量非常高的电压采样值(能谱图右侧)，同时本底和其他物品也可能引入能量低的电压采样值。通过对采样通道设定AD采样电路的采样电压的最大值(通道上域)和最小值(通道下域)，可以有效的滤去除了液体以外的其他我们不敏感但是又影响分析精度的物质，经过大量的研究和实践，这样可以实现最好的液体分离度，也是业界目前最领先的液体检测技术。采样时，AD采样电路只采样通道上域和通道下域之间的电压值，并且只进行区域内的数目进行积分而不对电压进行加权积分，LS上位机读取到探测板送上来的最后结果即为此积分值。LS上位机的关键概念是通道下域和通道上域，通过对一段时间内(例如100ms)落在通道下域和通道上域之间内的电压值累加个数，可以有效区分不同的液体。实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种能快速检测的通道式安检机多道脉冲幅度分析器。
[0007]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0008]一种通道式安检机多道脉冲幅度分析器，包括依次连接的信号处理电路、AD转换电路、FPGA采集电路和ARM传输电路；所述信号处理电路采用LM318运算放大芯片；所述AD转换电路采用AD9220ARS芯片进行模/数转换；所述FPGA采集电路采用FPGA芯片；所述ARM传输电路采用STM32F207处理器作为ARM选型；经过LM318运算放大芯片把信号放大，由LM318运算放大芯片的OUT端口输入到AD9220ARS芯片的VINA端口，AD9220ARS芯片把模拟信号转化为数字信号，并送入FPGA芯片，所述FPGA芯片将数字信号采集到FPGA芯片内部的FIFO中，并且和STM32F207处理器进行通信，STM32F207处理器定时的向FPGA芯片发送脉冲信号，FPGA芯片接收到脉冲信号，并通过并行总线将规定时间内采集到的所有数据传送给STM32F207处理器。
[0009]作为本实用新型进一步的方案:所述STM32F207处理器设有一个，一个STM32F207处理器连接两个FPGA芯片，一个FPGA芯片连接四个AD9220ARS芯片，每个AD9220ARS芯片通过一个LM318运算放大芯片连接一个碘化钠探测器。
[0010]作为本实用新型进一步的方案:所述STM32F207处理器接收到数据，并加上数据标识头，通过上位机通讯电路转发给上位机进行处理。
[0011]作为本实用新型进一步的方案:所述上位机通讯电路采用新型SP3232通讯芯片。
[0012]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本实用新型采用12位高速AD采样芯片AD9220ARS芯片以及先进的ARM Cotex-M3内核处理器，从而大大提高液体安检仪的实际检测速度，实现快速检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为现有的多道脉冲幅度分析器的原理框图；
[0014]图2为不同液体被散射后的能谱图；
[0015]图3为通道式安检机多道脉冲幅度分析器中信号处理电路的电路图；
[0016]图4为通道式安检机多道脉冲幅度分析器中AD转换电路的电路图；
[0017]图5为通道式安检机多道脉冲幅度分析器中FPGA采集电路的电路图；
[0018]图6为通道式安检机多道脉冲幅度分析器中ARM传输电路的电路图；
[0019]图7为通道式安检机多道脉冲幅度分析器中上位机通讯电路的电路图；
[0020]图8为通道式安检机多道脉冲幅度分析器中芯片的连接电路图。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。[0022]一种通道式安检机多道脉冲幅度分析器，包括依次连接的信号处理电路、AD转换电路、FPGA采集电路、ARM传输电路和上位机通讯电路。ARM传输电路通过上位机通讯电路将数据传输到上位机，上位机对数据进行分析和报警处理，整合到DR内等工作。
[0023]请参阅图3，所述信号处理电路采用LM318运算放大芯片，用于接收前端探头送出的信号，并对信号进行滤噪、放大等工作；探头送过来的信号经过信号处理后送给AD转换电路进行模/数转换。
[0024]请参阅图4，所述AD转换电路采用AD9220ARS芯片进行模/数转换。AD9220ARS是ADI公司一款性能优良的12位高速�？樽黄鳎凰俾士筛叽�10MSPS，具有单端和差分模拟输入方式，内部含有采样保持电路，可选择内部参考源和外部参考源。
[0025]请参阅图5，所述FPGA采集电路将四路AD转换电路转换后的数据采集到内部FIFO中，并且和ARM传输电路进行通信，按照ARM传输电路的命令字要求将FIFO内的数据通过并行总线发送到ARM传输电路进行处理。本系统采用Altera公司的高性能FPGA芯片进行设计，有效的保障了系统的性能和稳定性。该系统最大可支持两块FPGA芯片同时工作，每块FPGA芯片支持4个通道的探头输入。
[0026]具体方法是:通过在FPGA芯片内部构造寄存器组，运行相关算法完成脉冲峰值的统计(能谱分析)，确定脉冲上下阈值，对上下阈值内的脉冲个数并对数据进行打包(按帧)。按客户要求灵活设定寄存器组大�。梢远远嗟缆龀宸确治銎魃柚眉缸榛蚋嗟纳舷裸兄�。为了保证卡阈的准确性，必须尽量减少原始信号传输的中间环节，并采用高精度线性度好的运放。最后，ARM传输电路将按系统节拍对每块FPGA芯片的处理结果进行读取。
[0027]请参阅图6，所述ARM传输电路采用意法半导体ST公司的STM32F207处理器作为ARM选型。STM32F207处理器是基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而设计的ARM Cortex-M3内核。系统中选定的STM32F207处理器在以120MHz高速运行时可达到150DMIPS的处理能力，并且具有高达IM字节的片上闪存和高达128K字节的内嵌SRAM。实际应用中，可以将出厂时标定的用户参数保存到ARM自带的ROM中，这样避免了普通用户在使用时修改参数导致系统紊乱的可能性。
[0028]本系统中包含一块STM32F207处理器，STM32F207处理器控制并管理所有FPGA芯片，并且定时的从FPGA芯片中读取数据。读取后的数据，可以通过串口的形式发送给上位机进行处理。
[0029]具体方法是:按照用户设置的时间间隔(例如100ms)，STM32F207处理器定时的向FPGA芯片发送脉冲信号，FPGA芯片在接收到脉冲信号后，将通过并行总线将IOOms内采集到的所有数据传送给STM32F207处理器，STM32F207处理器接收到数据后，加上数据标识头(例如通道号和时间)，直接转发给上位机进行处理。
[0030]请参阅图7，所述的上位机通讯电路采用新型SP3232通讯芯片，减少系统功耗，增加信号传输稳定性。所述SP3232通讯芯片为STM32F207处理器与上位机的通信提供桥梁。
[0031]本实用新型的工作流程是:由四路碘化钠探测器探测出的CBS信号分别经过LM318运算放大芯片把信号放大，由LM318运算放大芯片的OUT端口输入到AD9220ARS芯片的VINA端口，AD9220ARS芯片把模拟信号转化为数字信号，并送入FPGA芯片，所述FPGA芯片将四路AD9220ARS芯片转换后的数据采集到FPGA芯片内部的FIFO中，并且和STM32F207处理器进行通信，STM32F207处理器定时的向FPGA芯片发送脉冲信号，FPGA芯片接收到脉冲信号，并通过并行总线将规定时间内采集到的所有数据传送给STM32F207处理器，STM32F207处理器接收到数据，并加上数据标识头，通过SP3232通讯芯片转发给上位机进行处理。
[0032]如图8所示:本新型专利为8通道MCA，系统主要包括8路运放电路，8路AD转换电路，两个PGFA芯片处理系统，每个PGFA系统处理4路AD转换数值，两个PGFA处理的结果由ARM传输至上位机。具体工作工作流程:探测器采集的模拟信号由运放LM318放大处理后输入至12位AD转换芯片AD9220ARS进行模/数转换成12位数字信号，送入FPGA进行数字处理，FPGA芯片选择EPM1207T144C5N.FPGA处理的结果送给ARM (STM32F207VC),ARM起到中间桥梁作用，把两个FPGA处理的结果进行整合，通过RS232 (SP3232EEY)通讯方式与上位机通讯。
[0033]对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0034]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【权利要求】
1.一种通道式安检机多道脉冲幅度分析器，其特征在于，包括依次连接的信号处理电路、AD转换电路、FPGA采集电路和ARM传输电路；所述信号处理电路采用LM318运算放大芯片；所述AD转换电路采用AD9220ARS芯片进行模/数转换；所述FPGA采集电路采用FPGA芯片；所述ARM传输电路采用STM32F207处理器作为ARM选型；经过LM318运算放大芯片把信号放大,由LM318运算放大芯片的OUT端口输入到AD9220ARS芯片的VINA端口，AD9220ARS芯片把模拟信号转化为数字信号，并送入FPGA芯片，所述FPGA芯片将数字信号采集到FPGA芯片内部的FIFO中，并且和STM32F207处理器进行通信，STM32F207处理器定时的向FPGA芯片发送脉冲信号，FPGA芯片接收到脉冲信号，并通过并行总线将规定时间内采集到的所有数据传送给STM32F207处理器。
2.根据权利要求1所述的通道式安检机多道脉冲幅度分析器，其特征在于，所述STM32F207处理器设有一个，一个STM32F207处理器连接两个FPGA芯片，一个FPGA芯片连接四个AD9220ARS芯片，每个AD9220ARS芯片通过一个LM318运算放大芯片连接一个碘化钠探测器。
3.根据权利要求1或2所述的通道式安检机多道脉冲幅度分析器，其特征在于，所述STM32F207处理器接收到数据，并加上数据标识头，通过上位机通讯电路转发给上位机进行处理。
4.根据权利要求3所述的通道式安检机多道脉冲幅度分析器，其特征在于，所述上位机通讯电路采用新型SP3232通讯芯片。
【文档编号】G01N23/203GK203705367SQ201420094933
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】丁厚本, 李波, 姜维, 周春燕, 张珍, 李伟荣, 周学谦 申请人:安徽中福光电科技有限公司
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