多通道脉冲分析仪

概述

在核电子仪器中，多通道脉冲分析仪(简称多道分析仪，英文缩写为MCA)算是一种比较复杂的仪器了，其电子元件数量不少于小型电子计算机，其逻辑设计必须适应获取随机信息的特点。随着能谱测量分析的广泛应用，以及电子学计算机技术进步，能谱测量仪器分析用的多道分析器已成为现代常规能谱分析仪器的主流产品，所以多通道脉冲分析仪的数字化便成了核仪器发展中的必然趋势。

放射性探测器在探测放射性粒子时，产生电离信号，该信号可以携带着粒子的各种特征信息，如能量信息、时间信息、位置信息等等，这些信息是通过电子学系统和软件处理进行分析和分类提取的。通常配置适用的核电子学仪器和系统需要使用人员了解所测量粒子的性质，选择适当的探测器、电子学仪器和软件分析方法。

一、多通道脉冲分析仪的原理

多通道脉冲分析仪(简称多道分析仪，英文缩写为MCA)是一种独特的测试仪器。其相当于多个单道分析器，它把分析器的范围伏或10伏)(5按不同的测量需要平均分成512道、1024道、2048道等。各道能同时测量，可测出介于各窄小道宽内的脉冲强度，既可在屏幕上同时显示各道的计数，也可由打印机打印出来，因此能便捷地测量能谱。多通道脉冲分析仪(MCA)应用领域之广，包括电子信号分析，脉冲信号分析，核物理信号分析以及光谱分析，各种传感器的校正，配接成各种使用型分析仪器，而且是用于脉冲计数分析的关键测试仪器之一。

其主要工作原理是：输入信号经ADC,DSP处理后，由RS232,USB通讯接口与计算机联机，由计算机进行数据分析处理(运算，分析，显示，储存，打印，控

制等)。用于检测幅度分类中采集，存储和处理信息的各种设备。具有如下功能：

-接收传感器或信号源的信号;

-脉冲高度信号的AD转换;

-按照设置条件对脉冲高度的数据进行分类;

-存储数据，并按按照预定的算法处理数据;

-数据的输入和输出(如显示，打印，绘图，存储等)。

二、多通道脉冲分析仪的发展

最早的多通道脉冲分析仪是用机械原理构成的，以后又出现了一些由电子线路组成的多通道脉冲分析仪，直至1950年首次以模-数变换器构成多通道脉冲分析仪之后，多通道脉冲分析仪才迅速发展起来，并成为核实验技术中必不可少的设备。现代的多通道脉冲分析仪除了以单参量脉冲幅度分析方式获取脉冲幅度谱之外，一般还具有以其他多种方式获取实验数据的功能，如双参量脉冲幅度分析、慢变化电压的幅度分析式采样测量、慢变化电压的波形记录式采样测量、多定标器式数据获取、时间谱的测量等等。这样，多道分析器就不仅用于核能谱的测量;在穆斯堡尔谱(见穆斯堡尔谱学)的测量、核反应堆的动态特性测量、生物电信号的分析等方面都有广泛的应用。

多通道脉冲分析仪一般由模-数变换器、数据存储器、显示器、控制器等几部分构成。获取的谱数据可以在显示器上以数码或谱曲线的形式显示出来，也可以由快速打印机或描迹仪输出。带有微处理机的多道分析器可以对获取的原始数据进行处理，输出实验的最终结果。多通道脉冲分析仪的技术指标有:道数、道宽、道宽的误差、道宽的稳定度、分析零点的误差、分析零点的稳定性、微分直线性、积分直线性、死时间和可测的最大脉冲计数率等等。

三、数字化多通道脉冲分析仪

多通道脉冲分析仪可以分为模拟和数字两类，模拟多道谱仪中的放大成形、采用保持、模数变换、基线恢复等等模拟电子线路的功能，在数字信号处理技术(DSP)多道分析器中均为数字信号处理所实现，从而导致在性能上，DSP多通道脉冲分析仪有很大的进步，如：

具有极佳的计数率和分辨率性能，在高计数率时，能量分辨率依然很稳定

具有极高的计数通过率(throughput)，在测量中，也就是极大提高系统测量效率100kcps是不难实现的

具有更宽的动态测量范围，不必对不同计数率测量更换或调整测量仪器

具有自动弹道亏损校正功能，而不增加信号处理时间或死时间

具有极佳的温度稳定性，温度影响比模拟系统改善50%

集成一体化设计使安装极为方便快捷

计算机可100%的控制DSP多道分析器，进一步地改善系统安全性、数据

四 常用多通道分析仪的主要参数介绍

可变通道数提高到16k;

响应速度快;

串口和USB通讯接口可选择

实时的数据采集;

可观看波形;

无需电源(USB供电);

袖珍，轻便，易操作;

技术参数

接口：串口，USB1.1USB2.0;

计数通道可选:1K、2K、4K、8K、16K;

噪声峰峰值幅度：<1mV;

信号输入方式：BNC输入;

信号输入范围：幅度0～±5V或0～±10V;

输入阻抗：10kΩ;输入电容：<5pF

采样频率：>2.5MHz;

输入脉冲宽度：<1μs;

系统精度：≤1%;

采样位数：16位;

测量精度：≤1mV;

输入信号带宽：

最小脉冲上升时间为<400ns;

ADC转换时间<400ns(16Bit);

道宽：0～±5V：0.3mV0～±10V：0.6mV;

微分非线性：<±0.8%(99%量程);

积分非线性：<±0.1%(99%量程);

零点漂移:72小时零点漂移小于1道;

零点温度系数：<0.2道/℃;

单通道最大计数4.29×109(4字节);

脉冲峰检测方式：

阈后第一峰：适用于频谱分析(如：核物理);

阈后绝对峰：典型适用于脉冲计数分布分析;

软件支持MCA(2000/2003/XP/WIN7);

外形尺寸：90×86×32(mm);净重<400g;

工作环境温度-10～70℃湿度≤90%;

存储环境温度-40～80℃湿度≤90%

本技术参数完全符合《GB/T4833–2008》，《IEC 61455:1995》

五、在生产与生活中的应用

由于数字化多道分析器的应用范围很广，覆盖了许多行业。其产品可以应用于辐射安全(权威机构、海关口岸、武器查验、运输监测、突发事件、消防部门)、医学(状腺肿、水质/空气监测、废物监测、健康检查、污染监测、个人计数器)、核电站(环境监测、核泄漏检测、核废物监控、碘/气溶胶定量)和工业(密度测量、质量控制、食品监测、废金属分析)等各行业多种不同用途的检测分析。

在那么多用途和利益的驱使下，各种各样的能谱分析仪生产公司则不断地进行创新，为的使他们的产品能够立于不败之地。有了这些越来越先进的多道分析器，我们则可以在生产生活中充分合理地运用起来，为我们实验教学和野外探测等各个方面提供更为精确有效的数据!