中子能谱测量在辐射防护、核技术应用和反应堆物理领域具有重大意义。目前对中子能谱测量的方法主要有核反应法、飞行时间法、阈探测器法、晶体衍射法、多球中子谱仪等。多球中子谱仪是一种发展的较为完善的测谱方法,它有着准确度高、测量能量范围广、各向同性等优点。传统的多球式中子谱仪为离线式测量,需多次测量探测器在不同慢化球壳计数再进行解谱,测量耗时长,不能实时测量。可以实时监测中子能谱的在线式多球中子谱仪技术在世界范围内已有多个国家和机构都各自基本独立地展开研究,部分成熟的在线式多球中子能谱仪已经运用于核设施辐射监测中,国内也已有相关人员对在线式多球中子谱仪做过部分研究,这些研究大多仅限于理论计算和实验室可行性探讨,尚无可用于现场测量的成熟设备。本工作借鉴国内外中子多球谱仪的成功系统技术,设计了一套在线式多球中子谱仪探测系统。本工作在现有多球中子谱仪的基础上,选择合适的热中子灵敏探测器和聚乙烯慢化材料,采用MCNP程序模拟计算不同半径慢化球的能量响应函数并参考德国联邦物理研究所方案确定了慢化球尺寸参数。并对慢化球壳半径及密度、计数管气压和球球干扰等因素对响应函数的影响进行了研究,根据计算结果确定了设计参数并对慢化球壳、支架进行了加工。针对计数管输出信号特性本工作设计了放大电路、幅度甄别电路,针对谱仪多个探头同时测量的要求设计了基于CPLD的多路数据采集电路。实验证明这款新型的数据采集路电路有着设计简单、通用性强、能够高速、大数值多路脉冲同时测量等优点。采集的信号经RS485串口传输至PC端,由核安所研制的BSS解谱程序进行解谱。实验样机经同位素中子源标定,中子源能谱测量实验及不确定度分析表明性能满足指标,设置装置具有一定可靠性。