【摘 要】
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中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)是中国“十一五”期间重点建设的大型科学装置,为我国的物理、生命科学和新能源等领域的研究提供一个先进、强大的科学平台。工程材料中子衍射仪(Engineering Material Neutron Diffractometer)是在建的合作谱仪之一,具备应变、应力和布拉格边投射成像等功能,能够系统研究工程材料与部
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中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)是中国“十一五”期间重点建设的大型科学装置,为我国的物理、生命科学和新能源等领域的研究提供一个先进、强大的科学平台。工程材料中子衍射仪(Engineering Material Neutron Diffractometer)是在建的合作谱仪之一,具备应变、应力和布拉格边投射成像等功能,能够系统研究工程材料与部件服役过程中材料微观结构和宏观应力等信息。工程材料中子衍射仪使用斜入射中子闪烁体探测器作为主探测器。当中子入射到斜入射中子闪烁体探测器上,中子与闪烁屏相互作用产生闪烁光子,然后波移光纤收集其发出的闪烁光子并传输到硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,Si PM),最终由读出电子学进行数据采集处理。本文介绍了斜入射中子闪烁体探测器的读出电子学系统。电子学系统包括两部分,第一部分为前置处理板,对Si PM输出的微弱电信号进行放大、滤波、甄别处理,然后输出触发信号。第二部分为数据采集板,它以现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)作为采集与数据处理核心,获取中子的击中位置和时间信息,然后将位置与时间信息通过千兆以太网传输到上位机进行数据分析、在线显示等处理。固件程序实现电子学的配置与数据传输。配置功能包括:甄别电路阈值配置、Si PM线列供电电压配置以及电压电流检测电路中模数转换芯片配置等。数据传输实现把采集的中子击中位置和飞行时间信息以周期性质子打靶信号(T0)为打包周期,按照设定的数据格式进行打包,然后进行处理、缓存后,通过千兆以太网发送给后端。配置功能采用了三次握手的UDP协议实现,数据传输采用成熟的TCP/IP协议实现。系统设计完成后,分别在实验室与中子束线进行了相应的功能和性能测试。测试结果表明,该电子学的性能符合系统设计目标。
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