Nukleáris mérési jelek feldolgozása FPGA-val

OData támogatás
Konzulens:
Szántó Péter
Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Munkám célja egy nukleáris detektor mérőrendszerének a kidolgozása volt. Az egyes hardver komponensek fejlesztői kártya formájában álltak rendelkezésemre. A megvalósítás során Zynq-7000-es System on Chip rendszert használtam, mely egy chi-pen belül két Cortex A9-es processzort és FPGA-t is tartalmaz, így egyesítve a Cortex processzorok szoftveres és az FPGA-k hardveres rugalmasságát.

Először röviden beszélek az elméleti háttérről, a nukleáris méréstechnika alapjai-ról, mind analóg és digitális téren, majd ismertetem a szcintillációs kristályon alapuló detektorokat, melyeket radioaktív sugárzás mérésére használnak. A detektor kimenetén megjelenő kettős-exponenciális időállandójú jeleknek az amplitúdója és a felfutási időál-landója hordoz számunkra hasznos információt. Az amplitúdó nagysága arányos a de-tektált részecske energiájával, a felfutási ideje pedig a sugárzásra jellemző, így ez alapján szeparálhatók a különböző típusú sugárzások. Ezeknek az értékeknek a pontos mérésére trapéz-szűrőt alkalmaztam, melyet az FPGA erőforrásaiból valósítottam meg. A mérés eredményeként előállításra kerül egy gamma spektrum, mellyel a radioaktív izotóp jelle-mezhető. Ha a mérés során több izotóp is volt a detektor előtt, akkor ezeknek a spektru-mai átlapolódnak, ebben az esetben a válaszmátrixos dekonvolúció módszerét használva adható becslés, hogy mely források és milyen mértékben voltak jelen. Ez a módszer a problémát egy rosszul kondícionált lineáris egyenletrendszerre vezeti vissza, melyet iteratív hibaminimalizálással old meg. A dokonvolúció szoftveres gyorsítására SIMD könyvtárat használtam, továbbá a mátrix szorzások gyorsítására Vivado HLS segítségé-vel az FPGA-ban hardvert készítettem.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.