株式会社テクノエーピー
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株式会社テクノエーピー 放射線・放射能測定装置 設計・開発・販売
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放射線計測

※技術情報※

弊社DSP製品の一部を、2015/11/3〜5 サンディエゴで開催されました「2015 IEEE Nuclear Science Symposium & Medical Imaging Conference」にてご紹介させていただきました。
 
英文、8.7MB

弊社DSP製品の一部を、2014/05/26奈良県新公会堂で開催されました「2014 IEEE-NPSS Real Time Conference (RT)」にてプレゼンテーションいたしました。製品の概要だけではなく、基本性能の説明や計測データやユーザー事例等をご紹介しています。是非ご一読ください。
 
英文、15.7MB

デジタルシグナルプロセッシング

リアルタイムデジタルシグナルプロセッシング機能を搭載したマルチチャネルアナライザ(MCA)です。
プリアンプの出力を直接入力し、高速ADCでデジタル化され、FPGAでリアルタイムにTrapezoidal Filterを行います。

FAST系とSLOW系の二種類のフィルタブロックで処理され、FAST系でタイミング取得、Pile-Up Reject、SLOW系でエネルギー解析を行います。


【特徴】


・ ガンマ線スペクトロスコピー用デジタルシグナルプロセッシング機能

・ ゲルマニウム、シリコン半導体検出器用

・ FPGAによるリアルタイムデジタルシグナルプロセッシング

・ Ethernetによるデータ収録


・ Digital Pulse Shaping




プリアンプ(黄色)
シェイピング(水色)

・デジタルシグナルプロセッシング

高分解能の高速ADCを利用し、プリアンプからの出力信号を直接デジタル化し、FPGAに送られます。
FPGAのハードウェア演算により、リアルタイムにフィルタリングされます。
シェイピングタイムはPCからのパラメータにより設定され、台形波形に整形します。
Peaking time (rise time +flattop time) によりピーク値をデジタル的に検出します。
デジタルパルスシェイピング(Digital Pulse Shaping)は伝統的なアナログ方式に変わり、最新のデジタル信号処理技術を用いたパルスシェイピングです




全体構成

・ADC

デジタルシグナルプロセッシングの心臓部であるA/Dコンバータは、最新の100MSPS,14bitの高速、高分解能パイプライン型ADCを採用し、プリアンプからの信号を直接デジタイズします。
弊社の洗練された、アナログフロントエンド技術、プリント基板アートワーク技術、性能評価及び検査技術により、非常に低ノイズで、広帯域なA/Dコンバータが可能となりました。



・Energy Resolution

最新のデジタルパルスプロセッシング技術により高分解能、高計数率のスペクトロスコピーが可能です。




※弊社所有PGT社製IGC10200 Ge検出器による

・Linearity

 Eu-152 + Co-60 によるテスト



Eu-152+C0-60
(keV)
理論値
(ch)
計測値
(ch)

(ch)
121.782 616.147 615.90 0.247
244.699 1238.031 1238.30 -0.269
295.939 1497.276 1497.60 -0.324
344.281 1741.858 1742.40 -0.542
367.788 1860.789 1860.80 -0.011
411.117 2080.008 2080.50 -0.492
443.990 2246.326 2246.50 -0.174
488.660 2472.330 2473.00 -0.670
564.021 2853.612 2853.20 0.412
586.294 2966.300 2966.50 -0.200
678.578 3433.202 3433.60 -0.398
688.678 3484.302 3484.70 -0.398
719.353 3639.499 3640.00 -0.501
778.925 3940.898 3941.20 -0.302
810.459 4100.442 4101.00 -0.558
867.388 4388.469 4388.80 -0.331
919.401 4651.624 4651.60 0.024
926.324 4686.650 4686.10 0.550
964.030 4877.420 4877.70 -0.280
1005.279 5086.115 5085.60 0.515
1085.914 5494.081 5493.80 0.281
1089.700 5513.236 5513.70 -0.464
1112.116 5626.647 5626.40 0.247
1173.200 5935.696 5935.90 -0.204
1212.950 6136.807 6137.10 -0.293
1299.124 6572.797 6572.40 0.397
1332.508 6741.700 6741.70 0.000
1408.011 7123.700 7123.60 0.100
1457.628 7374.733 7374.00 0.733
1528.115 7731.355 7732.20 -0.845

・Throughput

スループットはFPGAによるリアルタイムデジタルシグナルプロセッシングの採用により従来のアナログ方式に比べて大きなアドバンテージがあります。
高速ADCとFPGAの採用により、従来のMCAにおける変換時間、リセット時間のデットタイムがありません。




・Pile-Up Reject

波形整形された信号の立ち上がり時間以下で生じた2つのパルスは、波形が重なり実際のピーク値とは異なる値になります。
高計数率化においては、大きなバックグランドノイズになります。
このイベントをリジェクトするために、デジタル信号処理により、Pile-UP Rejectをおこないます。
対象となる時間は ( rise time + flattop time ) x 1.25 でこの間に2つイベントがあった場合、リジェクトされます。





・Fast Timing Filter

プリアンプからの出力信号を高速のシェイピングタイムによって波形整形を行います。
リーディングエッジで、ディスクリミネーションをおこないます。
このタイミングはデジタル信号処理のさまざまな機能に応用されます。
また時間情報の取得、カウンタ等に利用されます。





・Digital CFD

ゲルマニウム半導体検出器のように立ち上がり時間が相違したパルスを発生する検出器にて最良な時間分解能を達成するために従来よりコンスタントフラクションタイミングによる計測が行なわれております。
弊社ではデジタル信号処理技術を用いてDigital CFDを開発しています。





・コインシデンス計測(オプション)

左図のように、2つの検出器とDSP機器2CHを使用し、コインシデンス計測を行います。

2CH同時にイベントが発生したと判断するためにコインシデンスタイムを設定します。
設定範囲は10nsから40μsです。
この時間内に2CH同時にイベントがあった場合、両イベントの時間と波高値を計測し、2次元ヒストグラムを作成します。

2次元ヒストグラムのデータ取得範囲は、
512ch * 8192ch、
1024ch * 4096ch、
2048ch * 2048ch、
4096ch * 1024ch、
8192ch * 512ch の5つのパターンからの選択と、エネルギーchオフセット値の設定により、特定の領域に限定することができます。

 2次元ヒストグラム


横軸をCH1のエネルギー(ch)、縦軸をCH2のエネルギー(ch)とした2次元ヒストグラムを表示します。
2次元ヒストグラムを元に、CH1及びCH2のそれぞれの方向から見た総加算値による1次元ヒストグラムも表示します。



・ソフトウェア(Software)

デジタルMCA用ソフトウェアを添付。
全設定及びヒストグラムやオシロスコープモードの実行が可能です。

ヒストグラム




波形表示



・プログラミング

デジタルMCAへの設定、データ取得は全てネットワーク経由(TCP/IPまたはUDP)です。
特別なライブラリ等は必要ありません。
ASCII文字列による簡単なコマンドで制御可能です。
サンプルプログラムに関しましてはこちらよりご参照ください。

【仕様】

アナログ入力(Analog Input)
項目 仕様
ポールゼロ調整 フロントパネルVR
コースゲイン ×1、 ×2、 ×5、 ×10
プログラマブル
ファインゲイン ×0.333 〜 ×1.0 フロントパネルVR
入力レンジ ±1V
入力インピーダンス 1kΩ

ADC
項目 仕様
サンプリング周波数 100MHz
分解能 14bit
SNR 66dB@1MHz

デジタルシグナルプロセッシング(DSP)
項目 仕様
トラペゾイダルシェーピング
ピーキングタイム 0.5us 〜 16us
デジタルポールゼロキャンセル
デジタルベースラインレストアラー
デジタルパイルアップリジェクト
ADCゲイン(チャネル数 8192、4096、2048、1024、512、256ch

その他

項目 仕様
LAN I/F 100Base-T
通信プロトコル TCP/IP
OS μITRON準拠
モード ・ ヒストグラムモード
・ リストモード
・ オシロスコープモード 

・ コインシデンスモード
ソフトウェア ・ サンプルプログラム添付
・ ヒストグラムの表示

・ イベントデータ計測


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