[科普中国]-脉冲高度分析器

脉冲高度分析器（PHA）是核辐射测量中所使用的仪器，核幅射测量是一种将核电子学与计算机技术等学科相互结合、综合性很强的分析技术。目前，它已成为物质成分分析的重要手段，在毒品、爆炸物检测，在线煤质分析，水泥物料分析，医学，环境学等学科起着越来越重要的作用。在核辐射测量中，核探测器输出的脉冲信号高度和入射粒子的能量成正比，通过测量脉冲信号的高度就可以知道入射射线的能量。

释义脉冲高度分析器（PHA）是核辐射测量中所使用的仪器，核幅射测量是一种将核电子学与计算机技术等学科相互结合、综合性很强的分析技术。目前，它已成为物质成分分析的重要手段，在毒品、爆炸物检测，在线煤质分析，水泥物料分析，医学，环境学等学科起着越来越重要的作用。在核辐射测量中，核探测器输出的脉冲信号高度和入射粒子的能量成正比，通过测量脉冲信号的高度就可以知道入射射线的能量。1

工作原理脉冲高度分析器的工作原理如图所示。在控制器的控制下，待分析脉冲首先被送至A/D转换器，经过A/D转换后，成为一个能代表该脉冲高度的数字量（称为“道址”）。然后，控制器将该数字量线性变换成数据缓冲区内所对应的计数器地址，并使该地址对应的计数器内容“加1”，即该道的计数值加1。这样，经过一段时间的测量，数据缓冲区内各个计数器的计数值就能反映输人脉冲的高度分布。

脉冲高度间隔的个数就是脉冲高度分析器的道数；而高度间隔的宽度就是道宽。道数越多，高度分布分析得越精细，各个道的计数相应减少，测量时间延长，硬件电路也就越复杂，所以不应盲目追求道数。通常要求在峰高的半宽度范围内有5~10道，对于采用Nal探测器的脉冲高度分析器，由于它的脉冲高度分辨率比较差，128道至256道就能满足测量要求；而对于半导体探测器，则需要1024-8192道。2

电路整体结构脉冲高度分析器采集系统结构框图如图所示。一般将晶体与光电倍增管、前置放大器一起称为探头。脉冲信号放大电路做成一个独立的单元，东北师范大学辐射技术研究所是将探头高压电源、信号放大电路及四路电源放在一个机箱中。甄别电路、控制电路、A/D转换电路是设计多道卡必不可少的电路。脉冲高度分析器主要包括峰值保持与采集、数据上传两大部分。这两部分又各自分成若干个单元。目前国内的高速脉冲高度分析器虽有文献介绍，但没有实际应用，实际使用的仪器都是从国外进口的。2

数据采集与通信接口电路峰值保持与甄别控制电路脉冲高度分析器的分析对象是脉冲信号的峰值。经过放大器的脉冲信号，其峰顶宽度比较窄，不能满足A/D转换的时间要求（大于几微秒）。采用峰值保持电路，展宽脉冲信号峰值宽度，使峰值保持足够长的时间，以保证在A/D转换过程中峰值稳定。控制电路的主要作用是对信号的波形进行分析，为采样保持电路提供控制信号川。控制电路由比较器、电压跟随器和模拟开关组成。

电路工作过程如下:

（1）当输人电压高于Vset（即：Vin>Vset）时，比较器A的输出端为高电平，从而使输出端Q跟随D的状态（固定为高电平1），即Q=1/Q=0；此时模拟开关K2截止，二极管D4导通，采样保持电容C5开始充电，电容两端电压上升，直至达到峰值。

（2）在充电过程中，比较器B的输出端为低电平；当C5两端电压达到峰值，比较器B的输出端为高电平，从而使得输出端Q跟随D端的状态，即Q=1/Q=0；此时模拟开关K1导通，采样保持电路的输人端接地，信号进人死时间区，产生提示信号DT=0，关闭活时间计时电路的与门，直至下一个脉冲到达，分析指令ANS使DT=1，重新开启活时间计时电路。2

数据采集接口电路AT89C52是一个低电压、高性能CMOS单片微控制器，片内置一个8位处理器、一个布尔处理器和Flash存储单元。将微处理器和Flash存储器结合在一起，可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

脉冲高度分析器是按脉冲的高度进行分类计数，A/D转换的是脉冲高度值，为了对脉冲高度进行转换，同时实现死时间控制需要使用时序控制电路。虽然AT89C52与ASD7807通常采用执行“MOVX指令”的总线型接口，但是由于本装置时序控制的特殊性，ASD7807与AT89C52的接口不能采用执行“MOVX指令”的总线型接口。根据控制器AT89C52芯片提供的系统资源，设计中采用ASD7807与AT89C52的P1口相接的方式。属于用户I/O口的P3口，其8根口线可以位操作，抽出部分口线用作A/D转换的握手信号线。

RS232接口电路脉冲高度分析器可以使用多种接口，如ISA、PCI都是较好的选择。现在市场上绝大多数为基于ISA总线计算机多道卡，但其速度偏低，开发难度较大（需要开发驱动程序）；PCI总线协议过于复杂，实现起来比ISA等总线还要困难得多。2

本词条内容贡献者为:

屈明 - 副研究员 - 西南大学