Tận dụng khả năng số hóa xung tín hiệu của Oscilloscope kết hợp với phần mềm LabVIEW 2013Tín hiệu vào analog ADC Hiển thị Tín hiệu ra digital Hình 1.3.. Hệ phân tích đa kênh sử dụng de
Trang 1TRƯỜNG ĐH KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM
KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN VẬT LÝ HẠT NHÂN BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
XÂY DỰNG HỆ PHÂN TÍCH ĐA KÊNH
SỬ DỤNG DETECTOR NaI(Tl) 3 inch × 3 inch
VÀ PHẦN MỀM LabVIEW 2013
SVTH : Nông Tiến Toản CBHD: ThS Nguyễn Quốc Hùng CBPB : ThS Huỳnh Thanh Nhẫn
Thành phố Hồ Chí Minh - 2014
Đề tài:
Trang 3Tiền khuếch đại
Nguồn cao thế
Máy tính
Khuếch đại
Kênh 5
Kênh 1 Kênh 2 Kênh 3 Kênh 4
Hệ phân tích đa kênh MCA
Hình 1.2 Các thành phần chính của hệ MCA
Trang 4 Tận dụng khả năng số hóa xung tín hiệu của Oscilloscope kết hợp với phần mềm LabVIEW 2013
Tín hiệu vào (analog) ADC Hiển thị
Tín hiệu ra digital
Hình 1.3 Sơ đồ khối Osciloscope dạng số
Hình 1.4 Osciloscope GDS-1152A
XÂY DỰNG MỘT HỆ MCA
Trang 52 Hệ phân tích đa kênh sử dụng detector NaI(Tl) 3inch × 3inch,
Oscilloscope GDS-1152A và phần mềm LabVIEW 2013
Detector
NaI(Tl)
Tiền khuếch đại
Oscilloscope (ADC 8bit 1Gsa/s)
Khuếchđại
Phần mềm máy tính (lập trình trên LabVIEW)
Phổ biên độ xung
Hệ MCA
USB
Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ phân tích đa kênh
Hệ MCA được xây dựng dựa trên hai thành phần chính là Oscilloscope GWINSTEK GDS-1152A và phần mềm LabVIEW 2013
Trang 6Quá trình xử lý xung tín hiệu số trên LabVIEW
Hình 2.2 Mã nguồn chương trình LabVIEW thu nhận và xử lý tín hiệu
Oscilloscope số hóa
xung tín hiệu
Thu thập xung tín hiệu
Xác định biên độ xung tín hiệu
Biểu diễn xung tín hiệu và phổ biên
độ xung
Lưu trữ số liệu
Xử lý xung tín hiệu số (DPP)
Trang 7Xác định biên độ xung
Xung tín hiệu (đã số hóa)
Làm khớp dạng
đa thức bậc hai
Biên độ xung tín hiệu
Tính đạo hàm bậc nhất
và giá trị lớn nhất
Thiết lập ngưỡng và lựa chọn số điểm thực nghiệm cho việc làm khớp
Hình 2.3 Nguyên lý của hàm PEAK DETECTOR.VI
Trang 8Ghi nhận và biểu diễn phổ biên độ xung
Hình 2.4 Phổ theo biên độ xung được biểu diễn trên LabVIEW
Biên độ xung Creat Histogram.VI Hàm Phổ theo
biên độ xung
Kênh
Trang 9Giao diện chương trình LabVIEW
Hình 2.5 Giao diện chương trình
2 CHANNEL 7 Thời gian đã đo
3 TIME TO STOP 8 LED lưu dữ liệu
4 THRESHOLD 9 Phổ biên độ xung
Phổ biên độ xung
Xung tín hiệu Điều khiển
Trang 10Lưu dữ liệu
Thời gian (ns) Biên độ (V)
Dạng dữ liệu từ đồ thị xung tín hiệu Dạng dữ liệu từ phổ biên độ xung
Thời gian (bin)
Hình 2.6 Dữ liệu được lưu trữ trên LabVIEW
Kênh
Trang 11 Khảo sát hoạt động của hệ MCA với máy phát xung:
Khảo sát thời gian đáp ứng
Kiểm tra độ tuyến tính của hệ MCA theo biên độ xung
Thực nghiệm đo phổ Gamma với detector NaI(Tl) 3 inch × 3 inch:
Xác định đường chuẩn năng lượng
Độ phân giải năng lượng
3 Khảo sát hệ đo và kết quả thực nghiệm
Số liệu thu được sẽ được xử lý bằng phần mềm Origin để vẽ đồ thị, xác định đường chuẩn,
và biểu diễn phổ năng lượng.
Trang 123.1 Khảo sát với máy phát xung
Tín hiệu
ra chuẩn
NIM
Chip FPGA
Bộ cấp nguồn
Hệ MCA
Hình 3.1 Cấu tạo máy phát xung
Hình 3.2 Sơ đồ bố trí nghiệm với máy phát xung
Trang 13Kết quả cho thấy hệ
Khảo sát thời gian đáp ứng
Mục đích : Khảo sát tốc độ ghi nhận của hệ MCA.
Phương pháp: Sử dụng máy phát xung tín hiệu có tần số từ 0,18Hz đến 6Hz với biên độ cố định.
Hình 3.3 Đồ thị khảo sát tốc độ ghi nhận
Trang 14Kiểm tra độ tuyến tính của hệ MCA theo biên độ xung
Mục đích : Khảo sát sự thay đổi của số kênh theo biên độ xung.
Phương pháp: Sử dụng máy phát xung với biên độ thay đổi và tần số cố định.
Hình 3.4 Phổ theo biên độ xung Hình 3.5 Sự phụ thuộc của vị trí kênh vào biên độ xung
y= (100,42±0,40)x-(16,65±2,70)
R2= 0,9993
Vị trí kênh thay đổi tuyến tính theo
biên độ.
Trang 15 Đánh giá hoạt động của hệ MCA trong các phép đo thực nghiệm với detector NaI(Tl) 3 inch × 3 inch
Các nguồn phóng xạ Ba-133(0,96μCi), Co-60(1μCi), Cs-137 (10μCi) được sử dụng làm nguồn chuẩn.
Dựa trên phổ năng lượng thu được xây dựng đường chuẩn năng lượng của hệ
đo và đánh giá độ phân giải năng lượng.
So sánh độ phân giải của hệ MCA với hệ Inspector 1000 của Phòng Thí nghiệm
Kỹ thuật Hạt nhân.
3.2.Thực nghiệm đo phổ gamma sử dụng hệ MCA
và detector NaI(Tl) 3 inch × 3 inch
Trang 16Tiền khuếch đại
Khuếch đại Oscilloscope
GDS-1152A
Hệ MCA
LabVIEW
Detector NaI(Tl) 3x3
Nguồn nuôi cao thế
Nguồn
phóng
xạ
USB (COM)
Bố trí thí nghiệm
Trang 17Hình 3.7 Phổ năng lượng Ba-133 Hình 3.8 Phổ năng lượng Cs-137
Bảng 3.1 Vị trí kênh và năng lượng của các
nguồn phóng xạ Ba-133, Cs-137, Co-60
Nguồn phóng
xạ
Năng lượng (keV) Vị trí kênh
1332 372
Trang 18E(keV) = (3,64 ± 0,02) × Ch − (21,80 ± 5,86) (R2 = 0,9996)
Hình 3.10 Đường chuẩn năng lượng của hệ đo
Đường chuẩn năng lượng
Trang 19Nguồn phóng xạ Năng lượng (keV) Vị trí kênh FHMW
Hệ MCA (R1) (%)
Hệ phổ kế Inspector 1000 (R2)
Bảng 3.3 So sánh độ phân giải của hệ MCA (Osciloscope GDS-1152A) và hệ phổ kế Inspector
1000 của Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân
Đánh giá độ phân giải năng lượng
Trang 20Kết luận
Xây dựng hệ MCA sử dụng Oscilloscope GDS-1152A và phần mềm LabVIEW
Kết quả khảo sát với máy phát xung
Tốc độ ghi nhân 1,2 sự kiện/giây
Hệ đo hoạt động ổn định, vị trí kênh thay đổi tuyến tính theo biên độ xung.
Kết quả thực nghiệm sử dụng detector NaI(Tl) 3inch x 3inch
E(keV) = (3,64 ± 0,02) × Ch− (21,80 ± 5,86) , (R2 = 0,9996)
Độ phân giải năng lượng từ 4,28% ÷ 6,55% đối với các nguồn Ba-133, Cs-137, Co-60
Trang 21Kiến nghị
• Do tốc độ đáp ứng thấp khoảng 1,2 Hz nên thời gian đo kéo dài Cải thiện tốc độ đáp ứng của hệ đo bằng cách giảm số lượng bit truyền lên, thiết lập thay thế chuẩn cổng COM bằng cổng USB để đạt tốc độ cao hơn.
• Có thể xây dựng hệ MCA để đo bức xạ hiếm hoặc phổ kế thời gian…
Trang 22Tài liệu tham khảo
• Tiếng Việt
[1] Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2003), Phương pháp ghi bức
xạ ion hóa, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP.HCM, trang 75-81, 147-153.
[2] Nguyễn Quốc Hùng (2011), Luận văn thạc sĩ Xây dựng chương trình nhúng VHDL tính
các thông số đặc trưng cho hệ MCA (Flash-ADC/FPGA), Đại học Cần Thơ.
[3] Cao Bá Khôi (2010), Khóa luận tốt nghiệp Xây dựng hệ phổ kế gamma HPGe, Đại học
Khoa học Tự nhiên Tp.Hồ Chí Minh
• Tiếng Anh
[4] William R Leo (1993), “Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments”– Second Revised Edition, Springer – Verlag Press.
[5] Bùi Tuấn Khải (2012), Development of MCA (FLASH-ADC/FPGA based) for gamma
spectroscopy, Khóa luận tốt nghiệp, Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM
[6] Silviu Folea (2011), Practical Applications and Solutions Using LabVIEW™ Software,
Technical University of Cluj-Napoca, Romania
Trang 23XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN QUÝ THẦY CÔ
VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE
Trang 24Đánh giá độ phân giải năng lượng
Hình 3.11 Làm khớp dạng Gauss bằng Origin
Trang 25Nguồn phóng xạ Năng lượng (keV) Vị trí kênh FHMW
Trang 26Tần số (Hz)
381,46 190,73 95,36 47,68 23,84 11,92 5,96 2,98 1,49 0,74 0,37 0,18
Biên độ (V)
9,84 9,43 8,72 8,00 7,20 6,44 5,60 4,56 3,68 2,64 1,44
Bảng 3.1 Tần số từ máy phát xung Bảng 3.2 Biên độ từ máy phát xung
Trang 27Biên độ (V) Vị trí kênh tương
Trang 28Oscilloscope Gwinstek GDS-1152A
-ADC 8 bit
-Khoảng thế hoạt động 10V Có thể ghi nhận được dạng xung tín hiệu
Hình 2.2 Oscillosope GDS-1152A
