一维位置灵敏法拉第筒的数据获取系统

简要介绍兰州重离子加速器国家实验室320 kV高压ECR实验平台原子分子物理终端上使用的一维位置灵敏法拉第筒的数据获取系统。该系统硬件由64通道电流/电压转换放大器和PCI-6224数据采集卡构成,并通过编写LabVIEW程序,实现数据的准确、同步、实时与高速采集。经验证,该获取系统简单易用,可靠性高,完全符合设计要求。

CSR实验探测装置前端电子学的研究

随着国家大科学工程兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL－CSR）的建成， HIRFL－CSR实验探测装置也在建设中。它主要由CSR外靶实验装置和CSRe上的配套实验装置组成，具有高通道数，高探测效率，高能量分辨，高时间分辨和高位置分辨等特点；将实现奇异核性质及奇异核反应研究，核物质的同位旋效应研究等物理目标。如此先进的大型实验探测系统对前端电子学提出了高密度、高集成度，低功耗和良好的长期稳定性等多方面的严格要求，传统的插件化的NIM 和CAMAC 电子学对此已无能为力，因此建造与之相配的读出电子学和数据获取系统成为一个重要的课题和任务。基于这个出发点，论文从发展髙性能多路小型化前端电路和基于先进ASIC芯片的前端电子学系统两个方面进行研究，讨论了我们在这两种电路研究方面采用的新思路和新方法。论文在发展髙性能多路小型化前端电路方面，阐述了一种用于时间分析的宽带放大电路的设计与实现。电路采用超低噪声的集成运放，解决了如何降低噪声的问题；同时引入2阶贝塞尔滤波器加反向求和电路，有效抑制直流漂移，使快放具有良好的直流稳定性和增益稳定性。基于先进ASIC芯片的前端电子学系统的研究是论文的重点。它着重解决了近代核与粒子物理实验中越来越突出的多路多道需求和高性能指标要求。论文首先介绍了一种处于国际先进水平的ASIC芯片的内部结构；随后详细论述了系统的硬件设计和软件开发；最后对系统进行了调试和性能分析。实验室调试结果说明系统已能够适应物理实验的要求，并为最终建立一个完整的满足性能要求的前端电子学系统打下了坚实的基础

CSR控制系统的大规模多级分布式数据交互系统

CSR控制系统是一个庞大的网络分布式控制系统,它是由许多子系统组成。大规模多级分布式数据交互系统是CSR控制系统中的核心。它是实现CSR束流多能量级连调的核心，它涉及整个CSR控制系统的数据传输以及数据结构定义。大规模多级分布式数据交互系统的开发是基于螺旋模型，采用螺旋模型进行开发能最优实现CSR控制系统的需求以及各开发阶段具有很大的设计灵活性。该大规模多级分布式数据交互系统完全实现了采集数据的上行和控制数据的下行，系统通过网页实现对控制数据的录入以及对采集数据的实时显示。CSR所有数据都存储于Oracle数据库系统，数据库系统是一个三级分布式数据库系统，这样能均衡各前端服务器的资源与性能。前端服务器COM组件通过TCP/IP与ARM控制器和多功能控制器进行数据上行下行的数据交互，以及通过PCI 接口实现与各FPGA板卡进行数据交互。 论文论述了对大规模多级分布式数据交互系统、网页系统、Oracle数据库系统、COM组件库、PCI驱动程序以及各软件系统的设计实现。对大规模多级分布式数据交互系统主要从系统的结构、各级硬件设计和各级软件系统的设计这几个方面进行论述；网页系统主要描述了该系统是基于MVC框架模型的开发设计并介绍了JavaBean与Oracle数据库系统的数据交互；Oracle数据库系统主要从二级Oracle数据库的自动实时更新，和各触发器系统这几方面进行论述；又从各COM接口的功能方法进行对COM组件库的全面论述；PCI驱动程序的设计开发是与各FPGA板卡的数据交互的必须条件。大规模多级分布式数据交互系统的软件开发都采用了螺旋模型对其进行开发。本文的工作是CSR控制系统中的核心部分，具有重要的意义，同时也给同行研究工作者提供了重要的参考。 本文核心及创新点：1、创造性地提出了大规模多级分布式数据交互系统软件工程。2、三级分布式数据库系统的自动实时更新。3、采用web+Oracle+COM+PCI+ARM+FPGA+DSP的多级数据传输。4、设计并实现虚拟加速器。 从现场调试运行和验收的情况来看，大规模多级分布式数据交互系统不论从结构设计，还是软硬件设计开发都达到了设计要求

电容式束流位置探测器在HIRFL-CSR电子冷却实验中的应用

高效率的电子冷却过程，要求电子束与离子束相互平行，要求电子束与离子束同轴。为了同时测量电子束与离子束的相对位置和夹角，考虑了容式、感式、条带型束流位置探针特点以及电子冷却段实际情况，在HIRFL-CSR电子冷却装置上建立了以容性圆筒形极板为感应电极、NI公司PXI-5105高精度数字化仪为数据采集设备、PET公司P/N AM-4A-000110-11030N型宽带放大器为信号处理电路的束流位置测量系统。通过测量束流通过探针时在极板上产生的脉冲信号，对其进行傅立叶变换得到频谱信号，分析四个不同电极上的频谱信号强度获取束流的位置信息。同时，为了调整电子束与离子束的相对位置和夹角，建立了一套以ADLINK公司的PCI-9113和PCI-6216数据卡为主，针对电子冷却装置中各螺线管电源、静电偏转板电源、校正线圈电源的控制系统，完成了校正线圈、静电偏转板以及螺线管对电子束位置的偏移、扫描，实现了电子束的位置、角度调整。 通过使用位置测量系统、电子束位置调整系统获得了校正线圈、螺线管、静电偏转板对电子束的位置偏移能力以及电子束的流强、电流密度分布、径向尺寸、绝热展开因子对束流位置的影响。在冷却累积过程中进行了改变电子束与离子束相对位置、夹角的实验，观察到了冷却力和离子束流强随相对位置、夹角的变化趋势，进而优化相对位置和夹角，实现高冷却效率。 根据实验数据分析了位置测量系统的系统误差来源和精度，提出了今后提高束流位置测量系统、调整系统稳定性、精确性而需要进行的工作；在此基础上使用测量系统、调整系统进行了电子束、离子束相对位置和角度对冷却效果的影响等电子冷却相关实验工作

峰值幅度分析器的设计和实现

在核物理实验中，能谱测量作为一种主要的测量方式，得到广泛的应用。在能谱测量中，我们最为关心的是信号的幅度信息，而对于幅度信息，我们又最为关心峰值幅度。所以为了使输入到计算机获取系统中的信号的峰值幅度精确不失真，在信号处理的前端电子学部分，不仅要保持信号的幅度信息，还要得到较大的动态范围和较高的计数率，峰值幅度分析电路就是在信号经前端电子学部分（前置放大器和主放大器）对信号进行处理放大成具有高斯或准高斯波形的信号以后，精确地取得信号的峰值幅度，再送往扫描式ADC数据获取卡进行数据获取。在以往的电子学与数据获取系统中，信号峰值幅度分析电路都不是作为一个独立的产品出现的，而是集成在其他的插件中，一般集成在数据获取卡的前端。为了开发新型数据获取系统，其数据获取卡为通用的数据获取卡，并且是基于 PCI 数据总线的数据获取卡。所以我们必须研制峰值幅度分析电路以支持通用的数据获取卡。本电路主要利用了二极管的单向导电性和延时特性以及电容的电荷保持特性再加上其他的辅助电路来实现的。辅助电路包括：加法器，减法器，取样保持脉冲产生电路，隔离电路，缓冲器。其中加法器与减法器的作用是补偿二极管的0.5伏的导通电压和提高电路的线形度而加的，取样脉冲产生电路得到的脉冲控制保持电容的充放电，是为解决信号的堆积效应的。隔离器的作用是避免前后级电路之间的相互影响。缓冲器其实是峰值幅度分析电路与后续数据获取卡的接口电路，为了解决信的处理和信号获取的同步问题，使峰值幅度分析电路对信号的处理与数据获取卡对信号的获取高效有序地工作。本电路在动态范围0-10V之间具有很高的线形度，很高的稳定性，宽的带及高达 500K 的计数率，低成本和很高的集成度。

SSC高频计算机控制系统之软件设计

高频系统是HIRFL系统中一个很重要的组成部分。其工作的稳定性和可靠性直接影响到束流的大小和品质，通过远程计算对其控制的目的不仅使人们远离现场恶劣的工作环境，而且在于提高整个系统的稳定性和可行性。高频计算机控制系统（RFC）的控制对象就是这个高频系统，它包括两个高频机和三个稳定系统：频率稳定系统、相位稳定系统、幅度稳定系统。考虑到整个系统长时间的工作状况和对稳定性和可靠性的严格要求，系统在硬件接口上选择了具有标准接口和强的扩展能力的CAMAC系统。CAMAC机箱的串行连接通过接口板2926和计算机联系在一起。在CAMAC串行总线上共有4个机箱分别负责高频机、相位、幅度和频率系统。这套系统的软件工作在Windows98操作系统平台下。有三个部分组成软件部分：一是漂亮友好交互性强的界面，这部分是通过VB和VC混合编程得来。二是功能稳定、可靠性强的接口，这部分是在VC中建立DLL来完成最终驱动。还有一部分是数据库，这个数据库是由Access生成，用于存储程序中的参数和高频系统的运行参数。这三个部分在界面程序中有机结合在一起共同完成对整套系统的控制作用。目前这套系统已经完成，运行在中控室的控制平台上，经过测试工作效果还很不错。本论文主要具体阐述了这套系统的组成，以及在程序设计时的思路、过程还有一些问题的解决办法等。

信号采集与数据处理电路的研究

随着原子核科学技术的发展，无论是对原子核内部特征和规律的研究，或者是对原子核科学技术的应用，都需要对核辐射和原子核所携带的信息进行测量和分析研究。在核电子学测量系统中，核辐射探测器输出信号在经过各种信号处理电路后，通常都要变换成数字信号，再经过数据收集和处理，给出实验的最终结果，因此实验工作的任何进展都要求有相应的数据获取和处理系统的支持。根据实验的实际需求，我们以采集、处理探测器输出的信号为题，开展了一些研究工作，我们先后开展的研究工作包括以下儿个方面：1．激光功率计的变换与显示电路的研制2．基于PCI总线、嵌入8051单片机的计数卡的研制3．数据处理分析软件的设计这三部分的设计工作我们将在论文的第二、第三、第四章分别进行阐述。激光功率计的变换与显示电路把由激光功率计输出的模拟电压量变为数字脉冲输出，并且把该输出脉冲的频率实时定性显示出来。本电路测量精度高，线性好，工作稳定。我们研制开发的计数卡是一种很实用的计数卡，它是一种基于PCI总线，嵌入单片机的高速计数器，最大计数范围为109-1，最高的计数频率为20MHz。该计数卡计数范围宽，计数频率高，具有定时计数、重复计数等功能，可以取代常规的定标器，具有广泛的应用前景。数据处理分析软件包括下位机软件、上位机软件及通讯协议三部分，实现数据的采集与记录，并将读取的数据以Excel电子表格的形式存储，以备查询。下位机的软件采用KeilC编写，上位机软件采用Delphi编写。目前激光功率计的变换与显示电路和计数卡及相应的数据处理软件都设计、调试完成，已经投入使用，获得满意结果，受到好评。

一个硬表方式的多参数数据获取与分析系统

在大参数量实验的数据获取中，事例判选和非相关数据排零必须解决的问题，LIST方式把大量参数中相关的数据路集中成组，相应的预先生成分组的CNAF命令表，每次触发时并不读出所有的数据路，而是只读出与触发信号直接关联的几组参数，HARDWARE LIST方式采用硬件实现以上功能，提高了数据获取速度。本文介绍我们研制的一个HARDWARE LIST方式的数据获取与分析系统。硬件的关键部件是CAMAC多机箱控制器和单总线适配器－MFI－9，它同时采用了前端缓存和双向DNA机制。软件完成获取驱动，基本的在线分析和在线监视，提供简单明了的用户接口，设计时保证了系统的完整性，模块的独立性和易扩展性

HIRFL 中控台束诊系统

本文介绍了HIRFL的中控台束诊系统的设计与实现。该系统从中控台的触摸板接收用户命令，然后经公共区送抵VAX通讯程序，再通过CAMAC的4096 * 24bit 静态存储器3821插件将命令送至一台286微机，由微机程序控制束诊设备读回数据，经相反的路径送抵VAX机束诊程序，再在中控台的显示器上显示出来。从显示出的数据可以了解束流品质，据此进行调束。该系统的所有程序都用C语言编写。通过公共区实现VAX机独立进程之间的通讯和通过3821实现VAX机和微机通讯是本工作鲜明的特点，也是本工作能否实现的关键之处。本工作除解决束诊系统难以挂接VAX机的问题外，其思想和方法还可应用于菘它分控站的分散与集中控制

加速器运行状态报警系统设计

加速器运行状态自动报警系统作为兰州重离子研究装置（HIRFL）自控系统的一部分，自动检测加速器运行时各设备状态，发现异常发出声光报警。系统软件主要采用c语言，声光报警装置通过CAMAC输出寄存器受计算机控制。

聚(ε-己内酯)/苯乙烯-丙烯腈共聚物共混物的形态研究

本文研究了聚(ε-己内酯)(PCI/苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)共混物的形态。采用差示扫描量热计(DSC)测量了PCL/SAN共混物中的PCL结晶度随着SAN含量的增加而下降;当SAN浓度达到60wt％。以上时,PCI的结晶度趋于零。通过偏光显微镜可以观察到在含高浓度PCI的共混物中,PCL是以球晶形式存在的。样品是由PCL球晶充满的,但是随着SAN含量的增加,PCL球晶半径减小,球晶结构逐渐变得不规整,而X-射线衍射测试了不同组成的PCL/SAN共混物中PCL的晶胞参数没有改变,说明SAN没有进入到PCL的晶胞内。以小角X-射线散射结果发现PCI片晶之间的距离随着SAN含量的增加而增大。以上说明SAN分子与没有结晶的PCL形成无定形相夹在PCL的片晶之间。

FPGA在偏振耦合测试仪中的应用

在偏振耦合测试仪的PCI接口数据采集系统中,现场可编程门阵列(FieldProgramableGateArray)实现了对模/数器件的控制功能,同时完成了与PCI总线控制器间的数据接口功能。应用自顶向下的设计思想,完成了FPGA内部的逻辑设计,并对其逻辑功能进行了仿真验证,给出了FPGA数据采集时的测试时序图。应用FPGA实现的数据采集系统可以检测出偏振耦合检测仪中的微弱干涉光信号。