橢圓彎晶譜儀數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)研究.pdf

1、在慣性約束聚變的研究中，要理解激光等離子體的相互作用，主要是通過高溫等離子X射線診斷技術(shù)來實現(xiàn)。通過對X射線能譜進(jìn)行分析，根據(jù)譜線線形和光譜強度可以得出等離子體的特性參數(shù)，包括等離子體的電子溫度、離子溫度和電子密度等。查閱國內(nèi)外關(guān)于 X射線探測譜儀的研究文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)目前對激光等離子體X射線譜的高分辨測量主要采用橢圓彎晶譜儀。橢圓彎晶譜儀依據(jù)橢圓的基本特點和布拉格衍射的基本原理進(jìn)行光路設(shè)計，將 X射線放射源和探測系統(tǒng)分別放在橢圓的兩個焦點上

2、，注意在探測系統(tǒng)與焦點之間有一縫隙。而色散晶體安裝在橢圓形表面的某一合適位置上。射線源發(fā)射出的光線照射向晶體后發(fā)生布拉格衍射，其反射線正好通過第二個焦點處的縫隙射向探測系統(tǒng)。這個探測系統(tǒng)一般是 X射線CCD相機。探測系統(tǒng)是橢圓彎晶譜儀的核心部分之一，為譜線探測提供基本圖像數(shù)據(jù)，其性能與我們獲得的光譜信息的有效性及準(zhǔn)確性密切相關(guān)。因此，高速高分辨率的CCD圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對于譜線探測具有重要的實用價值和現(xiàn)實意義。
　　本文設(shè)計了基于

3、CPLD的高速高分辨率的CCD圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由CCD光電轉(zhuǎn)換模塊、模擬前端的AD應(yīng)用模塊、CPLD驅(qū)動及控制模塊、USB接口傳輸模塊和系統(tǒng)電源模塊組成。整個系統(tǒng)的順利工作需要硬件電路和驅(qū)動時序的相互配合。論文結(jié)合行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD的工作原理，重點分析了Sony公司的CCD ICX285AL圖像傳感器的驅(qū)動時序要求，設(shè)計了CCD驅(qū)動時序電路。論文還研究了USB2.0接口芯片，分析了EZ-USB FX2系列芯片的結(jié)構(gòu)特點和接口模

4、式，最終確定了CPLD與EZ-USB FX2的通信方式。此外，本文又在QuartusII平臺上利用 VHDL硬件描述語言完成了CCD驅(qū)動時序的編寫以及 AD寄存器的相關(guān)配置，并用Modelsim軟件進(jìn)行了功能仿真。
　　完成硬件原理圖繪制和PCB設(shè)計后，將VHDL程序載入CPLD中，對系統(tǒng)各部分進(jìn)行調(diào)試。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可穩(wěn)定正常工作，采集到的圖像清晰，分辨率為140萬，并且傳輸速率可達(dá)每秒13幀。本圖像采集系統(tǒng)電路簡單可靠，