可重構核儀器的研究.pdf

1、可重構技術的發(fā)展和核電子學應用范圍的擴展使得核儀器站在了新一輪技術更新和升級的浪潮之上。傳統(tǒng)核儀器的實現(xiàn)手段和方法已在很多方面表現(xiàn)出與當前實驗需求的不相符。同時，可重構技術的出現(xiàn)促使核儀器領域發(fā)生深刻而重大的技術變革。曾為各類核與粒子物理實驗立下汗馬功勞的傳統(tǒng)技術路線將要結束它的歷史使命，取而代之的將是以可重構技術為基礎，數(shù)字算法為核心的全新可重構核儀器系統(tǒng)。在這歷史的緊要關頭，對可重構核儀器的研究將為儀器開發(fā)鋪就一條全新的技術道路，引

2、導核探測技術走向更美好的未來。
　　 可重構技術是近年來興起的新的技術路徑，在眾多領域有著廣泛的應用，例如，雷達，天線，計算機系統(tǒng)和結構等。在核與粒子物理實驗電子學領域還未見相關報道。隨著物理實驗研究的不斷深入，研究范圍的不斷擴展，應用廣泛的，要求繁多的測量需求不斷被提出來。核電子學儀器陷入不停的開發(fā)，改版，升級的過程中，耗費大量的人力，物力和財力。為解決這一問題，針對實驗室核與粒子物理實驗的特點，本論文提出一種可重構的核儀器系

3、統(tǒng)結構，利用可重構的方式，把機械的硬件插件轉化為數(shù)字化插件，在一個精心設計的平臺上通過多種的功能算法，實現(xiàn)不同的測量目標，同時，離線算法被用來對硬件性能的不足進行修正和彌補，通過各個部分的組合，以達到系統(tǒng)的最優(yōu)化。通過可重構核儀器，可以方便地，快速地，經(jīng)濟地建立新的實驗儀器系統(tǒng)，從而使實驗過程更為便捷。
　　 本工作分析了物理實驗的特點，從內容、規(guī)模和實驗方式等方面總結得出物理實驗對電子學儀器的要求，以此作為系統(tǒng)設計的依據(jù)。詳細

4、介紹了總體設計，硬件設計，實時功能算法，離線算法，軟件設計五個部分，分別詳述了設計的考慮和具體實現(xiàn)。對可重構核儀器系統(tǒng)硬件的基本性能進行了測量，給出了數(shù)字波形采樣的帶寬，有效位，時間測量精度等指標。最后敘述了三個不同類型的實驗應用，以22Na能譜測量，G-M計數(shù)管坪區(qū)測量和非簡并糾纏交換實驗的時間測控來說明可重構核儀器系統(tǒng)可以便捷地完成不同的測量任務，檢驗了可重構核儀器系統(tǒng)的實用性。
　　 本論文的創(chuàng)新之處如下:
　　

5、(1)將可重構的概念引入核儀器領域，提出開發(fā)可重構核儀器的思想?？芍貥嫳緛硎菫槠胶怆娮佑嬎愕撵`活性和高效性而發(fā)展出來的概念，在本論文的工作中借鑒可重構的思想，提出發(fā)展兼有軟件的靈活和硬件的效率的可重構核儀器。
　　 (2)探索性地開發(fā)可重構核儀器，完成了框架設計和具體實現(xiàn)。將可重構核儀器應用于不同的實例中。核儀器的重構是針對不同的功能和性能要求而進行的，重構的部分包括前端，數(shù)字化的方式，邏輯計算，和修正方式等等。核儀器的重構是一

6、個系統(tǒng)化，一體化的過程，各部分相互配合，協(xié)調以達到預期的目標。本論文建立了這樣一套系統(tǒng)，并通過實例說明快速的重構可以容易地構建完全不相同的實驗系統(tǒng)，實現(xiàn)不同類型的實驗。
　　 (3)可重構的核儀器系統(tǒng)通過快速重構的方式，完成高精度的時間測量，非線性計算，反饋控制等功能，實現(xiàn)了非簡并糾纏光子交換的實驗。在實驗過程中，高精度(～33ps)的時間測量和快速準確的輸出反饋控制是實驗成功的關鍵，通過重構同時滿足這兩個要求，根據(jù)實驗需求不斷