[发明专利]一种中子谱仪起始信号扇出装置

说明书

本发明涉及一种中子谱仪起始信号扇出装置，包括：起始信号扇出模块、电子学系统中；在控制站内，由起始信号扇出模块对起始信号进行扇出，经过第一级长距离驱动处理后，由长距离电缆传输至远端的电子学系统中；在电子学系统中，起始信号通过信号接收及数字化节点进一步扇出至各电子学通道完成第二级扇出；所述长距离大于等于100m。本发明使用模拟与数字相结合的两级精确扇出方法，完成起始信号到电子学系统的精确全局同步扇出。具有多通道扇出、高定时精度、高同步精度等优点，使得电子学系统能够完成对探测器输出信号的精确测量，获得中子与物质原子核相互作用核反应的精确时间信息和能量信息。

技术领域

本发明涉及一种中子谱仪起始信号扇出装置，属于粒子物理实验的中子谱仪数据采集、测试测量和同步定时技术。

背景技术

在散裂中子源中，质子以一定频率撞击金属钨靶，产生散裂中子。中子谱仪利用散裂反应产生的这些中子与样品作用，并利用中子探测器对作用以后的中子进行探测，从而进行中子实验。

在散裂中子源上的中子谱仪采用中子飞行时间技术，数据采集系统需要准确知道每个质子脉冲打靶的时间零点，以便能准确测量中子的飞行时间。因此，将与打靶质子束团相关的信号作为起始信号，代表了中子从靶上产生的时刻，该信号由外部中子监测器、加速器系统或者原初γ射线探测器产生。

起始信号对于数据采集系统具有两个作用。一方面，电子学系统将各通道探测器的有效信号作为中子飞行结束时刻标志，通过有效信息过阈触发时间点和起始信号前沿的测量，从而获得该探测信号代表的中子与物质作用反应的中子飞行时间。另一方面，起始信号也作为全局同步信号，同步分发到电子学系统的各级系统模块中。

起始信号从地面控制站扇出分发至远端实验厅内部电子学系统内的各采集通道，既要经过上百米长的同轴电缆传输，又要保证起始信号扇出的精度。并且中子谱仪中电子学系统采集通道数较多，在满足扇出通道数的同时还要保证各采集通道的起始信号同步精度。因此，设计合理的起始信号扇出方法是中子飞行时间测量精度以及电子学系统同步的重要保障。起始信号长距离精确扇出的过程中，需要解决的具体问题包括：长距离高精度的起始信号扇出和多通道同步扇出技术。

目前散裂中子源的起始信号普遍在RTBT(RCS to Target Beam Transfer Line)定时站完成起始信号的收集，并通过电光转换，用专用硬件基于光纤链路实现起始信号的扇出。

中国散裂中子源CSNS靶站谱仪起始信号扇出设备为子母板硬件架构，基于CPLD芯片与多模光纤收发器结合，实现起始信号收发及扇出。光信号收集子板的1路I/O经PMC连接器传输至母板，通过母板I/O的输入、逻辑扇出、输出至光纤发送子板的8路I/O，完成1：8的起始信号扇出。

OPNL的散裂中子源SNS使用光纤扇出模块(Optical Distribution Module)来完成起始信号的扇出，其硬件基于FPGA芯片与光纤收发器，同样依靠FPGA硬件逻辑完成1：8的起始信号扇出。

这样基于光纤链路的专用硬件扇出通道数较低，并且对于通道数较多的电子学系统而言，需要大量的线缆和光纤收发器，不易于安装和维护。同时，为了保证起始信号同步，各通道的光纤长度都需要提前人工标定，保证等长，无疑大大增加了工作量。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种中子谱仪起始信号扇出装置，使用模拟与数字相结合的两级精确扇出方法，完成起始信号到电子学系统的精确全局同步扇出。具有多通道扇出、高定时精度、高同步精度等优点，使得电子学系统能够完成对探测器输出信号的精确测量，获得中子与物质原子核相互作用核反应的精确时间信息和能量信息。