ITRM20120180A1 - ACTIVE MCA STAND-ALONE DEVICE FOR DIGITALIZATION OF OUTDOOR RANGE SPECTROSCOPY SIGNALS. - Google Patents
ACTIVE MCA STAND-ALONE DEVICE FOR DIGITALIZATION OF OUTDOOR RANGE SPECTROSCOPY SIGNALS. Download PDFInfo
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments
Description
Dispositivo attivo MCA stand-alone per la digitalizzazione di segnali di spettroscopia gamma outdoor Stand-alone active MCA device for digitizing outdoor gamma spectroscopy signals
La presente invenzione riguarda un dispositivo attivo MCA stand-alone per la digitalizzazione di segnali di spettroscopia gamma outdoor. The present invention relates to a stand-alone active MCA device for digitizing outdoor gamma spectroscopy signals.
Più precisamente, la presente invenzione riguarda un dispositivo attivo dedicato alla spettroscopia gamma a scintillazione per 1'acquisizione di segnali outdoor in modalità "list mode" e "pulse height analyser" (PHA). Lo strumento à ̈ composto da un generatore di alta tensione, un preamplificatore, un multi-channel analyzer (MCA), una batteria, una memoria SD estraibile ed un modulo per comunicazioni wireless. Una delle peculiarità più originali dello strumento consiste nel suo utilizzo stand-alone, indipendente dall'impiego di un computer e alimentatore esterno. Ciò rende l'apparato ideale per misure di spettroscopia gamma "in-situ" ed "airborne", ovvero in tutte quelle situazioni dove la leggerezza, l'autonomia e la compattezza degli strumenti sono requisiti molto richiesti. Il dispositivo viene gestito in remoto attraverso una connessione BlueTooth: via wireless à ̈ possibile trasferire dati, controllare il funzionamento del apparato ed impostare i parametri di acquisizione. La struttura del dispositivo secondo l'invenzione supporta i cristalli a scintillazione più comuni {Nal(Tl), LaBr3(Ce) CI(T1)) con connettori a 14 pin. Con il dispositivo attivo MCA (Multi-channel analyzer) stand-alone à ̈ possibile la digitalizzazione di segnali prodotti da rivelatori a scintillazione per misure di spettroscopia gamma outdoor. More precisely, the present invention relates to an active device dedicated to scintillation gamma spectroscopy for the acquisition of outdoor signals in "list mode" and "pulse height analyzer" (PHA). The instrument consists of a high voltage generator, a preamplifier, a multi-channel analyzer (MCA), a battery, a removable SD memory and a module for wireless communications. One of the most original peculiarities of the instrument consists in its stand-alone use, independent from the use of a computer and external power supply. This makes the apparatus ideal for "in-situ" and "airborne" gamma spectroscopy measurements, ie in all those situations where the lightness, autonomy and compactness of the instruments are very requested requirements. The device is managed remotely through a BlueTooth connection: via wireless it is possible to transfer data, control the operation of the device and set the acquisition parameters. The structure of the device according to the invention supports the most common scintillation crystals (Nal (Tl), LaBr3 (Ce) CI (T1)) with 14-pin connectors. With the active stand-alone MCA (Multi-channel analyzer) device it is possible to digitize signals produced by scintillation detectors for outdoor gamma spectroscopy measurements.
Sono disponibili sul mercato i seguenti dispositivi : The following devices are available on the market:
- Ospreyâ„¢ - "Universal Digital MCA Tube Base for Scintillation Spectrometry"; - Ospreyâ „¢ -" Universal Digital MCA Tube Base for Scintillation Spectrometry ";
- DigiBASE "14 Pin PMT Base Integrated Bias Supply Preamplifier MCA Digital Signal Processing NaI Spectroscopy" . - DigiBASE "14 Pin PMT Base Integrated Bias Supply Preamplifier MCA Digital Signal Processing NaI Spectroscopy".
Questi strumenti esistenti (e anche altri simili in commercio) non sono in grado assolvere alcune funzioni, poiché, essendo passivi, sono stati progettati per funzionare in condizioni di laboratorio. Ad uno strumento che realizza misure di spettroscopia gamma in situ o airborne vengono infatti richieste prestazioni e funzioni, specificatamente di robustezza ed autonomia, diverse rispetto a quelle offerte da un apparato elettronico impiegato in un laboratorio di tecnologie nucleari: a conoscenza degli Inventori non esiste alcun strumento esistente in grado di rispondere specificatamente ad esigenze necessarie per misure di spettroscopia gamma outdoor. These existing instruments (and other similar instruments on the market) are not able to perform some functions, since, being passive, they have been designed to work in laboratory conditions. In fact, an instrument that carries out in situ or airborne gamma spectroscopy measurements requires different performances and functions, specifically of robustness and autonomy, from those offered by an electronic device used in a nuclear technology laboratory: to the knowledge of the inventors there is no existing instrument capable of specifically responding to the needs necessary for outdoor gamma spectroscopy measurements.
In particolare, i cristalli scintillanti (Nal(Tl), LaBr3(Ce), CsI(Tl)) impiegati comunemente in misure di spettroscopia gamma richiedono un'elettronica di digitalizzazione dei segnali elettrici generati dal fotomoltiplicatore che "osserva" il cristallo scintillatore . Questa elettronica viene connessa al PMT (fotomoltiplicatore) tramite un connettore standard a 14 pin. Tutti gli apparati elettronici esistenti sono passivi: essi non sono in grado di funzionare senza un PC esterno che alimenta l'elettronica ed un software che elabora e salva i dati. In particular, scintillating crystals (Nal (Tl), LaBr3 (Ce), CsI (Tl)) commonly used in gamma spectroscopy measurements require electronic digitization of the electrical signals generated by the photomultiplier that "observes" the scintillator crystal. This electronics is connected to the PMT (photomultiplier) via a standard 14-pin connector. All existing electronic devices are passive: they are unable to function without an external PC that powers the electronics and a software that processes and saves the data.
11 documento brevettuale W02004/073326 riguarda un dispositivo portatile di rilevamento comprendente un computer portatile connesso ad un rilevatore. Quando il rilevatore rileva un segnale, un allarme viene inviato dal computer ad un centro remoto di comando che provvederà ad inviare comandi specifici. Patent document WO2004 / 073326 relates to a portable detection device comprising a portable computer connected to a detector. When the detector detects a signal, an alarm is sent from the computer to a remote command center which will send specific commands.
Il documento brevettuale US 2003/0069002 Al si riferisce in sé ad un metodo per disseminare contenuti di notifica generati da una sorgente di emergenza, ad esempio un rilevatore di radiazioni. US 2003/0069002 A1 refers in itself to a method of disseminating notification content generated by an emergency source, such as a radiation detector.
Il documento brevettuale US 2005/0023477 Al si riferisce ad un sistema portatile per il rilevamento di radiazioni. Un processore à ̈ incaricato di determinare dai dati spettrali se à ̈ accaduto un evento di trigger, e di comunicare i dati ad un centro remoto. US patent document 2005/0023477 A1 relates to a portable radiation detection system. A processor is in charge of determining from the spectral data if a trigger event has occurred, and of communicating the data to a remote center.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo attivo per la spettroscopia gamma a scintillazione, che superi gli inconvenienti e risolva i problemi della tecnica anteriore. The object of the present invention is to provide an active device for scintillation gamma spectroscopy, which overcomes the drawbacks and solves the problems of the prior art.
E' oggetto della presente invenzione un dispositivo attivo MCA stand-alone per la digitalizzazione di segnali di spettroscopia gamma, in particolare spettroscopia gamma outdoor, connettibile ad uno spettrometro comprendente un cristallo scintillatore collegato con un fotomoltiplicatore che include un partitore, caratterizzato dal fatto di consumare al massimo 2 W e di comprendere: The object of the present invention is a stand-alone active MCA device for digitizing gamma spectroscopy signals, in particular outdoor gamma spectroscopy, which can be connected to a spectrometer comprising a scintillator crystal connected to a photomultiplier which includes a divider, characterized by the fact that it consumes maximum 2 W and to include:
- una batteria interna ricaricabile; - an internal rechargeable battery;
- una SD card estraibile per il salvataggio dei dati in reai time; - a removable SD card for saving data in real time;
- un modulo di comunicazione wireless; - a wireless communication module;
- un firmware implementato su FPGA comprendente mezzi a codice configurati per l'analisi del segnale di misura ottenuta da detto fotomoltiplicatore in caso di variazioni termiche e/o di tensione elettrica; - a firmware implemented on FPGA comprising code means configured for the analysis of the measurement signal obtained from said photomultiplier in the event of thermal and / or electrical voltage variations;
- un microchip connesso all'FPGA, alla memoria SD, al modulo di comunicazione wireless e comprendente : - a microchip connected to the FPGA, the SD memory, the wireless communication module and comprising:
o mezzi a codice configurati per la gestione dell'alimentazione del partitore; o code means configured for the management of the divider power supply;
o mezzi a codice configurati per la modifica dei parametri d'analisi del segnale di misura; or code means configured for the modification of the measurement signal analysis parameters;
o mezzi a codice configurati per l'elaborazione di dati di misura estratti da detto segnale di misura; or code means configured for processing measurement data extracted from said measurement signal;
o mezzi per la scrittura dei dati di misura su detta memoria SD. or means for writing the measurement data on said memory SD.
Preferibilmente secondo l'invenzione, detto firmware implementato su FPGA comprende mezzi a codice configurati per: Preferably according to the invention, said firmware implemented on FPGA comprises code means configured for:
o elaborare un segnale di misura dal fotomoltiplicatore attraverso i seguenti parametri d'analisi: temporizzazione dei trigger, pileup rejector e costanti di offset e di formazione dei segnali; o process a measurement signal from the photomultiplier through the following analysis parameters: trigger timing, pileup rejector and signal formation and offset constants;
o organizzare dati in lìst-mode evento per evento, caratterizzato ed etichettato con un ID riferito ad un canale di misura, con informazioni identificative dell'intervallo temporale di acquisizione dati e con l'ampiezza del segnale; o organize data in lìst-mode event by event, characterized and labeled with an ID referring to a measurement channel, with information identifying the time interval of data acquisition and with the amplitude of the signal;
o accumulo di istogrammi delle frequenze di ampiezza, in blocchi con nome, durata e ripetizione programmabili. o accumulation of histograms of the amplitude frequencies, in blocks with programmable name, duration and repetition.
E' oggetto della presente invenzione un apparato attivo per la spettroscopia gamma, in particolare outdoor, comprendente almeno uno spettrometro connesso ad almeno un rispettivo dispositivo per la digitalizzazione di segnali dallo spettrometro, caratterizzato dal fatto che detto almeno un rispettivo dispositivo à ̈ almeno un dispositivo oggetto dell'invenzione. The object of the present invention is an active apparatus for gamma spectroscopy, in particular outdoor, comprising at least one spectrometer connected to at least one respective device for digitizing signals from the spectrometer, characterized in that said at least one respective device is at least one device object of the invention.
Preferibilmente secondo l'invenzione, l'apparato à ̈ caratterizzato dal fatto di comprendere due o più spettrometri e due o più rispettivi dispositivi oggetto dell'invenzione, e dal fatto che detti due o più rispettivi dispositivi sono sincronizzati con uno stesso segnale di trigger, detto ID, associato di volta in volta a ciascuno di detti due o più rispettivi dispositivi, comprendendo un codice che identifica univocamente il dispositivo a cui à ̈ associato. Preferably according to the invention, the apparatus is characterized by the fact that it comprises two or more spectrometers and two or more respective devices object of the invention, and by the fact that said two or more respective devices are synchronized with the same trigger signal, said ID, associated from time to time to each of said two or more respective devices, comprising a code that uniquely identifies the device to which it is associated.
Preferibilmente secondo l'invenzione, l'apparato comprende una unità centrale di elaborazione dati, la quale raccoglie dati di misurazione da detti due o più rispettivi dispositivi insieme al rispettivo ID e comprendendo mezzi a codice configurati per confrontare dati di misura in coincidenza. Preferably according to the invention, the apparatus comprises a central data processing unit, which collects measurement data from said two or more respective devices together with the respective ID and comprises code means configured to compare coincident measurement data.
L'invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, con particolare riferimento ai disegni delle figure allegate, in cui: The invention will now be described for illustrative but not limitative purposes, with particular reference to the drawings of the attached figures, in which:
- la figura 1 mostra un comune dispositivo per spettroscopia a scintillazione,-- la figura 2 mostra uno schema a blocchi del dispositivo secondo l'invenzione. - figure 1 shows a common device for scintillation spectroscopy, - figure 2 shows a block diagram of the device according to the invention.
Il dispositivo secondo l'invenzione si compone di 5 unità principali: FPGA, microchip, unità di memoria, modulo trasmissione dati e batterie. L'assemblaggio di queste unità à ̈ stato realizzato con l'obiettivo di ottimizzare i consumi e le prestazioni finalizzate a misure di spettroscopia gamma outdoor. The device according to the invention consists of 5 main units: FPGA, microchip, memory unit, data transmission module and batteries. The assembly of these units was carried out with the aim of optimizing consumption and performance aimed at outdoor gamma spectroscopy measurements.
Il segnale analogico prodotto dal PMT (Fotomoltiplicatore collegato al cristallo scintillante) viene formato in modo standard a 50 microsecondi di tempo di discesa e, dopo un adattamento d'impedenza, viene inviato ad un campionatore ADC ad alta frequenza. I dati così ottenuti sono processati dapprima con un discriminatore a soglia, che produce la rivelazione dell'evento. The analog signal produced by the PMT (Photomultiplier connected to the scintillating crystal) is formed in a standard way at 50 microseconds of descent time and, after an impedance matching, is sent to a high frequency ADC sampler. The data thus obtained are first processed with a threshold discriminator, which produces the detection of the event.
Successivamente, dopo con una de-convoluzione a finestra mobile, si effettua l'integrazione del segnale, in modo da ottenere una valutazione dell 'ampiezza . Subsequently, after with a movable window de-convolution, the integration of the signal is carried out, in order to obtain an evaluation of the amplitude.
Il dispositivo ha le seguenti due modalità di funzionamento : The device has the following two modes of operation:
1) produzione di un list-mode, evento per evento, con indicazione di un dato identificativo dello strumento, l'ampiezza misurata, il tempo trascorso dall'inizio della misura e la numerazione di evento; 1) production of a list-mode, event by event, with indication of a given identification of the instrument, the measured amplitude, the time elapsed since the start of the measurement and the event numbering;
2) accumulo di istogrammi delle frequenze di ampiezza, in blocchi con nome, durata e ripetizione programmabili. 2) accumulation of histograms of the amplitude frequencies, in blocks with programmable name, duration and repetition.
La programmazione delle funzioni à ̈ effettuata tramite un PC, collegato per mezzo di sistemi di comunicazioni standard wireless (BlueTooth) . Il dispositivo, essendo provvisto di una batteria ricaricabile al Litio, ha la possibilità di funzionare, una volta programmato, con un'autonomia di almeno 8 ore, anche in assenza del PC. The functions are programmed via a PC, connected by means of standard wireless communications systems (BlueTooth). The device, being equipped with a rechargeable lithium battery, can operate, once programmed, with an autonomy of at least 8 hours, even without a PC.
Il firmware per l'FPGA migliora un algoritmo (sulla base di V.T. Jordanov, Glenn F. Knoll, Digital synthesis of pulse shapes in reai time for high resolution radiation spectroscopy , Nuclear Instrum. Meth. Phys. Res. A 345 (1994) 337-345, che però à ̈ stato specificamente pensato solo per l'utilizzo in laboratorio) in linguaggio VHDL che elabora i dati prodotti da un ADC a 12 bit e 20 MHz. L'algoritmo identifica la presenza di un impulso, ricostruisce l'energia rilasciata nel cristallo, etichetta l'evento in modo opportuno e costruisce 1'istogramma della distribuzione di probabilità in 4096 canali. Il microchìp, oltre a gestire la comunicazione con l'esterno (Bluetooth e SD), consente d'intervenire su tutti i parametri del nuovo algoritmo. FPGA firmware improves an algorithm (based on V.T. Jordanov, Glenn F. Knoll, Digital synthesis of pulse shapes in real time for high resolution radiation spectroscopy, Nuclear Instrum. Meth. Phys. Res. A 345 (1994) 337 -345, which however has been specifically designed only for use in the laboratory) in VHDL language that processes the data produced by a 12-bit and 20 MHz ADC. The algorithm identifies the presence of a pulse, reconstructs the energy released into the crystal, labels the event appropriately and constructs the histogram of the probability distribution in 4096 channels. The microchìp, in addition to managing communication with the outside (Bluetooth and SD), allows you to intervene on all the parameters of the new algorithm.
I dispositivi elettronici esistenti ricevono da un software esterno che gira su un PC i valori di questi parametri, per esempio: soglia di ampiezza, gain e costante di integrazione. In misure outdoor tuttavia tali parametri sono insufficienti a causa della forte variabilità delle condizioni ambientali tipo la temperatura e la tensione delle batterie. L'algoritmo implementato a bordo dell'FPGA permette invece di manipolare un numero maggiore di parametri necessari per realizzare un'opportuna analisi dei segnali e di graduarli durante il tempo di misura. Existing electronic devices receive the values of these parameters from external software running on a PC, for example: amplitude threshold, gain and integration constant. In outdoor measurements, however, these parameters are insufficient due to the high variability of environmental conditions such as the temperature and voltage of the batteries. The algorithm implemented on board the FPGA allows instead to manipulate a greater number of parameters necessary to carry out an appropriate analysis of the signals and to graduate them during the measurement time.
In particolare, l'operatore può intervenire sulle costanti di offset e di formazioni dei segnali elettrici (assenti in altri algoritmi), in modo tale da assecondare le perturbazioni sul segnale dovute alle variazioni di temperatura del sistema e di tensione della batteria. Inoltre il trigger non viene fatto scattare solo per variazione di ampiezza del segnale, ma l'algoritmo à ̈ stato sviluppato in modo tale da registrare, tramite l'analisi della salita del segnale, il tempo di scatto del trigger (assente in altri algoritmi). Infine attraverso un parametro di pileup rejector l'operatore può istruire l'elettronica su come intervenire in caso di due segnali quasi sovrapposti temporalmente: la possibilità di eliminare uno o entrambi i segnali attraverso questo setting (assente in altri algoritmi) permette di minimizzare il tempo morto di elaborazione del segnale stesso o di preservare la qualità dello spettro acquisito. In particular, the operator can intervene on the offset and formation constants of the electrical signals (absent in other algorithms), in such a way as to accommodate the perturbations on the signal due to variations in system temperature and battery voltage. Furthermore, the trigger is not triggered only by variation of the signal amplitude, but the algorithm has been developed in such a way as to record, through the analysis of the signal rise, the trigger time (absent in other algorithms) . Finally, through a pileup rejector parameter, the operator can instruct the electronics on how to intervene in the event of two signals almost overlapping in time: the possibility of eliminating one or both signals through this setting (absent in other algorithms) allows to minimize the time dead by processing the signal itself or preserving the quality of the acquired spectrum.
Il firmware del dispositivo secondo l'invenzione, quando funziona in modalità list mode, conserva molte delle caratteristiche di ogni singolo evento, che viene caratterizzato ed etichettato con un ID riferito al canale, con un tempo assoluto rispetto all'’inizio della presa dati e con l'ampiezza del segnale. The firmware of the device according to the invention, when operating in list mode, retains many of the characteristics of each individual event, which is characterized and labeled with an ID referring to the channel, with an absolute time with respect to the start of the socket data and signal amplitude.
Nel caso in cui siano utilizzati più scintillatori contemporaneamente (come comunemente succede per misure airborne) il dispositivo in modalità list-mode permette di fare misure in coincidenza, ovvero discriminare se un raggio gamma ha attraversato più rivelatori. Questa raffinata metodologia, comunemente utilizzata in laboratorio, non à ̈ mai stata impiegata outdoor proprio per le limitazioni delle tecnologie esistenti. In case more scintillators are used at the same time (as commonly happens for airborne measurements) the device in list-mode modality allows to make measurements in coincidence, that is to discriminate if a gamma ray has crossed more detectors. This refined method, commonly used in the laboratory, has never been used outdoors due to the limitations of existing technologies.
Infine, il processore locale à ̈ in condizione di pilotare, in correlazione con le misure, dei dispositivi accessori, (per esempio motori) che servono ad ampliare le possibilità d'uso del rivelatore. Finally, the local processor is in a position to drive, in correlation with the measurements, accessory devices (for example motors) which serve to expand the possibilities of use of the detector.
Per quanto riguarda l'elettronica specifica, l'FPGA si interfaccia con un microchip che legge l'output del firmware e scrive su una SD card estraibile o dialoga con un modulo Bluetooth. Il buffer dell'FPGA à ̈ in grado di allocare una memoria sufficiente da gestire segnali aventi rate di acquisizione di qualche kHz anche per alcun minuti. Il microchip, lasciato in modalità sleep (modalità per minimizzare il consumo di energia), riceve un wakeup trigger solo nel momento in cui il buffer dell'FPGA à ̈ prossimo alla saturazione. Il list dei dati viene inviato alla memoria SD del dispositivo o al modulo Bluetooth che gestisce la comunicazione con un device esterno. Il microchip gestisce il colloquio con il mondo esterno accettando le istruzioni di programmazione in un semplice protocollo orientato ai caratteri, indirizzandole alla FPGA ed alla memoria SD, pilotando la tensione di lavoro del PMT (400 - 1000 Volts) e permettendo la gestione di strumenti accessori. As for the specific electronics, the FPGA interfaces with a microchip that reads the firmware output and writes to a removable SD card or communicates with a Bluetooth module. The FPGA buffer is able to allocate enough memory to handle signals with acquisition rates of a few kHz even for a few minutes. The microchip, left in sleep mode (mode to minimize energy consumption), receives a wakeup trigger only when the FPGA buffer is close to saturation. The data list is sent to the device's SD memory or to the Bluetooth module that manages communication with an external device. The microchip manages the conversation with the outside world by accepting the programming instructions in a simple character-oriented protocol, directing them to the FPGA and SD memory, driving the working voltage of the PMT (400 - 1000 Volts) and allowing the management of accessory instruments .
L'architettura del dispositivo secondo l'invenzione à ̈ stata ideata per minimizzare i consumi, ottimizzare la presa dati e ridurre la precarietà d'acquisizione outdoor. I consumi dei dispositivi esistenti non consentono consumi inferiori a 30 W, poiché richiedono l'alimentazione di un PC esterno ed uno schermo per la gestione del software. I test sul dispositivo secondo l'invenzione hanno mostrato consumi inferiori ad 2 W. L'assenza del cavo USB (necessario per l'alimentazione dei dispositivi esistenti) migliora la manovrabilità dello strumento outdoor e rende l'apparato indipendente dal punto di vista energetico per almeno 8 h. The architecture of the device according to the invention has been designed to minimize consumption, optimize data taking and reduce the precariousness of outdoor acquisition. The consumptions of the existing devices do not allow consumptions lower than 30 W, as they require the power supply of an external PC and a screen for the management of the software. Tests on the device according to the invention showed consumption lower than 2 W. The absence of the USB cable (necessary for powering existing devices) improves the maneuverability of the outdoor instrument and makes the device independent from the energy point of view for at least 8 h.
Le istruzioni di lavoro e tutti i parametri di gestione dei segnali nel firmware possono essere modificati dall'operatore attraverso un'unica interfaccia software accoppiata all'elettronica mediante comunicazione Bluetooth. Questa interfaccia utente à ̈ stata sviluppata in ambiente Android in modo da consentire la più amplia utilizzabilità su device esterni: una volta che lo strumento à ̈ stato configurato, può essere utilizzato senza ulteriori interventi . I parametri di setting del dispositivo secondo l'invenzione sono memorizzati a bordo dello strumento: se questi soddisfano l'operatore, il dispositivo dell'invenzione può essere messo in funzione e spento senza alcun intervento di dispositivi esterni . The work instructions and all the signal management parameters in the firmware can be modified by the operator through a single software interface coupled to the electronics via Bluetooth communication. This user interface has been developed in an Android environment in order to allow the widest usability on external devices: once the tool has been configured, it can be used without further intervention. The setting parameters of the device according to the invention are stored on board the instrument: if these satisfy the operator, the device of the invention can be put into operation and switched off without any intervention of external devices.
I dati prodotti sono salvati nella memoria SD, ed in caso di shock del sistema (cadute, rotture, perdite di tensione della batteria), la modalità list mode combinata con la memoria SD estraibile permettono il salvataggio di tutti i dati fino ad un attimo prima dell'interruzione dell'acquisizione. Questa à ̈ una prerogativa esclusiva del dispositivo secondo l'invenzione: negli strumenti esistenti, in caso di shock del sistema in fase di acquisizione, tutti i dati vanno irrimediabilmente persi. The data produced are saved in the SD memory, and in case of system shock (falls, breaks, battery voltage losses), the list mode combined with the removable SD memory allows all data to be saved up to a moment before. termination of the acquisition. This is an exclusive prerogative of the device according to the invention: in existing instruments, in the event of a shock to the system being acquired, all data is irretrievably lost.
SPECIFICHE TECNICHE TECHNICAL SPECIFICATIONS
I parametri di controllo programmabili sono: The programmable control parameters are:
• "conversion gain": da 256 a 4096 canali; â € ¢ "conversion gain": from 256 to 4096 channels;
• "Gain control" attraverso constanti di integrazione e differenziazione ; â € ¢ "Gain control" through integration and differentiation constants;
• campionamento ADC ( "analog-to-digital converter"): â € ¢ ADC ("analog-to-digital converter") sampling:
- 12-Bit, 1-20 MHz; - 12-Bit, 1-20 MHz;
• "High-voitage power supply" (HVPS): â € ¢ "High-voitage power supply" (HVPS):
- 400 a 1Q00V DC con un passo di 0,6 V durante "power up and down" - 400 to 1Q00V DC with a step of 0.6V during "power up and down"
• "Shaping": â € ¢ "Shaping":
- DSP ("digitai signal processor") basato su un filtro di shaping trapezoidale a 80 MHz; - DSP ("digital signal processor") based on an 80 MHz trapezoidal shaping filter;
- tempo di salita: 0,2 ps - 5 ps con un passo di 200 ns; - rise time: 0.2 ps - 5 ps with a step of 200 ns;
- "Fiat Top": 0 - 3 ps con un passo di 100 ns. - "Fiat Top": 0 - 3 ps with a pitch of 100 ns.
Gli Inputs/Outputs sono: The Inputs / Outputs are:
• Photomultiplier tube (PMT) standard da 14-pin; â € ¢ Standard 14-pin photomultiplier tube (PMT);
• Connessione BlueTooth; â € ¢ BlueTooth connection;
• Acquisizione List Mode: Start/Stop Mode; â € ¢ List Mode Acquisition: Start / Stop Mode;
• Acquisizione PHA; â € ¢ PHA acquisition;
• Sincronizzazione interna ed esterna del tempo. â € ¢ Internal and external time synchronization.
Le prestazioni sono: The performances are:
• Channel coniiguration: â € ¢ Channel Conjugation:
- Canali totali 4096 - Total channels 4096
- 32 Bits per canale - 32 Bits per channel
• Integrale non lineare: ±0.025% di full scale sopra il limite di 99% del range selezionato,· â € ¢ Non linear integral: ± 0.025% of full scale above the 99% limit of the selected range,
• Differenziale non lineare: ±1% sopra il limite di 99% del range inclusi gli effetti dovuti all'integrale non lineare. â € ¢ Non-linear differential: ± 1% above the 99% limit of the range including the effects due to the non-linear integral.
Per 1'High-Voltage Power Supply si ha: For the High-Voltage Power Supply we have:
• HVPS: output 400 - 1000 V e un massimo di 300 pA; • incertezza di 3% nel full scale,· â € ¢ HVPS: output 400 - 1000 V and a maximum of 300 pA; â € ¢ uncertainty of 3% in full scale,
• la corrente di output à ̈ limitata e protetta attraverso un corto circuito. â € ¢ the output current is limited and protected through a short circuit.
Per quanto riguarda i rivelatori, sono utilizzati rivelatori a scintillazione a 14-pin. As for the detectors, 14-pin scintillation detectors are used.
Per quanto riguarda il software di gestione parametri e dati, non serve un software proprietario. Regarding the parameter and data management software, no proprietary software is required.
Il consumo à ̈ di massimo 2 Watt con BlueTooth attivo . Consumption is maximum 2 Watts with BlueTooth active.
I parametri fisici sono: The physical parameters are:
• Dimensioni: 80mm x 80mm x 70 mm; â € ¢ Dimensions: 80mm x 80mm x 70mm;
â– Peso: 400 g. â– Weight: 400 g.
I parametri ambientali di funzionamento sono: The environmental operating parameters are:
• Temperatura: -IO a 50°C; â € ¢ Temperature: -IO to 50 ° C;
• Umidità : -85% fino a umidità di non condensa. â € ¢ Humidity: -85% up to non-condensing humidity.
I principali elementi innovativi dello strumento rispondono alle esigenze di operatività durante misure di spettroscopia gamma in-situ ed airborne. The main innovative elements of the instrument meet the operational needs during in-situ and airborne gamma spectroscopy measurements.
Cinque sono le principali caratteristiche originali dell'invenzione. There are five main original features of the invention.
La prima caratteristica consiste nell'algoritmo implementato a bordo dell'FPGA che permette all'operatore di modificare dei parametri d'analisi del segnale (costanti di offset e di formazione dei segnali elettrici, temporizzazione dei trigger, pileup rejector) per ottimizzare la sensibilità dello strumento e minimizzare il tempo morto, assecondando gli effetti sul segnale dovuti a variazioni della temperatura e della tensione delle batterie. The first feature consists of the algorithm implemented on board the FPGA which allows the operator to modify the signal analysis parameters (offset and formation constants of the electrical signals, trigger timing, pileup rejector) to optimize the sensitivity of the signal. instrument and minimize the dead time, supporting the effects on the signal due to variations in the temperature and voltage of the batteries.
La seconda caratteristica à ̈ che la modalità listmode à ̈ implementata di default nello strumento e non prevede ulteriori interfacce e software di gestione. Ciò consente di realizzare misure in coincidenza tra più rivelatori anche in situ o airborne. A scelta dell'operatore, si può modificare la modalità di The second feature is that the listmode mode is implemented by default in the tool and does not include additional interfaces and management software. This allows to carry out measurements in coincidence between several detectors even in situ or airborne. At the operator's choice, you can change the mode of
AP/A 17225 acquisizione in PHA. L'output, salvato in automatico sulla SD ed eventualmente inviato wireless ad un dispositivo esterno, à ̈ costituito da un "time stamp" e dalla corrispondente energia dell'evento proporzionale all'ampiezza del segnale. Il file ASCII può essere letto e gestito da altri software per l'analisi. AP / A 17225 acquisition in PHA. The output, automatically saved on the SD card and eventually sent wirelessly to an external device, consists of a "time stamp" and the corresponding energy of the event proportional to the amplitude of the signal. The ASCII file can be read and managed by other software for analysis.
La terza caratteristica à ̈ che lo strumento à ̈ dotato di una batteria interna da 5V ricaricabile e facilmente ricambiabile. L'autonomia energetica à ̈ di 10 h in modalità stand-alone e di al massimo 8h con connessione wireless attiva. The third feature is that the instrument is equipped with an internal rechargeable and easily replaceable 5V battery. The energy autonomy is 10 hours in stand-alone mode and a maximum of 8 hours with active wireless connection.
La quarta caratteristica à ̈ che lo strumento à ̈ dotato di slot per alloggiare una memoria a stato solido SD estraibile. Sulla memoria sono registrati i parametri fondamentali per il funzionamento dello strumento nonché i dati ottenuti dalle misure. In caso di shock, del sistema la modalità list mode combinata con la memoria SD permettono il salvataggio di tutti i dati fino ad un attimo prima dell'interruzione dell'acquisizione . The fourth feature is that the instrument is equipped with a slot to house a removable SD solid state memory. The fundamental parameters for the functioning of the instrument as well as the data obtained from the measurements are recorded on the memory. In case of shock, the system's list mode combined with the SD memory allows the saving of all data up to a moment before the interruption of the acquisition.
La quinta caratteristica à ̈ che lo strumento à ̈ dotato di un modulo di comunicazione wireless, con protocollo BlueTooth. La connessione wireless permette di impostare i parametri di acquisizione dell'apparato, di sincronizzare il tempo dell'apparato e di trasferire dati. The fifth feature is that the instrument is equipped with a wireless communication module, with BlueTooth protocol. The wireless connection allows to set the acquisition parameters of the device, to synchronize the time of the device and to transfer data.
Il dispositivo secondo l'invenzione à ̈ il primo apparato attivo per la gestione totale di uno spettrometro gamma stand-alone, poiché à ̈ dotato di un firmware implementato a bordo di una FPGA in grado di elaborare i dati ed un microchip che si occupa del colloquio con il mondo esterno e della gestione dell'alimentazione del partitore del PMT connesso con il cristallo. L'indipendenza energetica, software ed hardware da componenti esterni ha portato ad elementi innovativi che distinguono il dispositivo dell'invenzione dagli apparati elettronici esistenti. The device according to the invention is the first active apparatus for the total management of a stand-alone gamma spectrometer, since it is equipped with a firmware implemented on board an FPGA capable of processing the data and a microchip that takes care the conversation with the outside world and the management of the power supply of the divider of the PMT connected to the crystal. The independence of energy, software and hardware from external components has led to innovative elements that distinguish the device of the invention from existing electronic devices.
Le applicazioni del dispositivo secondo l'invenzione sono nei seguenti campi: The applications of the device according to the invention are in the following fields:
- Spettrometria gamma in-sìtu ed airborne; - In-sìtu and airborne gamma spectrometry;
- Prospezione geofisica mineraria e di radioprotezione ; - Mining geophysical prospecting and radiation protection;
- Controllo radiologico di discariche. - Radiological control of landfills.
In quel che precede sono state descritte le forme preferite di realizzazione e sono state suggerite delle varianti della presente invenzione, ma à ̈ da intendersi che gli esperti del ramo potranno apportare modificazioni e cambiamenti senza con ciò uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. In the foregoing, the preferred embodiments have been described and variants of the present invention have been suggested, but it is to be understood that those skilled in the art will be able to make modifications and changes without thereby departing from the relative scope of protection, as defined by claims attached.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000180A ITRM20120180A1 (en) | 2012-04-26 | 2012-04-26 | ACTIVE MCA STAND-ALONE DEVICE FOR DIGITALIZATION OF OUTDOOR RANGE SPECTROSCOPY SIGNALS. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000180A ITRM20120180A1 (en) | 2012-04-26 | 2012-04-26 | ACTIVE MCA STAND-ALONE DEVICE FOR DIGITALIZATION OF OUTDOOR RANGE SPECTROSCOPY SIGNALS. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ITRM20120180A1 true ITRM20120180A1 (en) | 2013-10-27 |
Family
ID=46147601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT000180A ITRM20120180A1 (en) | 2012-04-26 | 2012-04-26 | ACTIVE MCA STAND-ALONE DEVICE FOR DIGITALIZATION OF OUTDOOR RANGE SPECTROSCOPY SIGNALS. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | ITRM20120180A1 (en) |
Citations (5)
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| WO2004073326A2 (en) * | 2003-02-09 | 2004-08-26 | Structured Materials Industries, Inc. | Smart portable detector and microelectronic radiation detector |
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-
2012
- 2012-04-26 IT IT000180A patent/ITRM20120180A1/en unknown
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