基于FPGA的伽玛能谱的峰值测量

在石油测井行业中伽玛能谱的测量是一种很重要的测井方式，本文结合脉冲中子能谱测量，对伽玛脉冲峰值检测做了研究，利用微分、延时电路及FPGA器件，能很好地检测到伽玛信号的峰值，由实验结果可知，峰值检测的线性度基本满足能谱测量的需求。

0引言

石油作为一种战略资源，越来越受到世界各国的重视；但石油又是一种不可再生的能源，随着世界经济的不断发展，对石油的需求量也越来越大。因此为了科学合理地开采有限的石油资源，人们发明各种各样的测井方法，其中非弹、俘获及活化等能谱测量已成为测井的一个重要分支，这些参数能反映油田剩余油和残余油饱和度等指标，要想得到好的能谱，首先必须要有好的峰值检测及保持电路，本文主要针对能谱数据测量过程中的峰值检测及保持部分作了分析，利用微分及延时电路和Verilog语言实现了伽玛信号的峰值检测和保持，为能谱采集提供了—个好的解决方案。

1伽玛信号的获取

任何信号的获取都是要经过传感器的，伽玛信号的传感器我们称之为伽玛信号探测器，主要是由闪烁体、光电倍增管及高压电源组成，目前常用的闪烁体有溴化镧、BGO和碘化钠等，文中选取碘化钠晶体与光电倍增管及高压电源组成的探测器来获取伽玛信号。

如图1，当伽玛射线打到闪烁体上，闪烁体会产生光子，这些光子通过光导介质送达光电倍增管处，在高压电源的作用下，光电信号在一步一步增强，最终形成如图1的A处的一个负的伽玛电信号，这个信号经过前放电路调整成我们需要的脉宽和幅度信号后即可进行峰值检测的处理。

2伽玛信号的调理

得到了负伽玛信号的后，首先我们要对其进行调理，得到我们想要的脉宽和幅度信号，如图2，首先经过反向放大器，在反向放大的同时对信号进行小幅度的积分处理，把信号脉宽展宽至1.5μs左右。对于信号放大的幅度则是由我们要测量的能量及ADC器件的输入范围决定的。文中测量的伽玛射线的能量是0.8 MeV～10 MeV，ADC输入为0～8 V，因此可以将整个测量的能量区域转换成电压信号，即为0.64 V～8 V，要做到精确地调整放大倍数要用铯源来标定，这不是文中重点，这里就不做过多介绍了。当信号放大倍数调整完成后，由于信号的堆积或是运放参数的不稳定，会出现信号偏离基线的现象，因此我们电路采用了有源的双二极管基线恢复方法，使得信号的起始位置总在零电平的位置，为测能谱数据奠定了基础。