核子物理實驗和射線測量分析中一種比較複雜的智慧化的電子設備。主要應用於核子物理實驗中的能譜分析、多參量複合譜分析、角分佈測量、中子飛行時間分析、同位素識別、多路定標、慢變化波形分析等。在高能物理、放射化學、核醫學、生物學、冶金、探礦、材料分析、石油勘探等許多科學技術領域亦獲得廣泛的應用。

  工作原理 資料獲取和處理系統是以電腦為中心,由硬體(設備)和軟體(程式)兩大部分組成的。<

  數據獲取和處理系統的工作包括如下內容和步驟:①物理量-模擬量轉換,如用探測器將核粒子能量轉換成與之對應的脈沖幅度;②模擬量數字化,由模擬-數字轉換器(ADC)或時間 -數字變換器(TDC)將探測器給出的脈沖幅度(或時間間隔)變換成數字數據;③數字數據的獲取,ADC(或TDC)給出的數據由前端處理器收集分類累計與存儲,最後轉移到計算機內存儲器中;④數據顯示,將獲得的數據(或處理結果)、實驗參量顯示到顯示屏幕上,以便實現觀察和處理。顯示包括單譜顯示、二維譜立體顯示、截面、俯視圖、輪廓顯示等,圖像可旋轉或傾斜。在顯示屏幕上可用光筆或光標進行人 -機對話;⑤獲得數據的分析處理。例如對譜作如下處理,譜平滑化──峰位置檢索 ──計算峰面積 ──數據標定──數據解釋──結果打印;⑥附帶還可作文本編輯、程序修改。系統的工作是在程序控制下自動完成的。

  發展 經過瞭以下幾個階段:1963~1970年發展瞭基本系統;70年代中期,發展瞭包含有計算機自動測量和控制(CAMAC)的多用戶計算機網絡系統;70年代末期到現在發展瞭“分佈處理”系統等。

  在核物理領域,早期的實驗數據是由模擬記錄(如照相)方式獲取,然後由人工計數進行統計處理。到20世紀50年代,由於探測技術的發展和電子數字技術的進步,使用瞭多道譜儀才進入數字數據獲取階段,但當時數據是靠用穿孔機在紙帶上穿孔,爾後送入計算機作“離線”處理,還不能適時得到實驗結果。60年代初,由於高分辨半導體探測器的出現和大道數ADC的發展,一些雙參量實驗的數據場達106量級,這要求制造106道分檢器,在技術上這是困難的。且數據處理極為復雜。其時,計算機在很快地發展,價格也越來越低,所以60年代初開始有人利用計算機來控制ADC,計算機控制數據顯示等,進行實驗數據的適時測量和處理(稱“在線”應用)。特別利用計算機聯合存儲技術來解決百萬道數據存儲、處理多參量復雜數據的研究,在60年代末達到瞭高潮。小型計算機用於核物理實驗的“在線”數據獲取和處理這一成就迅速得到推廣。到70年代,歐美各國核物理實驗室普遍建成並應用這類系統,出現瞭“多道分析器+計算機”或“ADC+計算機+顯示器”系統之類的商品。這是第一發展階段。

  小型計算機的“在線”應用不僅使核物理實驗數據能適時獲取和適時處理,使數據獲取和處理自動化,而且一臺計算機還可以連接上若幹 臺ADC或分析器同時進行若幹不同的實驗數據獲取和處理(包括單參量和多參量),ADC數可多達8臺件,提供多用戶使用。這一成就推動瞭CAMAC系統的發展。70年代中,CAMAC獲得普遍推廣。借助於CAMAC計算機幾乎可以把實驗室的NIM(核儀器)插件全部連接起來,構成以一臺容量大、功能強的計算機作為“中央機”,以連接若幹NIM插件的小計算機為“衛星機”,通過一臺被稱為“前端機”的計算機將衛星機連到中央機的多用戶數據獲取和處理計算機網絡系統。這種系統在圍繞加速器的大型實驗室和一些復雜的實驗中特別有用。這段時期可以認為是發展的第二階段。

  隨著大規模集成電路技術的發展,70年代初出現瞭單片式微處理器,計算軟件也發展瞭多作業分時操作系統,這使數據獲取和處理系統向多機或多處理器並行高速處理,高輸入輸出數據產額方向發展,提出瞭“分佈處理”系統的新概念。“分佈處理”,是將系統的操作處理分散到各部分中去並行完成,各部分都分別加入一個微處理器,並由它完成該部分的特定任務。在多作業操作系統控制下各部分通過“多總線”或“高速總線”(在發展中)聯系起來。“分佈處理”的優點在於數據獲取與處理的高速化與高效率,減少瞭軟件工作量並且使軟件標準化與固定化,這樣,就能用若幹價格低廉的處理器來完成功能強速度快價格高昂的計算機才能完成的工作。在“分佈處理”這一思想影響下,許多實驗室都已將70年代建成的系統進行瞭改進和更新,代之以多機或多處理器的“分佈處理數據獲取與分析系統”。這是數據獲取與處理系統發展的第三階段。

  目前,粒子物理和高能核物理領域正在醞釀和建立大型加速器、大型粒子探測系統。新的探測系統將有多達105個通道,實驗數據計數率將高達107計數/秒,這要求數據處理速率達5×109字節/秒,它已遠遠超出現有計算機的能力。因此,應用高速並行的獨立處理器來完成這些復雜數據的獲取與處理已提到日程上來,連接這些處理器需要發展一種分散處理的通用網絡和特殊處理的專用網絡。“快總線”就是這類網絡中的一種,“快總線”是一種新的高速數據獲取標準,是在極高速獲取和分佈智能方面發展來補充CAMAC的,它的重要性質在於系統各分立部分上的設備有獨立的工作能力且允許各設備有操縱其他設備的能力,系統設計者將設備的各部分“掛”到“快總線”上即能工作。這類高速化的智能系統正在計劃和發展中。

  

參考書目

 席德明等編:《常用核電子技術》,科學出版社,北京,1982。

 S.Branko,Minicomputer in Data Processing and Simulation, Interscience, New York,1972.