构建一款小巧且分辨率高的多通道信号分析仪

一款采用开源技术、拥有 4096 个通道的多通道分析仪，适用于伽马射线谱分析。体积小巧，具备电池供电功能，即将在众筹平台上上线销售。

这就是它(的情况/内容)

GadgetSci MCA 是一款小巧的多通道分析仪，专为实际的伽马射线光谱分析工作而设计。它与硅光电倍增管(SiPM)探测器相匹配，具有 4096 个分辨率通道，内置 SiPM 偏置电源，重量约为 100 克。它可以独立使用 USB 电源银行运行数天(无需电脑)，也可以连接到计算机，通过附带的图形用户界面进行实时光谱可视化、参数配置和数据导出。同时，它还提供了 USB 和 UART 接口，便于集成到定制系统中。

我为何建造它

我在一个研究机构工作，我们在这里制造伽马射线探测器。要对这些探测器进行准确的特性测试，我们就需要高质量的数据采集链路——而该机构拥有非常出色的此类设备。但问题在于，这些采集链路总是在机构内的某个地方被使用着，以机构的价格购买一套用于个人或初步研究是根本不可能的。

所以这个想法很简单：我能否设计出一种成本低廉、性能足够好的采集系统，用于初步测试，从而避免与主要仪器抢夺时间呢?这个问题最终演变成了这个项目，然后又发展成了一个产品。

GadgetSci MCA 旨在服务于那些处于类似情况的研究人员、那些希望拥有实用的光谱分析工具以用于教学的教育工作者，以及那些已经不再使用声卡 MCA 但又无法承担商业仪器价格的热衷于此类设备的爱好者。

它是如何运作的

一个硅光电倍增管探测器由机载电源供电。脉冲通过一个低噪声前端峰值检测器，再由一个快速模数转换器进行采样，并在运行频率为 500 MHz 的恩智浦 i.MX RT1010 Cortex-M7 微控制器上进行实时处理。该微控制器负责脉冲检测、峰值重建、能量提取和直方图生成等操作(全部在芯片上完成)，并通过 USB 或 UART 传输实时的 4096 通道直方图。

检测并记录

您无需再搭建复杂的光谱仪及相关设备的系统来开始进行测量了。一旦与探测器连接好，GadgetSci MCA 就会立即在其 4096 个通道上开始记录数据，无需使用计算机。

但是，当与个人电脑配合使用时，它会变得极其灵活。附带的图形用户界面能够提供实时频谱可视化、参数配置以及以 ASCII 格式导出数据的功能。将其与外部电池搭配使用，它会通过内置的偏置电源直接为您的硅光电倍增管探测器供电，从而将任何探测器变成一个完全独立的便携式仪器。通过其 UART 和 USB 接口，它能够轻松集成到定制系统、自动化管道，甚至像 Home Assistant 这样的家庭监控设置中。

在实验室中，GadgetSci MCA 能让您在主采集系统忙于另一条光束线工作时设置并验证您的 HPGe 探测器阵列。当您准备好后，只需切换连接并开始运行即可。在实地操作时，将其连接好，前往感兴趣的地点，然后回来卸载数据。或者将其连接到小型探测车上，实时跟踪测量过程——UART 接口使得集成变得十分简便。GadgetSci 的重量轻便，这意味着您可以将其安装在无人机上，或者轻松地将其固定在车辆的外部，以适应各种检测场景

制作过程

这个项目已经开展了两年，期间经历了多次修改、制作了多个测试板、有过一次因假期导致的微型化热潮，还曾遭遇过一次过热危机，最终不得不进行全面的重新架构。

本文编译自hackster.io