[發明專利]一種數字化核能譜測量系統中的脈沖矩形成形方法

有效

• 申請號: 201711002962.0
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107783173B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 王海濤;湯彬;王仁波;劉志鋒;張雄杰;周書民;陳銳;瞿金輝
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: G01T1/36
• 分類號: G01T1/36
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 胡里程

本發明公開一種數字化核能譜測量系統中的脈沖矩形成形方法，該方法利用負指數脈沖的尾部信息對其峰值進行修正的基本思想，通過矩形成形方法對負指數脈沖信號的能量進行估計與修正處理，并經過平滑濾波等處理，得到負指數脈沖信號的幅度。本發明所述數字化核能譜測量系統中的脈沖矩形成形方法，能夠自動兼顧無脈沖堆積時的能量分辨率和當脈沖堆積較為嚴重時的脈沖通過率，相比其他數字化脈沖成形方法，特點明顯。

技術領域

本發明屬于核輻射測量領域，可應用于數字化核能譜測量系統，可在保證能量分辨率的情況下實現堆積脈沖分離，特別適用于要求兼顧較高脈沖通過率和較好能量分辨率的能譜測量系統。

背景技術

在典型的放射性能譜測量系統中，射線能量與核探測器輸出的能量是一致的，探測器輸出的等效電荷經過前置放大器后變成電壓脈沖，針對單個脈沖，理想電荷靈敏前置放大器輸出的信號為階躍信號，但因為受到運算放大器等電子學器件工作電源幅度范圍的限制，一般先要將階躍信號經過微分等處理變換為負指數信號，然后進行放大等處理，處理后的脈沖峰值電壓與射線能量成正比。

在放射性能譜測量系統中，能量分辨率和脈沖通過率是反映譜儀性能的兩個重要指標，如果譜儀的能量分辨率較差，會極大增加譜線解釋的難度，甚至可能得到錯誤的解釋結果；如果譜儀的有效脈沖通過率較低，會影響儀器本身的探測效率，嚴重時甚至會降低譜儀的能量分辨率，進而降低了譜儀的性能。

在現有的數字化譜儀中，為了得到較好的能量分辨率，一般需要對放大器輸出的脈沖信號先進行AD采樣，然后進行數字化濾波成形，確保在提高信噪比的同時，能夠更準確地提取脈沖峰值電壓。目前國內外學者研究較多的成形方法有：三角成形、梯形成形、高斯成形、CUSP成形、CR/RC成形等，而在實際應的數字化譜儀中，多采用三角成形/梯形成形，該方法能夠得到較好的能量分辨率，同時可在一定程度上實現部分重疊脈沖的分離。

然而上述成形方法均不能在保證能量分辨率的同時，較好地實現堆積脈沖的分離。當脈沖堆積時，只能丟棄、或僅取第一個脈沖峰值，進而會造成有效脈沖通過率遠低于實際輸入脈沖數，甚至隨著輸入信號重疊脈沖程度的增大，脈沖通過率反而會下降，進而影響儀器本身的探測效率，嚴重時甚至會降低譜儀的能量分辨率。即使有些成形方法(如三角成形/梯形成形)能夠把兩個堆積不是很嚴重(即尾部堆積)的脈沖分開，也是以犧牲能量分辨率為代價的。

單個射線能量經過核探測器和理想電荷靈敏前置放大器輸出的信號為階躍信號，階躍信號臺階的高度差與射線能量成正比，但實際情況下，進入AD轉換處理的信號為經過微分等處理后的負指數脈沖，負指數脈沖的幅度、能量(即脈沖面積)均與射線能量成正比，但是因為受到AD采樣頻率等因素的限制，很難確保能夠采到脈沖的最高峰值點。因為負指數脈沖信號的峰值與其脈沖能量(即完整的脈沖面積)成正比，只要求出其能量即可得到峰值。本發明所述矩形成形方法(矩形可看作短的階躍信號)即是利用負指數脈沖的尾部信息對其能量進行估計與修正處理，進而求得脈沖峰值幅度，且脈沖尾部越長相對精度越好。

迄今為止，尚未見到有關脈沖矩形成形的報道。

發明內容

本發明的目的是為了解決數字化核能譜測量系統中脈沖通過率較高情況下的能量分辨率和脈沖通過率無法兼顧的問題，而提出一種矩形成形方法。

本發明的技術方案為：本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

(1)若負指數信號的衰減時間為τ，信號的峰值幅度為A，用函數可表示為利用如下公式將輸入負指數脈沖信號轉換為矩形信號：

其中S表示負指數信號的面積，E表示該負指數信號所擁有的能量，ε表示輸入信號的紋波干擾及噪聲等的最大幅度值；

為了通過負指數脈沖信號的尾部信息對其脈沖幅度進行修正，對輸入信號進行連續的AD采樣，得到連續的采樣序列：D(1)、D(2)、…、D(n-1)、D(n)；