[發明專利]一種高速數字n/γ波形實時甄別的系統及方法

在審

• 申請號: 201911395887.8
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN113126140A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 黃強;謝學濤;何大志;吳垠鵬;劉福至;李忠;張志雄;張東
• 申請（專利權）人: 中核控制系統工程有限公司
• 主分類號: G01T1/36
• 分類號: G01T1/36;G01T1/204;G01T3/06
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 張雅丁

本發明屬于核輻射探測技術領域，具體涉及一種高速數字n/γ波形實時甄別系統及方法。結合脈沖歸一化后的面積值和后沿時間兩部分參數特征，達到n/γ射線高速實時甄別目的。本發明克服了傳統模擬波形甄別系統穩定性差，系統允許計數率測量范圍受限的缺點，可以在更高的計數率環境下運行；本發明采用時間交替并行采樣技術，克服了現有模數轉換器件高速高精度的限制，大大提高了采樣系統的速率和精度；本發明克服了數字離線波形甄別系統測量結果時效性差的缺點，能高速實時甄別；本發明提出的波形甄別系統體積緊湊，功耗低，便于攜帶可應用在野外工作。

技術領域

本發明屬于核輻射探測技術領域，具體涉及一種高速數字n/γ波形實時甄別系統及方法。

背景技術

在中子探測中，不可避免的會伴隨γ射線干擾，并且應用于探測中子的大部分介質材料都對γ射線敏感，造成測量結果的準確性變差，因此有必要對n/γ射線進行甄別。中子和γ射線入射到閃爍體探測器中，光電倍增管陽極收集的電脈沖在形狀方面會有差異。波形甄別主要依據脈沖形狀的差異性來判別入射粒子的種類，目前在粒子探測、環境輻射檢測、地質勘探和深空探測等領域應用廣泛。

基于模擬電路技術的波形甄別方法，雖能在一定程度上實現粒子甄別效果，但由于模擬信號處理硬件系統規模復雜龐大，同時在信號處理速度、處理精度、系統抗計數過載和甄別算法靈活性等方面也存在不可避免的局限性，很難滿足現今的測量需求。近年來隨著數字信號處理技術和數字處理器件的蓬勃發展，為數字波形甄別奠定了牢靠的技術基礎。高速ADC對脈沖全波形數字采樣，然后采樣量送入數字單元中處理，最后通過甄別算法獲取測量結果。

目前數字波形甄別技術主要分為離線甄別和實時甄別兩種，基于測量結果所要求的時效性方面考慮，波形的數字實時甄別方案更為理想。對閃爍體探測器輸出的脈沖全波形數字采樣；數據流送入FPGA后，設計相應算法完成數字脈沖的有效甄別；最后通過串口將測量結果實時發送到上位機中顯示。數字波形實時甄別可以降低系統的死時間，使甄別算法設計更為靈活，在滿足測量結果時效性的基礎上，允許系統運行在更高的計數率環境中。

發明內容

針對以上不足，本發明的主要目的是目前n/γ甄別應用在高計數率環境下，實時甄別效果不理想的現狀，提供一種高速數字n/γ波形實時甄別系統及方法，結合脈沖歸一化后的面積值和后沿時間兩部分參數特征，達到n/γ射線高速實時甄別目的。

本發明的技術方案如下：

一種高速數字n/γ波形實時甄別的系統包括BC501A型液體閃爍體探測器，雙通道高速AD并行交替采樣電路、FPGA處理單元和上位機；

BC501A型液體閃爍體探測器將信號分兩路傳送給兩個14位、500mps的AD9684芯片，芯片將數據進行初步處理再將處理好的數據匯總傳送給FPGA處理單元，FPGA處理單元進一步處理信號，再將最后處理結果傳送給上位機；

兩片采樣位數為14位，采樣速率為500MSps的AD9684芯片組成的高速并行交替采樣AD電路、xc7a100tfgg4842l芯片組成的FPGA數字處理單元和RS232串口數據發送電路組成；

探測器模塊輸出的電脈沖經過放大和單端轉LVDS差分類型等信號調理后，送入高速AD電路中進行全波形數字采樣；

在FPGA中將兩通道采樣位數為14位，采樣速率為500MSPS的數字信號整合成單通道14位，1GSps的數據流，利用算法對信號進行處理和甄別；最后將相關的甄別參數和粒子測量參數通過串口發送到上位機中，顯示甄別參數二維分布及相應的中子和γ譜。

波形實時甄別的具體步驟如下；

1)n/γ射線入射到BC501A型液體閃爍體探測器中，光電倍增管陽極收集電脈沖信號；

2)模擬脈沖信號經過簡單調理后，連接雙通道AD采樣電路交替并行高速采樣，全波形量化為數字信號；