基于脈寬和幅度雙參數(shù)的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于脈寬和幅度雙參數(shù)的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法，其步驟：基于Sallen-Key濾波器，運用基爾霍夫電流定律建立節(jié)點之間的電流傳遞方程；傳遞方程變換過程中運用脈寬和幅度因子進(jìn)行參數(shù)替代；變換后的傳遞方程是一個二次微分方程，運用微分?jǐn)?shù)值法求解該方程，從而得到高斯成形模型。本發(fā)明的優(yōu)點在于：在系統(tǒng)方法設(shè)計上，在核脈沖信號進(jìn)行幅度分析前進(jìn)行了脈沖成形處理，提高了整個測量系統(tǒng)的綜合指標(biāo)。在脈沖成形設(shè)計方法上，采用了基于可編程邏輯器件的數(shù)字化設(shè)計方法，提示了成形系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性、測量一致性、參數(shù)通用性和后期維護(hù)性。在系統(tǒng)性能上，采用了數(shù)字脈沖成形技術(shù)后，F(xiàn)e-55核素能量分辨率提高超過20eV。
【專利說明】基于脈寬和幅度雙參數(shù)的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核分析技術(shù)，尤其是一種基于脈寬和幅度雙參數(shù)的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核分析技術(shù)具有高精度、高靈敏度、微量元素等特點，能夠提供其他檢測手段所不能提供的信息，為多種學(xué)科的基礎(chǔ)研究提供了靈敏而精確的實驗方法和分析手段。相應(yīng)的，核儀器的發(fā)展一直受到人們廣泛關(guān)注。20世紀(jì)90年代以來，隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展及其在核儀器中的應(yīng)用，數(shù)字化已成為核儀器發(fā)展的主要方向。核儀器數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)字脈沖成形技術(shù)，已成為近年來核信號處理最為活躍的研究領(lǐng)域。數(shù)字化脈沖成形不僅可代替復(fù)雜的模擬濾波成形電路，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，而且還能改善系統(tǒng)靈活性和自適應(yīng)性。
[0003]如果核儀器中探測器產(chǎn)生的電荷被瞬時收集，則探測器和電荷靈敏前置放大器系統(tǒng)的輸出信號可描述為基于一個時間常數(shù)的指數(shù)衰減信號。而高斯波形的脈沖信號在提高信號噪聲比、減小彈道虧損等方面具有良好的綜合表現(xiàn)。因此，為了提高分析儀器的綜合性能，脈沖成形單元需要將指數(shù)衰減信號濾波變換為高斯波形信號。
[0004]現(xiàn)有核脈沖信號高斯成形的方法有基于分立元件的設(shè)計和基于小波變換的設(shè)計2種?；诜至⒃姆椒ㄔ诠ぷ鞣€(wěn)定性、測量一致性、參數(shù)通用性和后期維護(hù)性等方面存在著諸多缺陷。此外，真正的高斯脈沖成形具有反因果部分，模擬系統(tǒng)難以實現(xiàn)?；谛〔ǚ治龅姆椒ㄔ谛〔ê瘮?shù)的選取上難度較大，并且該方法以傅里葉變換為基礎(chǔ)，計算量巨大，不能保證信號處理的實時性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于脈寬和幅度雙參數(shù)的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法，該方法能夠克服傳統(tǒng)核脈沖信號成形方法的諸多缺陷，獨立控制成形輸出脈沖信號的脈寬和幅度，進(jìn)而解決放射性測量中信號噪聲比、能量分辨率、測量準(zhǔn)確性、測量可靠性的問題，從而能夠滿足目前地質(zhì)資源勘查、環(huán)境輻射評價和生產(chǎn)品質(zhì)控制等領(lǐng)域進(jìn)行放射性測量的迫切需求。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于脈寬和幅度雙參數(shù)的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法，其步驟:A、基于Sallen-Key濾波器,運用基爾霍夫電流定律建立節(jié)點之間的電流傳遞方程；B、傳遞方程變換過程中運用脈寬和幅度因子進(jìn)行參數(shù)替代；C、變換后的傳遞方程是一個二次微分方程，運用微分?jǐn)?shù)值法求解該方程，從而得到高斯成形模型。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點在于:在系統(tǒng)方法設(shè)計上，在核脈沖信號進(jìn)行幅度分析前進(jìn)行了脈沖成形處理，提高了整個測量系統(tǒng)的綜合指標(biāo)。在脈沖成形設(shè)計方法上，采用了基于可編程邏輯器件的數(shù)字化設(shè)計方法，提示了成形系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性、測量一致性、參數(shù)通用性和后期維護(hù)性。在電路功能上主要完成核脈沖信號的數(shù)字化高斯成形。在放射性測量中，核輻射探測器將不同能量的射線粒子轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的呈指數(shù)衰減的微弱電信號，然后通過后續(xù)電路，對這個微弱的電信號進(jìn)行幅度放大，使之成為一個電脈沖信號后進(jìn)入后續(xù)處理電路。通過控制電路控制高速ADC模塊進(jìn)行工作，把不同幅度的模擬脈沖信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號。這些代表信號幅度大小的數(shù)字信號在數(shù)字脈沖處理模塊內(nèi)部，按照數(shù)字硬件濾波器轉(zhuǎn)換成對應(yīng)數(shù)字高斯脈沖信號因為高斯型波形信號頂部比較平坦，而且在數(shù)字成形處理中采取了抑制噪聲的措施。因此，對數(shù)字成形后的高斯型脈沖信號進(jìn)行分析，能夠獲得較高的系統(tǒng)指標(biāo)。在系統(tǒng)性能上，采用了數(shù)字脈沖成形技術(shù)后，F(xiàn)e-55核素能量分辨率提高超過 20eV。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為核脈沖信號高斯成形的電路模型；
[0009]圖2為核探測器的輸出波形圖；
[0010]圖3為核脈沖信號數(shù)字化成形后波形圖；
[0011]圖4為核脈沖信號譜線圖。
【具體實施方式】
[0012]一種基于脈寬和幅度雙參數(shù)的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法:
[0013]圖1中標(biāo)記4個節(jié)點(節(jié)點I~4)，分別標(biāo)識對應(yīng)的電壓Vf，Vp, Vn和V。。根據(jù)基爾霍夫電流定律(Kirchhoff Current Law),建立如式⑴~⑷的4個傳遞公式。
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種基于脈寬和幅度雙參數(shù)的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法，其步驟:A、基于Sallen-Key濾波器,運用基爾霍夫電流定律建立節(jié)點之間的電流傳遞方程；B、傳遞方程變換過程中運用脈寬和幅度因子進(jìn)行參數(shù)替代；C、變換后的傳遞方程是一個二次微分方程，運用微分?jǐn)?shù)值法求解該方程，從而得到高斯成形模型。
【文檔編號】G01T1/36GK103941279SQ201410192866
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】周偉, 王仁波, 湯彬, 周建斌, 張雄杰, 瞿金輝, 李揚紅 申請人:東華理工大學(xué)
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