基于LabVIEW的核信号数字滤波器的研制

本文介绍了基于LabVIEW的核信号数字滤波器的设计与测试。该数字滤波器实现了3种核信号的数字滤波成形方法--基于小波分析技术的高斯滤波成形、匹配滤波成形和梯形滤波成形。为验证该滤波器的性能,利用计算机产生的数字化核脉冲信号作为信号源,对各种滤波成形算法的效果进行了测试。测试结果表明,该数字滤波器的性能良好,参数调节方便,适用于对核信号进行数字滤波成形。     

基于采样定理的核信号数字高斯滤波成形研究

核能谱分析仪中,常采用模拟滤波成形电路处理探测器的输出信号,以满足后级电路对信号波形的需要并滤除噪声。由模拟电路实现的高斯成形系统,改变成形参数必须对硬件进行调整,灵活性及稳定性均不理想。为实现数字滤波成形,根据模拟Sallen-Key高斯滤波成形电路,推导出模拟高斯成形系统的冲激响应;再根据采样定理推导出了数字高斯成形系统的冲激响应。用该数字高斯成形系统对实测核脉冲信号进行处理的结果显示,数字核脉冲信号被滤波成形为准高斯信号,为核脉冲信号数字滤波成形的实现提供了一种新的实现方法。     

基于LabVIEW的数字核信号滤波成形方法的设计与实现

数字核信号的滤波成形对核谱仪系统的能量分辨率和计数率具有重要意义。本文基于LabVIEW平台将高速ADC采样后的数字核信号通过传递函数法与合成成形法实现其滤波成形。其中合成成形法将数字核信号成形为具有一定曲率的凹成形器与凸成形器,只需简单地修改成形参数,通过叠加合成可实现各种滤波成形输出(梯形、三角与高斯)。最后,系统在LabVIEW平台上修改成形参数,调用MATLAB成形程序,分别实现数字核信号的传递函数法与合成成形法的滤波成形,以验证滤波成形方法的可行性与实用性,同时为数字核信号的滤波成形方案与参数的选择提供技术支持。     

核脉冲信号滤波成形电路的数字化研究

核脉冲信号的滤波成形电路用于改变脉冲形状、提高核谱仪器系统的信噪比,从而获取更佳的性能指标。从极零相消电路与Sallen-Key电路的工作原理出发,推导了基于数字极零相消、数字Sallen-Key在时域中的成形递推函数,分别获取其在Z域中的传输函数,在频域中对其滤波性能、幅频响应特性进行了分析。对仿真核信号,采用数字极零相消、数字高斯成形递推函数模型,实现不同参数下的极零相消与高斯成形处理。对SiPIN探测器测量~(55)Fe和NaI探测器测量~(137)Cs的核脉冲信号,实现了数字极零相消、不同参数下的数字高斯成形处理,从时域与频域两个方面对结果进行了分析,研究成果可应用于核脉冲信号极零相消、滤波成形参数的最优化选取。     

核信号数字滤波成形算法仿真研究

本文介绍三种核信号(高斯滤波成形、匹配滤波成形、梯形滤波成形)数字处理方法。利用计算机产生的单指数仿核脉冲信号作为信号源,分析了不同单指数输入时间常数及各滤波器参数变化对滤波效果的影响,并用Matlab编写相关算法仿真程序,给出了仿真结果。     

高速数字多道能谱技术研究

数字信号处理技术在核测量领域的广泛应用,极大地提高了核能谱测量的精确度和灵活性。我们的高速数字多道使用了一个10位80MSPS的模数转换器,转换后的采样信号噪声比较大,利用一级数字FIR滤波处理单元对信号进行处理,可以使高频采样引入的噪声得到有效滤除,提高信噪比。由于成形参数可调,数字核信号的数字成形处理(梯形成形),在强辐射能谱测量中具有良好的脉冲堆积处理能力。结合FIR滤波和数字成形的高速数字多道能谱系统可以实现核信号能谱的精确测量。     

基于实时数字脉冲处理技术的核谱仪研究

本文提出一种基于80 MHz ADC的数字化γ能谱系统。系统由探测器、前端电路、ADC和数字处理单元组成。数字处理在FPGA中完成,主要包括FIR数字滤波、脉冲梯形成形、幅度甄别、数据通讯。为减小高速ADC在采集过程中引入的噪声信号,在数字处理单元实现FIR数字滤波,对数字脉冲信号先进行滤波处理,再进行脉冲梯形成形,得到高分辨率的能谱数据。测量系统中模拟信号全部采用直流耦合,数字脉冲宽度为1.6μs,对137 Cs的能量分辨率达6.88%。     

基于ⅡR滤波器的核信号数字高斯成形方法

为适应数字化核仪器发展的趋势,研究了一种数字高斯滤波成形的方法。根据模拟高斯成形电路的频率响应,确定数字高斯成形滤波器的指标,设计了皿数字高斯成形滤波器。对实测核脉冲信号进行处理的结果显示,在滤除噪声的同时,可以将数字核脉冲信号成形为准高斯信号。该方法不仅可代替复杂的模拟滤波成形电路,而且能提高系统稳定性和抗干扰性。     

基于LabVIEW的数字梯形成形算法仿真研究

成形滤波技术是核能谱测量的关键技术,数字梯形滤波是实现核能谱仪数字化的关键环节。论文基于数字多道系统中核信号处理要求,对梯形成形滤波技术进行了理论研究。利用LabVIEW软件平台实现了梯形滤波器仿真,讨论了滤波器参数对系统性能或输出的影响。仿真结果表明,数字梯形滤波成形器能够根据实际信号特性灵活进行参数优化和配置,以有效地适应后续测量。     

基于余弦函数的核脉冲信号数字成形方法研究

核脉冲信号的数字余弦函数(cos)成形，因成形简单、可操作性强和灵活性高等优势被用于核脉冲信号的数字成形处理中。本文从单指数衰减脉冲信号和cos脉冲信号的数学模型出发，推导了对称cos成形、零面积cos成形与对称零面积cos成形三种成形方法在Z域中的传递函数和级联公式，分析了成形参数对数字cos成形结果的影响。针对仿真核信号和实际采样核信号，分别实现了三种数字cos成形；基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)系统，实现了核信号的数字cos成形、幅度提取、能谱构建等功能。通过对¹³⁷Cs(NaI(Tl)探测器)γ能谱的测试，结果表明三种数字cos成形方法在能量分辨率和计数方面均表现良好，且对称零面积cos成形性能指标更为优异，具有较大的应用前景。     

基于数值微分核脉冲信号数字处理方法

核反应堆核测量系统测量探测器输出的核脉冲信号，该信号后沿拖尾很长，在计数率较高时容易产生信号堆积和基线漂移等问题，导致源区计数率测量上限仅能达到105 Hz左右。文中基于数值微分方法，采用数字处理技术，在时域上分析了核脉冲信号经过前置放大、信号成形、低通滤波和脉冲甄别后的输出，并利用探测器实测信号进行了仿真。仿真结果表明，基于数值微分的数字处理方法可以实现相邻0.4 μs脉冲信号的识别和测量，将源区测量计数率上限提升到2×106 Hz以上。      

核测井信号数字滤波器的性能分析

为了便于选用数字滤波器处理核测井信号,采用定量研究的方法,分析了各种数字滤波器的性能和局限性,针对应用过程中存在的问题,提出了解决数字滤波器时延特性的技术途径和确定滤波器点数的方法。结果表明,合理选用滤波方法及滤波点数,能够明显改善核测井信号的滤波效果。     

核辐射脉冲幅度分析的基线卡尔曼滤波估计

本工作从核辐射脉冲信号波形的物理特性分析出发，讨论了卡尔曼滤波方法在实测脉冲信号序列基线估计中的应用效果。实验结果表明了该方法的有效性，这为数字化核辐射多参数测量与分析系统谱分析提供了很好的数据预处理手段。     

实时核信号数字化脉冲成形关键技术研究

本文对理想核脉冲信号和实际探测器输出信号分别进行了计算机模拟仿真与分析,总结了不同成形时间的核脉冲信号的数字梯形成形参数的确定方法。在高计数率场合时提高了有效测量计数率,消除了部分脉冲的堆积并减少了系统死时间。同时,采用256点和512点数字三角成形方法测试了Si-PIN半导体探测器的性能,并与模拟电路成形方法进行了对比测试。测试结果表明,脉冲数字成形处理方法提高了探测器计数率和分辨率。     

数字化核能谱获取中信号处理方法的研究

介绍了将核辐射能量信号离散化后进行数字极零识别及补偿、基线扣除、低通滤波、脉冲成形和幅度分析等一系列数字化信号的处理方法，将长尾指数衰减信号成形为梯形波或三角波信号。用所述方法对实测波形进行离线处理后的结果表明，所获能谱的能量分辨率好于模拟式多道系统的测量结果。     

梯形成形冲击响应函数推导、仿真和实验研究

本文介绍了利用逆 z 变换方法得到梯形成形冲击响应函数的推导过程,采用软件产生的单指数信号对其正确性进行了仿真验证。在单指数信号上加载不同标准差的高斯白噪声,经梯形成形仿真得到输出信号和输入白噪声标准差的比值约为0.447。通过搭建数字核信号获取平台,对实际输入核信号进行梯形成形,验证了推导过程与结果的正确性。     

A user configurable data acquisition and signal processing system for high-rate,high channel count applications

Real-time signal processing in plasma fusion experiments is required for control and for data reduction as plasma pulse times grow longer. The development time and cost for these high-rate, multichannel signal processing systems can be significant. This paper proposes a new digital signal processing (DSP) platform for the data acquisition system that will allow users to easily customize real-time signal processing systems to meet their individual requirements.The D-TACQ reconfigurable user in-line DSP (DRUID) system carries out the signal processing tasks in hardware co-processors (CPs) implemented in an FPGA, with an embedded microprocessor (μP) for control. In the fully developed platform, users will be able to choose co-processors from a library and configure programmable parameters through the μP to meet their requirements.The DRUID system is implemented on a Spartan 6 FPGA, on the new rear transition module (RTM-T), a field upgrade to existing D-TACQ digitizers.As proof of concept, a multiply-accumulate (MAC) co-processor has been developed, which can be configured as a digital chopper-integrator for long pulse magnetic fusion devices. The DRUID platform allows users to set options for the integrator, such as the number of masking samples. Results from the digital integrator are presented for a data acquisition system with 96 channels simultaneously acquiring data at 500 kSamples/s per channel.     

Clustering Method to Process Signals from a CdZnTe Detector

The poor mobility of holes in a compound semiconductor detector results in the imperfect collection of the primary charge deposited in the detector. Furthermore the fluctuation of the charge loss efficiency due to the change in the hole collection path length seriously degrades the energy resolution of the detector. Since the charge collection efficiency varies with the signal waveform, we can expect the improvement of the energy resolution through a proper waveform signal processing method. We developed a new digital signal processing technique, a clustering method which derives typical patterns containing the information on the real situation inside a detector from measured signals. The obtained typical patterns for the detector are then used for the pattern matching method. Measured signals are classified through analyzing the practical waveform variation due to the charge trapping, the electric field and the crystal defect etc. Signals with similar shape are placed into the same cluster. For each cluster we calculate an average waveform as a reference pattern. Using these reference patterns obtained from all the clusters, we can classify other measured signal waveforms from the same detector. Then signals are independently processed according to the classified category and form corresponding spectra. Finally these spectra are merged into one spectrum by multiplying normalization coefficients. The effectiveness of this method was verified with a CdZnTe detector of 2 mm thick and a ¹³⁷Cs gamma-ray source. The obtained energy resolution was improved to about 8 keV (FWHM). Because the clustering method is only related to the measured waveforms, it can be applied to any type and size of detectors and compatible with any type of filtering methods.     

核信号数值仿真方法的研究及应用

提出并建立了一种数值仿真方法,通过计算机模拟,生成各种数字化核信号波形,以此作为工具开展核信号数字处理方法的研究.通过准高斯滤波、梯形滤波和匹配滤波算法对数字核信号处理结果的研究与比较表明,提出的方法是准确而可行的.