基于脉冲面积分析法改善能谱分辨率研究

尽可能减小噪声对γ谱分辨率的影响是γ能谱数据获取与处理的关键,传统的脉冲高度分析方法对于已有的脉冲信号噪声的抑制具有局限性。基于高速波形采样技术,提出采用脉冲面积分析方法获取γ谱,利用脉冲面积求和的方法,相当于对噪声信号进行多次采样求和平均,可以有效抑制噪声的影响。通过仿真模拟和实验测量,说明该方法对提高γ能谱分辨率具有显著的效果,可以成为一种有效的分析方法。     

基于脉冲宽度分析的实时数字堆积排除方法研究

高计数率下的核能谱获取中,随机脉冲的堆积效应造成获取到的核能谱分辨率变差。为了有效抑制脉冲堆积对γ谱仪分辨率的不利影响,基于高速全波形数字化采样技术,文中提出了脉冲宽度分析方法应用于高计数率下的核脉冲实时堆积判别和拒绝。采用仿核脉冲信号源论证了该堆积拒绝方法的可行性,也使用了Na I闪烁体探测器对137Cs和60Co两种放射源进行实验测试。结果表明:该方法可以有效实时识别出脉冲后沿和前沿堆积情况,在高计数率下可以有效改善数字γ谱仪分辨率。     

一种快速准确有效的面积谱获取方法

在脉冲辐射测量中,为了获取精确的辐射脉冲面积谱需要完整的脉冲信号信息,针对普通数字化多道无法实现直接对辐射探测器输出的脉冲信号进行完整采集,介绍了一种快速准确有效的辐射脉冲信号面积谱获取方法。通过结合高采样高带宽率数字示波器和仪器远程控制、数据采集处理上位机软件,可实现对高计数率、高宽带的脉冲信号实现自动采集,并利用软件批处理的方式实现数据的重建和面积信息获取,最后完成脉冲信号面积谱的自动统计生成,可大大提高辐射脉冲测量工作的效率。     

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MATLAB的核脉冲信号数字成形实现与性能分析

数字核谱仪系统中数字成形方法与成形参数的选取影响着脉冲信号的噪声抑制、堆积识别、幅度提取,进而直接影响系统的能量分辨率与最大脉冲计数率等主要性能指标。研发一套基于MATLAB的数字核信号处理平台,可分别实现仿真核信号,采样核信号在不同数字成形方法、不同成形参数下的高斯成形、梯形成形与三角成形输出的同时,可构建具有多套数字成形算法验证平台。通过对137Cs(NaI探测器)的γ能谱与Fe源(Si-PIN探测器)的X荧光能谱测试可得:数字高斯成形表现出更好的能量分辨率特性;三角成形表现出更好的最大脉冲计数率特性;梯形成形表现出更好的综合特性。采用梯形成形对137Cs能谱和高斯成形对Fe的特征X射线能谱测试可知:随着成形参数的增加,能量分辨率越好,最大脉冲计数率越低。     

尖峰脉冲成形算法改进与性能分析

在数字化核仪器中,为获取高能量分辨率的能谱,常采用数字滤波成形算法处理核脉冲信号,脉冲成形方法中成形参数对输出信号波形、堆积脉冲分离的影响研究鲜有报道.本文在尖峰脉冲成形算法基础上,引入平顶参数,对Mn样品的硅漂移探测器得到的实测脉冲信号开展实验研究,并与常见的梯形脉冲成形方法作对比分析.对采集到的核脉冲信号分别采用尖...     

基于γ全吸收型BaF_2探测装置的波形分析和定时方法研究

中国原子能科学研究院正在建造的γ全吸收型BaF2探测装置用于精确测量keV能区的中子俘获反应截面。本文应用FlashADC采集得到装置输出的脉冲信号,通过波形的面积积分获取60 Co和137 Cs源的能谱,并与传统电子学测量结果进行比较。结果表明,应用3种数字化波形分析方法(脉冲形状鉴别、基线补偿和时间窗限定)有效剔除了BaF2探测器自身固有的α粒子和电子学噪声的本底。采用多种定时方法研究了γ射线到达BaF2探测器的时刻,比较了时间分布谱的半高宽(FWHM),结果表明,恒比定时法和数字化恒比定时法更适用于在线实验。     

数字化γ能谱测量系统中的脉冲基线估计与扣除方法

在γ能谱测量系统中,基线的估计与扣除一直是脉冲幅度测量处理过程中的一个重要环节。随着γ能谱测量系统的数字化,基线的估计与扣除方法也需要作相应的改进。目前相对复杂的算法只能是先对输入射线脉冲经数字化采样后,再在计算机上编程实现,不适用于以现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)等为核心的数字化系统。部分可以在FPGA上实现的算法,在估计基线时没有充分考虑正常核脉冲信号对基线的影响,精度和实时性相对不足。为解决这一问题,本文提出了一种可在FPGA上实现的脉冲基线估计与扣除方法。该方法通过对采样得到的原始脉冲信号进行去异常滑动平均滤波法,进而求得原始输入脉冲的直流基线,并对该基线进行扣除。而脉冲基线的扣除,必将降低仪器后续处理的复杂度。经实验验证:此方法算法简单、精度好、灵敏度高、可在FPGA上编程实现、可以抑制低频干扰和温度漂移等因素对基线的影响,能够在一定程度上提高能量分辨率,抑制谱线漂移。该方法不仅可以用于数字化γ能谱测量系统,也可以应用于测量其他类型射线(如X射线)的数字化谱仪。     

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%。     

基于数字微分滤波与降噪分析的核信号脉冲检测

论文探讨了数字化核信号的脉冲波形检测问题。利用数字低通微分滤波分析方法实现脉冲波形的增强与检测,并采用经验模态分解方法实现核信号的降噪处理。实验结果表明,通过经验模态分解方法能够获取满意的信号降噪效果;低通微分滤波方法能在抑制一定噪声的基础上完成核信号脉冲波形的增强及堆积分离,且该方法的计算复杂度较低,能够满足实时性要求。因此,低通微分滤波方法是一种有效的核信号脉冲波形检测方法。     

基于ARM和FPGA的数字多道分析器研制

多道分析器作为γ能谱测量中不可或缺的组件,其性能直接影响能谱仪分辨率及测量精度,传统的多道分析器多采用模拟电路方法或使用数字采集卡实现。模拟多道对于影响能谱仪性能的成形时间、脉冲通过率及死区时间修正等问题上具有一定的局限性,而这会直接影响能谱分析结果;数字采集卡是实现数字采集的计算机扩展卡,成本较高,不利于市场化推广。数字多道分析器对脉冲信号进行全数字采样,将其转化为数字量,利用数字信号处理方法,通过软件实现,完成整个信号分析处理过程,可极大提高系统稳定性与可靠性,相比于前两种方案,优势明显。设计了一款数字多道分析器,采用ARM处理器+高速ADC+FPGA的硬件方案,主要包括AD采样模块、FPGA数据处理模块和以STM32F4为核心的控制和通信模块。使用数字信号处理方法,编写硬件描述代码实现了脉冲信号滤波成型、幅值提取和基线修正等核脉冲处理的关键算法,最后给出探测器核信号经本文设计的数字多道处理后的γ能谱图。根据国内外研究成果及理论基础,经过深入系统理论分析,方法仿真验证,以及实际调试过程,最终研制出一款可商业化实用、完整且高精度的数字多道分析器,并将其应用在低本底γ能谱仪上,其能量分...     

基于小波变换的双指数信号高斯脉冲成形算法研究

高斯脉冲具有信噪比高、弹道亏损小的优点，因此，在核辐射测量系统中常将核辐射探测器输出信号成形为高斯波形。核辐射探测器实际输出的核脉冲信号更接近于双指数信号，因此在小波变换的基础上，利用卷积运算的微分特性，提出了双指数信号高斯脉冲成形算法，并建立了成形系统的冲激响应。采用模拟核脉冲信号，从时域和频域两方面研究了成形参数对成形脉冲形状、滤波特性的影响规律；采用FAST硅漂移探测器（Silicon Drift Detector,SDD）测量标准Mn样品获得实测核脉冲信号，分别进行高斯脉冲成形算法和梯形脉冲成形算法处理，并生成能谱；通过对比5.89 keV特征峰峰面积、能量分辨率，研究两种成形算法在能量分辨率和堆积脉冲分离方面的性能。结果表明：当达峰时间为3.2～6.4μs时，两种成形算法所得能谱的能量分辨率最佳，此时，两者之差小于5 eV；在相同达峰时间条件下，高斯脉冲成形算法的堆积脉冲分离能力优于梯形脉冲成形算法。     

数字高斯脉冲成形算法仿真研究

高斯脉冲具有良好的时间、频率响应和较高的信噪比,探测器输出信号通常被滤波成形为高斯波形或类高斯波形。在高斯脉冲成形算法基础上,引入截止频率和品质因子,讨论成形参数对成形脉冲幅度、宽度的影响。通过与梯形脉冲成形算法对比,研究高斯脉冲成形算法的滤波效果以及对核信号幅度谱的作用。结果表明,在相同达峰时间条件下高斯脉冲成形算法具有更好的噪声抑制能力,同时可减小核信号幅度谱的半高宽;结合使用梯形脉冲成形算法可改善高斯脉冲成形算法在处理堆积脉冲中的不足,提高核信号通过率。     

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。     

多分辨率分析方法在碘化钠γ谱中的应用

首先对应用数字信号处理技术处理γ谱数据的可行性作了简要论述,并对碘化钠γ能谱高能端全能峰峰值过低的原因作了理论分析,在此基础上论述了采用多分辨率分析方法解决该问题的可行性.最后,探讨了二次压缩变换(QCC)技术在碘化钠γ能谱处理上的应用.     

基于模拟退火算法的γ能谱全谱定量分析

根据γ能谱仪系统的线性叠加性,提出一种基于全局优化算法一模拟退火算法的γ能谱全谱定量分析方法.通过引入谱漂移校正参数,实现了谱漂移的软件校正.对模拟γ能谱的分析误差小于2％.对标准环境样品中226Ra、232Th及40K的分析误差均小于10％.对方法的定量分析下限和能量分辨率进行了深入研究.结果表明,该方法具有较低的定...     

贝叶斯理论在脉冲裂变中子能谱诊断中的应用

本文建立了以贝叶斯理论为基础的脉冲裂变中子能谱的数值迭代计算方法,解决了脉冲裂变中子能谱测量的技术难题。对脉冲裂变中子空间输运、物质衰减、探测器灵敏度等进行了分析,将脉冲裂变中子能谱在空间传输中的飞行展宽时间谱理解为出壳时间谱在不同测点的概率分布函数,脉冲中子在不同测点的信号强度分布是出壳时间谱和脉冲中子能谱飞行展宽时间谱的卷积信号,将物质衰减、探测器灵敏度响应等转换环节对中子能谱的影响因子进行了分别处理,消除了通道物质对中子能谱衰减和探测器非线性灵敏度等因素对脉冲裂变中子能谱解谱的影响。研究结果表明,对距辐射源5 m和10 m处的中子波形进行数值处理,均能获得理想的脉冲裂变中子能谱,当考虑传输系统响应函数对中子波形影响时,仍能获得较理想的中子能谱。     

核辐射脉冲峰值定位研究

核辐射探测前置放大器输出信号较微弱,容易受噪声干扰,为用软件编程来分析辐射脉冲而获取精确的幅度分布图造成一定的困难。从核辐射脉冲的物理特性出发,对脉冲进行取点线性拟合获取较精确的脉冲峰位值,进而提高了能谱分析的指标。     

铀矿伽马能谱测井核脉冲信号数字化处理技术

在铀矿勘查中,可采用伽马能谱测井获取钻孔地层的铀、钍含量。相对于传统的模拟构架,基于数字化核脉冲信号处理技术构建的伽马能谱测井仪具有计数率高、信号噪声低和稳定性好等优点。通过采用核脉冲信号数字化处理技术,实现了伽马能谱的数字化采集,在放射性勘查模型井上进行了测试。混合模型的能谱测量铀、钍含量与标称含量的误差均小于5%,符合铀矿伽马能谱测井相关规范要求。     

核信号的FIR数字滤波模拟计算

通过对模拟核脉冲信号进行离散傅里叶变换,根据得到的频率响应特性,构建最小二乘FIR数字滤波器。运用80MHz高速流水型ADC实时采样的核脉冲信号经过构建FIR滤波器后,噪声得到明显的抑制,输出信号更加平滑,信噪比(SNR)明显提高。采用不同方法对137Cs采样的实时脉冲信号进行滤波处理,其最小二乘FIR滤波器效果最佳。