基于MATLAB的数字核信号滤波成形处理方法的研究

在数字核信号的处理中,为获取更好的能量分辨率等性能指标,需要对核信号数字滤波成形处理方法进行研究。基于数值递推方法分别建立了高斯成形和梯形(三角形)成形模型,然后搭建一套基于MATLAB的数字核信号滤波成形处理平台,实现仿真核信号与实际采样核信号的滤波成形处理,分析各滤波成形方案的特点以及不同成形参数对滤波效果的影响,为最优化数字滤波成形方案的选择、最佳滤波成形参数的选取提供设计指导与技术支持。     

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。     

CR-RC~m滤波器数字化研究

从RC高低通滤波电路输入输出电压之间的线性常系数微分方程出发,推导出数字化CR高通和RC低通滤波器的系统传递函数,进而推导出数字化CR-RC~m成形滤波器的系统传递函数。对数字化CR-RC~m滤波器的频域特征和时域成形特征进行分析和测试,并通过实验,对数字化CR-RC~m成形滤波器滤波成形前后不同脉冲信号的能谱及能谱全能峰能量分辨率进行了测试。实验结果表明,该滤波器可对数字化的核信号成形成高斯型,使脉冲信号的上升沿变缓,峰顶变得更加平坦,提高信噪比,进而提高系统能量分辨率。     

数字多道中梯形成形算法的FPGA实现

针对数字多道核谱仪系统,研究并实现了数字滤波梯形成形算法。从数学理论上对算法可行性进行论证,并利用Matlab仿真验证;采用FPGA技术对该算法建模及Modelsim仿真分析,完成了数字多道的研制。通过NaI(TI)探测器进行55Fe源能谱实测结果表明,该算法能够达到最佳滤波成形效果,改善了数字多道的各方面性能,在自主研制的多道分析器中得到了成功应用。     

数字核谱仪系统中脉冲幅度提取方法研究

数字核谱仪系统中脉冲幅度提取的准确性与实时性直接影响到系统的能量分辨率与脉冲通过率。本文对高速ADC采样后的数字核信号脉冲幅度提取方法进行研究,将幅度提取方法按直接比较法、曲线拟合法与滤波成形法的工作原理展开讨论。采用上述三种方法对实际采样的数字核信号进行脉冲幅度提取,在40 MHz的采样频率下,分别采用曲线拟合法与滤波成形法对脉冲幅度进行提取,得到各自的能谱。通过理论分析,实验比较与测试,综合能量分辨率与脉冲计数率的性能,得到最佳的脉冲幅度提取方法为滤波成形法。     

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。     

基于冲激响应不变法的核信号数字滤波成形算法研究

核能谱测量仪器中,常将探测器的输出信号成形为需要的波形,以滤除噪声并将信号成形为方便后续分析的波形。提出了一种数字滤波成形算法。根据模拟CR-RC成形电路,推导出模拟成形系统的单位冲激响应;再用冲激响应不变法实现从模拟域到数字域的转换,得到数字高斯成形系统的冲激响应;将数字核脉冲信号与该单位冲激响应进行卷积和运算实现数字成形。仿真信号及实测采样信号的结果验证了算法是有效的,有效的滤除噪声的同时核脉冲信号被成形为准高斯信号。     

A new digital Gaussian pulse shaping algorithm based on bilinear transformation

Nuclear pulse signal needs to be transformed to a suitable pulse shape to remove noise and improve energy resolution of a nuclear spectrometry system. In this paper, a new digital Gaussian shaping method is proposed.According to Sallen-Key analog Gaussian shaping filter circuits, the system function of Sallen-Key analog Gaussian shaping filter is deduced on the basis of Kirchhoff laws. The system function of the digital Gaussian shaping filter based on bilinear transformation is deduced too. The expression of unit impulse response of the digital Gaussian shaping filter is obtained by inverse z-transform. The response of digital Gaussian shaping filter is deduced from convolution sum of the unit impulse response and the digital nuclear pulse signal. The simulation and experimental results show that the digital nuclear pulse has been transformed to a pulse with a pseudo-Gaussian, which confirms the feasibility of the new digital Gaussian pulse shaping algorithm based on bilinear transformation.     

Study of time-domain digital pulse shaping algorithms for nuclear signals

With the development on high-speed integrated circuit,fast high resolution sampling ADC and digital signal processors are replacing analog shaping amplifier circuit.This paper firstly presents the numerical analysis and simulation on R-C shaping circuit model and C-R shaping circuit model.Mathematic models are established based on 1st order digital differential method and Kirchhoff Current Law in time domain,and a simulation and error evaluation experiment on an ideal digital signal are carried out with Excel VBA.A digital shaping test for a semiconductor X-ray detector in real time is also presented.Then a numerical analysis for Sallen-Key(S-K) low-pass filter circuit model is implemented based on the analysis of digital R-C and digital C-R shaping methods.By applying the 2nd order non-homogeneous differential equation,the authors implement a digital Gaussian filter model for a standard exponential-decaying signal and a nuclear pulse signal.Finally,computer simulations and experimental tests are carried out and the results show the possibility of the digital pulse processing algorithms.     

梯形成形算法中成形参数与成形脉冲波形关系研究

在梯形成形算法理论基础上,利用模拟和实测核脉冲信号研究了梯形成形算法中衰减时间常数(τ_(trap))、达峰时间(n_a)与成形脉冲波形、滤波效果的关系,以及nb在分离堆积脉冲时的取值选择。研究表明,当且仅当τ_(trap)等于输入信号衰减时间常数时,成形脉冲对称;n_a值越大,滤波效果越好,脉冲宽度增加;n_b小于两个核脉冲信号发生的时间间隔时,采用梯形成形算法可分离堆积脉冲。     

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。     

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。     

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。      

A fast, programmable, stand-alone pulse generator emulatingspectroscopy nuclear events

The design of a fast, programmable, stand-alone pulse generator emulating spectroscopy nuclear events is described. The generator is one unit in a system aiming to test the validity of the simulation and theoretical work relating to the shaping, acquisition, and processing of spectroscopy signals in different experimental situations arising from different technical and scientific fields. The generator output, which also includes piled-up shapes, can be used in many different ways. For example, it can be used: (1) as an input to a charge sensitive preamplifier and shaping amplifier system; (2) as an input to a module for real-time digital shaping of spectroscopy pulses; and (3) it can generate a digital sequence emulating a digitally sampled analog pulse. The signals that it can emulate include those from simple charge sensitive preamplifiers, from more refined analog shapers, and the signals generated directly from scintillation detectors. The main element of the generator is the Analog Devices 21060, a fast and flexible digital signal processor (DSP). This paper considers various generator configurations arising from the need to reach a compromise among generator speed, shape resolution, and memory requirements. It is possible to program both the emulated average counting rate and the time interval between two consecutive samples (tns) using a predetermined pulse shape. The minimum tns value is equal to 10 ns in parallel configurations     

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。