專利名稱：一種核脈沖信號的數字化成形方法
技術領域：
本發明針對地質資源勘查、環境輻射評價和生產品質控制等放射性測量領域迫切需求提高信號噪聲比、能量分辨率、測量準確性、測量可靠性等問題，提出了一種核脈沖信號的數字化成形方法。
背景技術：
放射性測量儀器中探測器和前置電路輸出的脈沖信號是一個基于時間常數的指數衰減信號。如果直接進行多道脈沖幅度分析，則分析儀器的能量分辨率將受到很大的限制，進而降低整個系統的性能指標。因此，在探測器和前置電路輸出后通常需要增加脈沖成形電路，將基于時間常數的指數衰減信號進行脈沖成形，再進行多道脈沖幅度分析，以提高分析儀器的綜合性能指標。現有的脈沖成形的方法是基于分立元件設計的模擬成形技術。該方法在工作穩定性、測量一致性、參數通用性和后期維護性等方面存在著諸多缺陷。而采用數字化的脈沖成形技術可以有效的克服上述模擬成形技術的缺陷，并且可以十分靈活的選擇成形參數。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，如何提供一種核脈沖信號的數字化成形方法，該方法可以克服現有模擬成形方法的缺陷，滿足放射性測量領域提高信號噪聲比、能量分辨率、測量準確性、測量可靠性迫切需求。為達到上述發明目的，本發明所采用的技術方案一種核脈沖信號的數字化成形方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟A、主放大器模塊將來自核探測器和前置放大電路的電脈沖信號進行放大，完畢后輸出至高速ADC模塊；B、程控增益調節模塊根據微處理器模塊發出的增益控制命令，實現對主放大器模塊的精密增益調節；C、高速ADC模塊將來自主放大器模塊的電脈沖信號進行數字轉換，完畢后輸出至數字脈沖處理模塊；D、數字脈沖處理模塊將來自高速ADC模塊的數字信號進行脈沖成形、峰值判別、 幅度分析和譜線存儲，完畢后將數據傳輸至微處理器模塊；E、微處理器模塊對測量數據進行統計分析，再傳送至計算機處理模塊；F、計算機處理模塊對測量數據作進一步的分析處理。
圖1為核脈沖信號高斯成形的電路模型。圖2為核脈沖信號的數字化成形系統的結構框圖。圖3為數字脈沖處理模塊內部功能模塊連接圖。
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圖4為核探測器的輸出波形圖。圖5為核脈沖信號數字化成形后波形圖。圖6為核脈沖信號譜線圖。具體實現方式本發明所提供的核脈沖信號的數字化成形方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟A、主放大器模塊將來自核探測器和前置放大電路的電脈沖信號進行放大，完畢后輸出至高速ADC模塊；B、程控增益調節模塊根據微處理器模塊發出的增益控制命令，實現對主放大器模塊的精密增益調節；C、高速ADC模塊將來自主放大器模塊的電脈沖信號進行數字轉換，完畢后輸出至數字脈沖處理模塊；D、數字脈沖處理模塊將來自高速ADC模塊的數字信號進行脈沖成形、峰值判別、幅度分析和譜線存儲，完畢后將數據傳輸至微處理器模塊；E、微處理器模塊對測量數據進行統計分析，再傳送至計算機處理模塊；F、計算機處理模塊對測量數據作進一步的分析處理。如圖1所示，核脈沖信號由Vin輸入，成形后的高斯脈沖信號由Vo輸出。如圖2所示，核脈沖信號數字成形系統中，首先、主放大器模塊將探測器和前置放大電路輸出的微弱電脈沖信號進行程控放大；然后、高速ADC模塊將放大后的電脈沖信號轉換成對應的數字信號；接著、數字脈沖處理模塊將數字信號進行高斯成形轉換，實現了核脈沖信號的高斯成形；最后，成形后的高斯波形的脈沖信號輸出至微處理器模塊和計算機處理模塊，做進一步的處理。圖3是數字脈沖處理模塊內部功能連接圖。如圖所示，首先、S-K成形模塊通過數字硬件濾波器將高速ADC模塊輸出的數字信號轉換成對應數字高斯脈沖信號；然后、數字高斯脈沖信號在完成FIFO存儲的同時也進行峰值判別，峰值判別模塊還對數字高斯脈沖信號進行脈沖寬度的判別；接著、經過峰值判別后的數字高斯脈沖信號進行多道脈沖幅度分析，多道脈沖幅度分析模塊將數字信號表示成一個道地址，以道地址作為存儲器的地址碼記錄脈沖數，各道地址的記數就可以把脈沖幅度的分布情況表現出來。而幅度信號大小為各元素輻射能量不同的表現，相應道址的計數代表相應能量的輻射強度；跟著、將各道地址的記錄數據存入到雙端口 RAM中；最后，接口模塊在定時模塊的控制下，每個一段時間將雙端口 RAM中的數據輸出至微處理器模塊，做進一步的處理。如圖4所示，核探測器輸出的波形圖。這種呈指數衰減的核脈沖信號，當中混雜著噪聲等干擾信號，如果直接進行脈沖幅度分析，整個系統的能量分辨率通常是在ISOeV 200eV之間。如圖5所示，核脈沖信號經過數字化成形的波形圖。采用的是數字化高斯成形方法。高斯脈沖波形頂部比較平坦，能夠提高信號噪聲比，減小彈道虧損，并且可以去除無用的干擾信號。如圖6所示，經過數字化脈沖成形后的核脈沖信號譜線圖。實測狗-55核素能量分辨率為168eV，較未經脈沖成形前的能量分辨率提高超過20eV。本發明具有如下特點1、在系統方法設計上，在核脈沖信號進行幅度分析前進行了脈沖成形處理，提高了整個測量系統的綜合指標。2、在脈沖成形設計方法上，采用了基于可編程邏輯器件的數字化設計方法，提示了成形系統的工作穩定性、測量一致性、參數通用性和后期維護性。3、在電路功能上主要完成核脈沖信號的數字化高斯成形。在放射性測量中，核輻射探測器將不同能量的射線粒子轉換成相應大小的呈指數衰減的微弱電信號，然后通過后續電路，對這個微弱的電信號進行幅度放大，使之成為一個電脈沖信號后進入后續處理電路。通過控制電路控制高速ADC模塊進行工作，把不同幅度的模擬脈沖信號轉換成對應的數字信號。這些代表信號幅度大小的數字信號在數字脈沖處理模塊內部，按照數字硬件濾波器轉換成對應數字高斯脈沖信號因為高斯型波形信號頂部比較平坦，而且在數字成形處理中采取了抑制噪聲的措施。因此，對數字成形后的高斯型脈沖信號進行分析，能夠獲得較高的系統指標。4、在系統性能上，采用了數字脈沖成形技術后，Fe-55核素能量分辨率提高超過 20eVo
權利要求
1.一種核脈沖信號的數字化成形方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟A、主放大器模塊將來自核探測器和前置放大電路的電脈沖信號進行放大，完畢后輸出至高速ADC模塊；B、程控增益調節模塊根據微處理器模塊發出的增益控制命令，實現對主放大器模塊的精密增益調節；C、高速ADC模塊將來自主放大器模塊的電脈沖信號進行數字轉換，完畢后輸出至數字脈沖處理模塊；D、數字脈沖處理模塊將來自高速ADC模塊的數字信號進行脈沖成形、峰值判別、幅度分析和譜線存儲，完畢后將數據傳輸至微處理器模塊；E、微處理器模塊對測量數據進行統計分析，再傳送至計算機處理模塊；F、計算機處理模塊對測量數據作進一步的分析處理。
2.根據權利要求1所述的核脈沖信號的數字化成形方法，其特征在于，所述步驟A中主放大器模塊設置了 1 65535級精密增益調節功能。
3.根據權利要求1所述的核脈沖信號的數字化成形方法，其特征在于，所述步驟D中設計數字高斯成形、脈沖甄別、脈沖寬度判別、多道幅度分析和譜線存儲的功能。
4.根據權利要求1所述的核脈沖信號的數字化成形方法，其特征在于，所述步驟D中設置了與微處理器通信功能。
5.根據權利要求1所述的核脈沖信號的數字化成形方法，其特征在于，所述微處理器模塊和計算機處理模塊之間采用USB 口進行連接。
全文摘要
本發明公開了一種核脈沖信號的數字化成形方法，包括步驟A、主放大器模塊將來自核探測器和前置放大電路的電脈沖信號進行放大，完畢后輸出至高速ADC模塊；B、程控增益調節模塊根據微處理器模塊發出的增益控制命令，實現對主放大器模塊的精密增益調節；C、高速ADC模塊將來自主放大器模塊的電脈沖信號進行數字轉換，完畢后輸出至數字脈沖處理模塊；D、數字脈沖處理模塊將來自高速ADC模塊的數字信號進行脈沖成形、峰值判別、幅度分析和譜線存儲，完畢后將數據傳輸至微處理器模塊；E、微處理器模塊對測量數據進行統計分析，再傳送至計算機處理模塊；F、計算機處理模塊對測量數據作進一步的分析處理。該方法能夠克服傳統核脈沖信號成形方法的缺陷，進而解決放射性測量中信號噪聲比、能量分辨率、測量準確性、測量可靠性的問題，從而能夠滿足目前地質資源勘查、環境輻射評價和生產品質控制等領域進行放射性測量的迫切需求。
文檔編號G01T1/17GK102455430SQ201010522948
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者劉易, 周偉, 周建斌, 方方, 朱星, 李揚紅, 王敏, 王磊 申請人:成都理工大學