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基于脈寬和幅度雙參數的核脈沖信號數字高斯成形方法
【專利摘要】本發明公開一種基于脈寬和幅度雙參數的核脈沖信號數字高斯成形方法，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行參數替代；變換后的傳遞方程是一個二次微分方程，運用微分數值法求解該方程，從而得到高斯成形模型。本發明的優點在于：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。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。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20eV。
【專利說明】基于脈寬和幅度雙參數的核脈沖信號數字高斯成形方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及核分析技術，尤其是一種基于脈寬和幅度雙參數的核脈沖信號數字高斯成形方法。
【背景技術】
[0002]核分析技術具有高精度、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，為多種學科的基礎研究提供了靈敏而精確的實驗方法和分析手段。相應的，核儀器的發展一直受到人們廣泛關注。20世紀90年代以來，隨著電子技術的高度發展及其在核儀器中的應用，數字化已成為核儀器發展的主要方向。核儀器數字化的關鍵技術是數字脈沖成形技術，已成為近年來核信號處理最為活躍的研究領域。數字化脈沖成形不僅可代替復雜的模擬濾波成形電路，提高系統穩定性，而且還能改善系統靈活性和自適應性。
[0003]如果核儀器中探測器產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的輸出信號可描述為基于一個時間常數的指數衰減信號。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。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衰減信號濾波變換為高斯波形信號。
[0004]現有核脈沖信號高斯成形的方法有基于分立元件的設計和基于小波變換的設計2種?；诜至⒃姆椒ㄔ诠ぷ鞣€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。此外，真正的高斯脈沖成形具有反因果部分，模擬系統難以實現?；谛〔ǚ治龅姆椒ㄔ谛〔ê瘮档倪x取上難度較大，并且該方法以傅里葉變換為基礎，計算量巨大，不能保證信號處理的實時性。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種基于脈寬和幅度雙參數的核脈沖信號數字高斯成形方法，該方法能夠克服傳統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。
[0006]本發明的技術方案為:一種基于脈寬和幅度雙參數的核脈沖信號數字高斯成形方法，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行參數替代；C、變換后的傳遞方程是一個二次微分方程，運用微分數值法求解該方程，從而得到高斯成形模型。
[0007]本發明的優點在于: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。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。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。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 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的核脈沖信號數字高斯成形方法:
[0013]圖1中標記4個節點(節點I~4)，分別標識對應的電壓Vf，Vp, Vn和V。。根據基爾霍夫電流定律(Kirchhoff Current Law),建立如式⑴~⑷的4個傳遞公式。
[0014]
【權利要求】
1.一種基于脈寬和幅度雙參數的核脈沖信號數字高斯成形方法，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行參數替代；C、變換后的傳遞方程是一個二次微分方程，運用微分數值法求解該方程，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 優先權日:2014年5月8日
【發明者】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