专利名称：一种核脉冲信号的数字化成形方法
技术领域：
本发明针对地质资源勘查、环境辐射评价和生产品质控制等放射性测量领域迫切需求提高信号噪声比、能量分辨率、测量准确性、测量可靠性等问题，提出了一种核脉冲信号的数字化成形方法。
背景技术：
放射性测量仪器中探测器和前置电路输出的脉冲信号是一个基于时间常数的指数衰减信号。如果直接进行多道脉冲幅度分析，则分析仪器的能量分辨率将受到很大的限制，进而降低整个系统的性能指标。因此，在探测器和前置电路输出后通常需要增加脉冲成形电路，将基于时间常数的指数衰减信号进行脉冲成形，再进行多道脉冲幅度分析，以提高分析仪器的综合性能指标。现有的脉冲成形的方法是基于分立元件设计的模拟成形技术。该方法在工作稳定性、测量一致性、参数通用性和后期维护性等方面存在着诸多缺陷。而采用数字化的脉冲成形技术可以有效的克服上述模拟成形技术的缺陷，并且可以十分灵活的选择成形参数。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是，如何提供一种核脉冲信号的数字化成形方法，该方法可以克服现有模拟成形方法的缺陷，满足放射性测量领域提高信号噪声比、能量分辨率、测量准确性、测量可靠性迫切需求。为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案一种核脉冲信号的数字化成形方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤A、主放大器模块将来自核探测器和前置放大电路的电脉冲信号进行放大，完毕后输出至高速ADC模块；B、程控增益调节模块根据微处理器模块发出的增益控制命令，实现对主放大器模块的精密增益调节；C、高速ADC模块将来自主放大器模块的电脉冲信号进行数字转换，完毕后输出至数字脉冲处理模块；D、数字脉冲处理模块将来自高速ADC模块的数字信号进行脉冲成形、峰值判别、 幅度分析和谱线存储，完毕后将数据传输至微处理器模块；E、微处理器模块对测量数据进行统计分析，再传送至计算机处理模块；F、计算机处理模块对测量数据作进一步的分析处理。


图1为核脉冲信号高斯成形的电路模型。图2为核脉冲信号的数字化成形系统的结构框图。图3为数字脉冲处理模块内部功能模块连接图。
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图4为核探测器的输出波形图。图5为核脉冲信号数字化成形后波形图。图6为核脉冲信号谱线图。具体实现方式本发明所提供的核脉冲信号的数字化成形方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤A、主放大器模块将来自核探测器和前置放大电路的电脉冲信号进行放大，完毕后输出至高速ADC模块；B、程控增益调节模块根据微处理器模块发出的增益控制命令，实现对主放大器模块的精密增益调节；C、高速ADC模块将来自主放大器模块的电脉冲信号进行数字转换，完毕后输出至数字脉冲处理模块；D、数字脉冲处理模块将来自高速ADC模块的数字信号进行脉冲成形、峰值判别、幅度分析和谱线存储，完毕后将数据传输至微处理器模块；E、微处理器模块对测量数据进行统计分析，再传送至计算机处理模块；F、计算机处理模块对测量数据作进一步的分析处理。如图1所示，核脉冲信号由Vin输入，成形后的高斯脉冲信号由Vo输出。如图2所示，核脉冲信号数字成形系统中，首先、主放大器模块将探测器和前置放大电路输出的微弱电脉冲信号进行程控放大；然后、高速ADC模块将放大后的电脉冲信号转换成对应的数字信号；接着、数字脉冲处理模块将数字信号进行高斯成形转换，实现了核脉冲信号的高斯成形；最后，成形后的高斯波形的脉冲信号输出至微处理器模块和计算机处理模块，做进一步的处理。图3是数字脉冲处理模块内部功能连接图。如图所示，首先、S-K成形模块通过数字硬件滤波器将高速ADC模块输出的数字信号转换成对应数字高斯脉冲信号；然后、数字高斯脉冲信号在完成FIFO存储的同时也进行峰值判别，峰值判别模块还对数字高斯脉冲信号进行脉冲宽度的判别；接着、经过峰值判别后的数字高斯脉冲信号进行多道脉冲幅度分析，多道脉冲幅度分析模块将数字信号表示成一个道地址，以道地址作为存储器的地址码记录脉冲数，各道地址的记数就可以把脉冲幅度的分布情况表现出来。而幅度信号大小为各元素辐射能量不同的表现，相应道址的计数代表相应能量的辐射强度；跟着、将各道地址的记录数据存入到双端口 RAM中；最后，接口模块在定时模块的控制下，每个一段时间将双端口 RAM中的数据输出至微处理器模块，做进一步的处理。如图4所示，核探测器输出的波形图。这种呈指数衰减的核脉冲信号，当中混杂着噪声等干扰信号，如果直接进行脉冲幅度分析，整个系统的能量分辨率通常是在ISOeV 200eV之间。如图5所示，核脉冲信号经过数字化成形的波形图。采用的是数字化高斯成形方法。高斯脉冲波形顶部比较平坦，能够提高信号噪声比，减小弹道亏损，并且可以去除无用的干扰信号。如图6所示，经过数字化脉冲成形后的核脉冲信号谱线图。实测狗-55核素能量分辨率为168eV，较未经脉冲成形前的能量分辨率提高超过20eV。本发明具有如下特点1、在系统方法设计上，在核脉冲信号进行幅度分析前进行了脉冲成形处理，提高了整个测量系统的综合指标。2、在脉冲成形设计方法上，采用了基于可编程逻辑器件的数字化设计方法，提示了成形系统的工作稳定性、测量一致性、参数通用性和后期维护性。3、在电路功能上主要完成核脉冲信号的数字化高斯成形。在放射性测量中，核辐射探测器将不同能量的射线粒子转换成相应大小的呈指数衰减的微弱电信号，然后通过后续电路，对这个微弱的电信号进行幅度放大，使之成为一个电脉冲信号后进入后续处理电路。通过控制电路控制高速ADC模块进行工作，把不同幅度的模拟脉冲信号转换成对应的数字信号。这些代表信号幅度大小的数字信号在数字脉冲处理模块内部，按照数字硬件滤波器转换成对应数字高斯脉冲信号因为高斯型波形信号顶部比较平坦，而且在数字成形处理中采取了抑制噪声的措施。因此，对数字成形后的高斯型脉冲信号进行分析，能够获得较高的系统指标。4、在系统性能上，采用了数字脉冲成形技术后，Fe-55核素能量分辨率提高超过 20eVo
权利要求
1.一种核脉冲信号的数字化成形方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤A、主放大器模块将来自核探测器和前置放大电路的电脉冲信号进行放大，完毕后输出至高速ADC模块；B、程控增益调节模块根据微处理器模块发出的增益控制命令，实现对主放大器模块的精密增益调节；C、高速ADC模块将来自主放大器模块的电脉冲信号进行数字转换，完毕后输出至数字脉冲处理模块；D、数字脉冲处理模块将来自高速ADC模块的数字信号进行脉冲成形、峰值判别、幅度分析和谱线存储，完毕后将数据传输至微处理器模块；E、微处理器模块对测量数据进行统计分析，再传送至计算机处理模块；F、计算机处理模块对测量数据作进一步的分析处理。
2.根据权利要求1所述的核脉冲信号的数字化成形方法，其特征在于，所述步骤A中主放大器模块设置了 1 65535级精密增益调节功能。
3.根据权利要求1所述的核脉冲信号的数字化成形方法，其特征在于，所述步骤D中设计数字高斯成形、脉冲甄别、脉冲宽度判别、多道幅度分析和谱线存储的功能。
4.根据权利要求1所述的核脉冲信号的数字化成形方法，其特征在于，所述步骤D中设置了与微处理器通信功能。
5.根据权利要求1所述的核脉冲信号的数字化成形方法，其特征在于，所述微处理器模块和计算机处理模块之间采用USB 口进行连接。
全文摘要
本发明公开了一种核脉冲信号的数字化成形方法，包括步骤A、主放大器模块将来自核探测器和前置放大电路的电脉冲信号进行放大，完毕后输出至高速ADC模块；B、程控增益调节模块根据微处理器模块发出的增益控制命令，实现对主放大器模块的精密增益调节；C、高速ADC模块将来自主放大器模块的电脉冲信号进行数字转换，完毕后输出至数字脉冲处理模块；D、数字脉冲处理模块将来自高速ADC模块的数字信号进行脉冲成形、峰值判别、幅度分析和谱线存储，完毕后将数据传输至微处理器模块；E、微处理器模块对测量数据进行统计分析，再传送至计算机处理模块；F、计算机处理模块对测量数据作进一步的分析处理。该方法能够克服传统核脉冲信号成形方法的缺陷，进而解决放射性测量中信号噪声比、能量分辨率、测量准确性、测量可靠性的问题，从而能够满足目前地质资源勘查、环境辐射评价和生产品质控制等领域进行放射性测量的迫切需求。
文档编号G01T1/17GK102455430SQ201010522948
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者刘易, 周伟, 周建斌, 方方, 朱星, 李扬红, 王敏, 王磊 申请人:成都理工大学