數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、核能譜是核物理研究、射線探測(cè)和核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中獲取的重要信息,核能譜測(cè)量技術(shù)的改進(jìn)一直是重要的熱點(diǎn)問(wèn)題。其中多道脈沖幅度分析技術(shù)是核譜儀的核心技術(shù)。隨著ADC和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的迅猛發(fā)展,以高速、高分辨率的ADC對(duì)輸入核信號(hào)進(jìn)行采集,應(yīng)用高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP,FPGA,CPLD等)對(duì)脈沖幅度進(jìn)行有效分析和提取為特點(diǎn)的數(shù)字核譜儀的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí),核信號(hào)采集與處理的數(shù)字化是核譜儀發(fā)展與應(yīng)用的主流方向。
　　 盡管國(guó)內(nèi)外的相關(guān)

2、科研機(jī)構(gòu)對(duì)數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,國(guó)外的數(shù)字核譜儀已經(jīng)商業(yè)化,但國(guó)內(nèi)仍處于研究與應(yīng)用的初級(jí)階段,對(duì)波形數(shù)字化、數(shù)字濾波成形、數(shù)字基線恢復(fù)、數(shù)字堆積識(shí)別、計(jì)數(shù)率校正以及脈沖幅度的數(shù)字提取等關(guān)鍵技術(shù)缺少深入的研究,也沒(méi)有搭建一套有效的數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試平臺(tái)。
　　 針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題,論文主要對(duì)數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了研究:
　　 (1)調(diào)研國(guó)內(nèi)外數(shù)字核譜儀系統(tǒng)的組成,分析了影響數(shù)字核

3、譜儀性能指標(biāo)的主要因素,對(duì)核脈沖信號(hào)波形的數(shù)字化過(guò)程進(jìn)行研究,并對(duì)數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中ADC芯片的選型需要考慮的主要因素進(jìn)行分析。
　　 (2)分析與比較了數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中幅度提取的三種方法:直接比較法、曲線擬合法與濾波成形法,并對(duì)適合于數(shù)字核譜儀系統(tǒng)的幅度提取方法展開(kāi)研究,采用合成成形法對(duì)數(shù)字核信號(hào)進(jìn)行成形處理。
　　 (3)對(duì)核脈沖信號(hào)基線漂移的原因以及基線漂移對(duì)幅度提取的影響進(jìn)行了分析,同時(shí)比較與研究了數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中

4、基線恢復(fù)的三種方法:零面積濾波法、分段濾波法與插值逼近法,并對(duì)數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中簡(jiǎn)單、快速、有效的基線最優(yōu)化估計(jì)方法展開(kāi)研究,提出的插值逼近法可從理論上實(shí)現(xiàn)基線的最優(yōu)化估計(jì)。
　　 (4)對(duì)數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中脈沖堆積的原因、識(shí)別方法以及脈沖堆積對(duì)幅度提取的影響進(jìn)行分析與研究,通過(guò)比較脈沖間隔時(shí)間與成形參數(shù)大小關(guān)系,對(duì)脈沖的堆積識(shí)別進(jìn)行了深入的研究。
　　 (5)對(duì)數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中最優(yōu)化成形方案與最佳成形參數(shù)進(jìn)行研究,并從梯形

5、成形、三角成形以及高斯成形方案對(duì)系統(tǒng)的彈道虧損補(bǔ)償、噪聲抑制以及幅度提取等性能的影響出發(fā),對(duì)成形方案與成形參數(shù)的選擇進(jìn)行了深入的分析。
　　 (6)對(duì)測(cè)試平臺(tái)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,特別對(duì)濾波成形、基線恢復(fù)、堆積識(shí)別、計(jì)數(shù)率校正、幅度提取等功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開(kāi)了深入的分析與研究。
　　 通過(guò)對(duì)數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)的研究,得出如下創(chuàng)新性研究成果:
　　 (1)通過(guò)對(duì)數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中幾種幅度提取方法的比較與分

6、析,提出了基于濾波成形法的合成成形方法對(duì)數(shù)字核信號(hào)進(jìn)行成形處理,該方法可以實(shí)現(xiàn)任何噪聲下的數(shù)字濾波成形,而且只需通過(guò)簡(jiǎn)單地改變成形參數(shù),即可實(shí)現(xiàn)不同形狀的成形輸出。
　　 (2)通過(guò)對(duì)數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中幾種基線恢復(fù)方法的比較與分析,提出的插值逼近基線恢復(fù)法,可從理論上實(shí)現(xiàn)基線的最優(yōu)化估計(jì)。
　　 (3)搭建了一套數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試平臺(tái)。該平臺(tái)具有USB通訊功能,可實(shí)現(xiàn)數(shù)字核信號(hào)的高速傳輸,同時(shí)該平臺(tái)具有濾波成形、

7、基線恢復(fù)、堆積識(shí)別、計(jì)數(shù)率校正以及幅度提取等功能,對(duì)理論得出的最優(yōu)化數(shù)字核信號(hào)處理方案與最佳成形參數(shù)的可行性與合理性進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)測(cè)試,對(duì)同一批數(shù)據(jù),當(dāng)設(shè)定不同的梯形成形時(shí)間(18μs到50μs)時(shí),能量分辨率從210eV提升到165eV(55Fe),而脈沖計(jì)數(shù)率從8102下降到7623。同時(shí)測(cè)試平臺(tái)可采用不同的數(shù)字核信號(hào)處理方法來(lái)搭建一個(gè)多套算法的數(shù)字核信號(hào)處理系統(tǒng)。
　　 (4)研制了一套基于Si-PIN探測(cè)器的數(shù)字核譜儀系