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、射線探測和核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中獲取的重要信息,核能譜測量技術(shù)的改進一直是重要的熱點問題。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)字信號處理技術(shù)的迅猛發(fā)展,以高速、高分辨率的ADC對輸入核信號進行采集,應(yīng)用高速數(shù)字信號處理器(DSP,FPGA,CPLD等)對脈沖幅度進行有效分析和提取為特點的數(shù)字核譜儀的實現(xiàn)已經(jīng)成為現(xiàn)實,核信號采集與處理的數(shù)字化是核譜儀發(fā)展與應(yīng)用的主流方向。
　　 盡管國內(nèi)外的相關(guān)

2、科研機構(gòu)對數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,國外的數(shù)字核譜儀已經(jīng)商業(yè)化,但國內(nèi)仍處于研究與應(yīng)用的初級階段,對波形數(shù)字化、數(shù)字濾波成形、數(shù)字基線恢復(fù)、數(shù)字堆積識別、計數(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)測試平臺。
　　 針對上述技術(shù)問題,論文主要對數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中以下幾個關(guān)鍵技術(shù)問題進行了研究:
　　 (1)調(diào)研國內(nèi)外數(shù)字核譜儀系統(tǒng)的組成,分析了影響數(shù)字核

3、譜儀性能指標的主要因素,對核脈沖信號波形的數(shù)字化過程進行研究,并對數(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,并對適合于數(shù)字核譜儀系統(tǒng)的幅度提取方法展開研究,采用合成成形法對數(shù)字核信號進行成形處理。
　　 (3)對核脈沖信號基線漂移的原因以及基線漂移對幅度提取的影響進行了分析,同時比較與研究了數(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,并對數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中簡單、快速、有效的基線最優(yōu)化估計方法展開研究,提出的插值逼近法可從理論上實現(xiàn)基線的最優(yōu)化估計。
　　 (4)對數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中脈沖堆積的原因、識別方法以及脈沖堆積對幅度提取的影響進行分析與研究,通過比較脈沖間隔時間與成形參數(shù)大小關(guān)系,對脈沖的堆積識別進行了深入的研究。
　　 (5)對數(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)進行研究,并從梯形

5、成形、三角成形以及高斯成形方案對系統(tǒng)的彈道虧損補償、噪聲抑制以及幅度提取等性能的影響出發(fā),對成形方案與成形參數(shù)的選擇進行了深入的分析。
　　 (6)對測試平臺中的關(guān)鍵技術(shù)進行研究,特別對濾波成形、基線恢復(fù)、堆積識別、計數(shù)率校正、幅度提取等功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn)展開了深入的分析與研究。
　　 通過對數(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)通過對數(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數(shù)字核信號進行成形處理,該方法可以實現(xiàn)任何噪聲下的數(shù)字濾波成形,而且只需通過簡單地改變成形參數(shù),即可實現(xiàn)不同形狀的成形輸出。
　　 (2)通過對數(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,可從理論上實現(xiàn)基線的最優(yōu)化估計。
　　 (3)搭建了一套數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)測試平臺。該平臺具有USB通訊功能,可實現(xiàn)數(shù)字核信號的高速傳輸,同時該平臺具有濾波成形、

7、基線恢復(fù)、堆積識別、計數(shù)率校正以及幅度提取等功能,對理論得出的最優(yōu)化數(shù)字核信號處理方案與最佳成形參數(shù)的可行性與合理性進行驗證。通過測試,對同一批數(shù)據(jù),當設(shè)定不同的梯形成形時間(18μs到50μs)時,能量分辨率從210eV提升到165eV(55Fe),而脈沖計數(shù)率從8102下降到7623。同時測試平臺可采用不同的數(shù)字核信號處理方法來搭建一個多套算法的數(shù)字核信號處理系統(tǒng)。
　　 (4)研制了一套基于Si-PIN探測器的數(shù)字核譜儀系