数字化核辐射能量信号处理

为了减小外界噪音、数据信号积累以及基线误差等会对能谱检测的各种影响，增大工，作系统的分辨率，核谱仪脉冲数据信号的有效处理运行，需要满足如下基本规定:体系具备优良的线性；脉冲数据信号的顶部平坦、宽度较小、不会产生反向下冲以及稳定改变的下端；处理方式应该尽可能简单、有效、快速，同时参数可以调节。上述数字信号的处理过程示于图2-2。图2-2数字化核辐射能量信号处理功能框图2.3.1极零识别和极零补偿由探测器经电阻反馈式前放输出的信号可表示为//()()frttivtuee（2-1）式中：f和r分别为探测器传输数据信号的慢性指数部分以及快性指数部探测器前放ADC数采卡极零识别基线扣除极零补偿低通滤波FIR滤波及幅度分析能谱获取及处理单元分的时间系数；u是数据信号的有效幅度。把上式（1）中的信号幅度统一之后，完成z的转化：121112()(1)(1)iAAvzpzpz（2-2）在上式里：1fTpe，2rTpe，T是Z变化来的样品周期；1A与2A依次代表了两式里的增益指数。所以，选用Steiglite-McBride运算方式（也被称之为S-M算法）开展极零指数评估。用S-M算法处理具有较高的精度，特别是对以白噪声为主的线性时不变系统关于参数估计方面。在极零补偿时，如式（2-3）所示的IIR（Infinityimpulseresponse）滤波器，去掉数据信号中已有的极点1p与2p，同时为它们补充上新的极点p，，令数据信号转化为衰减型信号，所以，充分降低了脉冲积累并且提升了能量分辨率，如下：11121(1)(1)()(1)pzpzHzpz（2-3）在上式里：Tpe，指的是成形之后数据信号衰减的时间系数。在通过长时间的持续检测工作之后，还需要追踪系统零点的移动范围，针对极零补偿的指数展开实时调整完善。2.3.2低通滤波：为了充分降低数据信号里的附加的高频噪音，需要使用最小二乘平移法完成针对数据信号的滤波作用，如下：11,,0()kmkkjmjkjmjjkjyNCyCy（2-4）在上式里：y是滤波处理之后的数据，下标是数据排序；N是归一化系数，（2k+1）是平滑数目；C为每点的权重因子。当平滑点数21wk时，式（4）中的,kjkCN可由下式计算：2,221151[1()]412kjkCwjNww（2-5）2.3.3基线的估计及扣除：通常来说，核事件的产生时间具有概率性，数据信号和数据信号之间非常有可能会产生时间间隔很久的突发状况。在无核事件产生的时候，需要针对多种数据展开采样处理，并且采用下式（2-6），完成IIR滤波设备的基线数据收集作业。通过下式（2-6）操作之后，基线值可以由下式（2-7）进行表达，如：11()11BNHzNZN（2-6）111NnnNBBBNN（2-7）上式（2-6）里的1/N是靠近数据信号的权重系数，上式（2-7）里的nB是第n组采样数据，nB是通过上式（2-6）滤波处理之后的第n点基线大小。当收集到核辐射能量数据信号的时候，就需要在数据里去掉根据上式（2-7）所得的基线值。假如两个数据信号产生的时间间隔太小，不能有效收集到各类基线数据信息，就需要将两个数据信号作为一个数据信号，使用同一个基线值进行运算处理。2.3.4脉冲成形及幅度分析：通过上述运算处理之后的数据信号，表示如下：()tvte（2-8）在这个时候，数据信号频带里依然存在各种噪音。按照最优化滤波原理以及去除弹道损耗的需求，要求数据信号转化为梯形波，而且数据信号的振幅需要维持在一定范围之内，方便之后处理统计。针对上述要求，推出了下式（2-9）型FIR滤波设备。把下式（2-9）表达FIR滤波设备和上式（2-8）提供的信号展开卷积运算，可以获得下式（2-11）运算结果。TtTtTTtttTtAAtAth220000（2-9）thtvtv0（2-10）TtTtTTttttTAAtAtv2200020220（2-11）式（2-9）和式（2-11）里的T指的是梯形的底部宽度，成形处理之后的波形的总宽度是2T，幅度大小是2A，A指的是幅度实际增益。的数值在进行极零补偿的时候，推算可知。假如T=0，那么能够获得一个三角形。3合成成形原理与方法3.1数字核信号幅度分析与提取数字核谱仪系统的至关重要的环节是数字核信号处理，而信号处理的最终目的就是可以有效、完整、迅速提取到能够表示辐射能量数据信息的发射信号的幅度大小，针对脉冲幅度的研究和分析，在电子核谱仪体系里，通常采用如下几种手段：直接比较法曲线拟合法滤波成形法。详细如下图3-1所示：图3-1数字核信号幅度分析与提取方法示意图在不同的工作情形或者不同的检测要求，可以选用上述三种处理模式针对核脉冲数据信号的振幅展开研究和分析，针对第一类直接比较法，过去常见的核谱仪都是运用这类方式，采用核谱仪体系里的硬件设备的方式完成数据脉冲的滤波处理、基线调整、堆积判断以及信号采样等，尤其是信号采样作业可以保障电路对脉冲峰值具有一定的扩展作用，所以在采样频率比较低的条件下，能够有效地收集到脉冲振幅的最高值。但是在数字型核谱仪体系里，因为ADC中没有或只设有简单的滤波过滤电路，并且去除了峰值收集工作电路，令工作系统必须使用高效、高准确率的ADC，针对数据信号开展收集作业。当ADC前部的脉冲数据信号维持时间很长，或者是ADC的收集频率非常大，或者是检测体系针对测试结果的要求较低的时候，才可以使用这种方式完成脉冲幅度的收集。正是由于直接比较法相对来说，操作较为简单、方便，同时完成技术也比较成熟，因此这类方式常常应用在一些相对容易的核谱仪体系里。前端信号ADC直接比较法曲线拟合法滤波成形法数字核信号幅度分析与提取方法