數(shù)字化核能譜獲取系統(tǒng)的研究.pdf

1、核能譜是高能物理、核物理、重離子物理等基礎(chǔ)研究和核技術(shù)應(yīng)用常需獲取的基本且重要的核信息之一，核能譜獲取方法的改進(jìn)和新型獲取方法的研究一直是核測(cè)量領(lǐng)域一個(gè)重要研究課題。高速ADC、各種數(shù)字化器件、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和微處理器等的快速發(fā)展，為新一代數(shù)字化核能譜獲取系統(tǒng)的誕生奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。使之成為國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)課題。 根據(jù)目前常用核探測(cè)器系統(tǒng)輸出信號(hào)的特點(diǎn)，一套數(shù)字化核能譜獲取系統(tǒng)應(yīng)包括波形數(shù)字化系統(tǒng)(其中包含前端條件線路

2、、ADC線路、數(shù)據(jù)緩存和交互系統(tǒng))、數(shù)字核信號(hào)處理系統(tǒng)及結(jié)果顯示和分析系統(tǒng)。數(shù)字化核能譜獲取系統(tǒng)的研究工作包括：對(duì)探測(cè)器系統(tǒng)輸出模擬核信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的研究；核信號(hào)的處理原理和方法的研究；對(duì)數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的組成原理和方法的研究。其中數(shù)字核信號(hào)處理方法的優(yōu)劣直接影響了整個(gè)系統(tǒng)性能的好壞，因此本論文以此作為工作重點(diǎn)之一。 本論文研究并建立了核信號(hào)數(shù)值仿真的原理和算法，在MatLab7.0環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化隨機(jī)核信號(hào)發(fā)生器?？煞抡娌煌?/p>

3、能的核探測(cè)器以不同的計(jì)數(shù)率和噪聲水平輸出的數(shù)字核信號(hào)流。為開(kāi)展數(shù)字化能譜獲取系統(tǒng)的研究提供了必要的工具。 在核探測(cè)器和前置放大器獲取核信息及波形數(shù)字化系統(tǒng)將模擬核信號(hào)數(shù)字化的過(guò)程中，都不可避免地會(huì)使核信號(hào)發(fā)生畸變，影響測(cè)量結(jié)果的精度。本文將核信號(hào)獲取過(guò)程中產(chǎn)生的信號(hào)畸變分為核信號(hào)獲取中產(chǎn)生的畸變(簡(jiǎn)稱(chēng)A類(lèi)畸變)和模擬核信號(hào)數(shù)字化過(guò)程中引入的畸變(簡(jiǎn)稱(chēng)D類(lèi)畸變)。分別采用建立適當(dāng)?shù)那岸藯l件線路減小D類(lèi)畸變、建立合適的數(shù)字優(yōu)化濾波方

4、案減小A類(lèi)畸變的方法，為數(shù)字化能譜獲取系統(tǒng)的組成方法提供了一種有效模式。 在建立數(shù)字核信號(hào)處理系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)匹配濾波器具有最佳的信噪比的理論，建立了有限寬帶平頂數(shù)字匹配濾波和梯形成形濾波的數(shù)字核信號(hào)處理算法。采用先將雙指數(shù)信號(hào)經(jīng)極零補(bǔ)償成形為寬度一定的單指數(shù)信號(hào)，再對(duì)單指數(shù)信號(hào)進(jìn)行匹配濾波或梯形成形的方法，通過(guò)調(diào)節(jié)單指數(shù)信號(hào)的時(shí)間常數(shù)控制信號(hào)處理系統(tǒng)的輸出信噪比和堆積率，簡(jiǎn)化了對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的控制難度；在研制前端條件線路時(shí)，提出了一種

5、改進(jìn)的Butterworth濾波器的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)調(diào)整常規(guī)Butterworth濾波器極點(diǎn)位置，既保持其原有頻率特性又消除了核信號(hào)頂部的畸變，該裝置成功用于本文所建立的波形數(shù)字化系統(tǒng)中。討論了A類(lèi)畸變中信噪比、脈沖尾堆積與譜線展寬之間的數(shù)學(xué)關(guān)系和ADC采樣率、變換位數(shù)與D類(lèi)畸變的數(shù)學(xué)關(guān)系；建立了通過(guò)對(duì)核信號(hào)預(yù)采樣和系統(tǒng)自學(xué)習(xí)，選擇最優(yōu)化濾波方案和前端條件線路最佳參數(shù)的算法；在MatLab7.0下實(shí)現(xiàn)了最佳系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)

6、的Windows應(yīng)用軟件?？赏ㄟ^(guò)系統(tǒng)最佳參數(shù)的選擇使信號(hào)畸變對(duì)譜分辨影響最小。為系統(tǒng)最佳參數(shù)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和設(shè)計(jì)工具。 利用所建立的波形數(shù)字化系統(tǒng)，系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)配置CAD軟件和最優(yōu)化數(shù)字核信號(hào)處理方法，在Windows系統(tǒng)下組成了一套原型數(shù)字化X射線能譜獲取系統(tǒng)。為測(cè)試系統(tǒng)性能，對(duì)<'55>Fe源X射線實(shí)現(xiàn)了能譜獲取，同時(shí)與同源同探測(cè)器條件下傳統(tǒng)模擬式微機(jī)多道分析器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本論文所建立的數(shù)字化核能譜