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数字化核能谱获取系统的研究
核能谱是高能物理、核物理、重离子物理等基础研究和核技术应用常需获取的基本且重要的核信息之一,核能谱获取方法的改进和新型获取方法的研究一直是核测量领域一个重要研究课题。高速ADC、各种数字化器件、实时操作系统和微处理器等的快速发展,为新一代数字化核能谱获取系统的诞生奠定了坚实的基础。使之成为国内外相关领域关注的一个热点课题。 根据目前常用核探测器系统输出信号的特点,一套数字化核能谱获取系统应包括波形数字化系统(其中包含前端条件线路、ADC线路、数据缓存和交互系统)、数字核信号处理系统及结果显示和分析系统。数字化核能谱...
核能谱是高能物理、核物理、重离子物理等基础研究和核技术应用常需获取的基本且重要的核信息之一,核能谱获取方法的改进和新型获取方法的研究一直是核测量领域一个重要研究课题。高速ADC、各种数字化器件、实时操作系统和微处理器等的快速发展,为新一代数字化核能谱获取系统的诞生奠定了坚实的基础。使之成为国内外相关领域关注的一个热点课题。 根据目前常用核探测器系统输出信号的特点,一套数字化核能谱获取系统应包括波形数字化系统(其中包含前端条件线路、ADC线路、数据缓存和交互系统)、数字核信号处理系统及结果显示和分析系统。数字化核能谱获取系统的研究工作包括:对探测器系统输出模拟核信号实现数字化的研究;核信号的处理原理和方法的研究;对数字化测量系统的组成原理和方法的研究。其中数字核信号处理方法的优劣直接影响了整个系统性能的好坏,因此本论文以此作为工作重点之一。 本论文研究并建立了核信号数值仿真的原理和算法,在MatLab7.0环境下实现了数字化随机核信号发生器。可仿真不同性能的核探测器以不同的计数率和噪声水平输出的数字核信号流。为开展数字化能谱获取系统的研究提供了必要的工具。 在核探测器和前置放大器获取核信息及波形数字化系统将模拟核信号数字化的过程中,都不可避免地会使核信号发生畸变,影响测量结果的精度。本文将核信号获取过程中产生的信号畸变分为核信号获取中产生的畸变(简称A类畸变)和模拟核信号数字化过程中引入的畸变(简称D类畸变)。分别采用建立适当的前端条件线路减小D类畸变、建立合适的数字优化滤波方案减小A类畸变的方法,为数字化能谱获取系统的组成方法提供了一种有效模式。 在建立数字核信号处理系统时,根据匹配滤波器具有最佳的信噪比的理论,建立了有限宽带平顶数字匹配滤波和梯形成形滤波的数字核信号处理算法。采用先将双指数信号经极零补偿成形为宽度一定的单指数信号,再对单指数信号进行匹配滤波或梯形成形的方法,通过调节单指数信号的时间常数控制信号处理系统的输出信噪比和堆积率,简化了对系统参数的控制难度;在研制前端条件线路时,提出了一种改进的Butterworth滤波器的设计方法,通过调整常规Butterworth滤波器极点位置,既保持其原有频率特性又消除了核信号顶部的畸变,该装置成功用于本文所建立的波形数字化系统中。讨论了A类畸变中信噪比、脉冲尾堆积与谱线展宽之间的数学关系和ADC采样率、变换位数与D类畸变的数学关系;建立了通过对核信号预采样和系统自学习,选择最优化滤波方案和前端条件线路最佳参数的算法;在MatLab7.0下实现了最佳系统参数计算机辅助设计(CAD)的Windows应用软件。可通过系统最佳参数的选择使信号畸变对谱分辨影响最小。为系统最佳参数设计提供了理论依据和设计工具。 利用所建立的波形数字化系统,系统最优参数配置CAD软件和最优化数字核信号处理方法,在Windows系统下组成了一套原型数字化X射线能谱获取系统。为测试系统性能,对<'55>Fe源X射线实现了能谱获取,同时与同源同探测器条件下传统模拟式微机多道分析器的测量结果进行比较。实验结果表明,本论文所建立的数字化核能谱获取系统除结构简洁外在能量分辨率上也有明显优势。
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作者: 张软玉
学科专业: 核技术及应用
授予学位: 博士
学位授予单位: 四川大学
导师姓名: 李泰华
学位年度: 2006
语 种: chi
分类号: TL822.6
在线出版日期: 2007年8月7日