专利名称：一种嘎玛射线探测仪的波形甄别方法
技术领域：
本发明涉及测量领域，尤其是涉及γ(嘎玛)射线探测仪的波形甄别方法。
目前，γ射线探测仪的波形甄别方法广泛应用于地质勘探、高空测量以及核爆炸的探测中，该方法的目的是分辨不同的粒子在同一种探测器中产生的不同的输出信号，如nγ(中子、光子)的分辨；或同种粒子在不同探测器中所产生的输出信号，例如由NaI和CsI构成的复合晶体探测器在同一个光电倍增管中所产生的输出信号，以判断在输出信号中是否包含CsI所产生的信号。传统的γ射线探测仪的波形甄别方法是先测量出探测器输出的脉冲波形峰顶的值，然后测量脉冲波形上升段上二点的时间间隔，通常一点对应峰值的10％，另一点对应峰值的90％，对上述两点的时间差范围内的信号进行采样，用以确定信号中是否含有CsI的信号成分。上述方法的缺点在于①由于传统方法认为在信号上升沿信号峰值10％到90％的范围已经包含了几乎所有CsI的信号信息，而事实上上述范围只包含了CsI信号信息的一部分，因此，在上述范围内采样确定CsI信号成分必然导致信号的甄别效率和分辨率较低；②上述信号范围所处理的时间范围很小，约为100ns，因此传统方法要求电子器件的速度要很快，这导致了应用该方法的波形甄别器的高成本、高功耗和低可靠性。
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种信号甄别效率高、对电子器件性能要求低的γ射线探测仪的波形甄别方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种嘎玛射线探测仪的波形甄别方法，该方法包括以下步骤(1)对γ射线探测器输出的原始波形信号的幅度进行跟踪保持，并将γ射线探测器输出的原始波形信号延迟，最小延迟时间大于跟踪保持单元的响应时间；(2)在已经延迟的原始波形信号的前沿取一点，该点的值为为原始波形信号峰值的a％，再在已经延迟的原始波形信号的后沿取一点，该点的值为原始波形信号峰值的b％，调整a和b的值，使两点间的波形为信号最敏感的区域，之后，固定a和b的值；其中，0＜a＜100,0＜b＜100；(3)计算上述步骤(2)所确定两点之间波形的时间差；(4)将上述步骤(3)确定的时间差数字化后与预设值相比较，得出信号中是否含有CsI探测器的输出成分。
由上述本发明的技术方案可以看出，由于本发明采用在原始波形信号的前沿取一点，在原始波形信号的后沿取一点，通过调整上述两点间的值，使两点间的波形为信号最敏感的区域，再在上述区域中采样以甄别不同信号的方法，使得在被采样的信号波形中比传统采样信号波形中包含更多的信息熵，因此使用本发明的方法将大大提高应用该方法的波形甄别器的效率和分辨率。同时，由于本发明采样时间差远大于传统方法的采样时间差，使得本发明的方法对应用该方法的电路部件的时间特性要求较低，因此可以减小应用该方法的整体设备的成本、功耗、体积和重量。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明方法的流程示意图；图2是本发明采用的NaI和CsI复合晶体探测器的原理图；图3是NaI和CsI复合晶体探测器输出的归一化的电压随时间变化的波形图；图4是NaI和CsI复合晶体探测器受γ射线激励后发出的光子流转换为电流后随时间变化的波形图；图5是本发明的仿真结果图。
首先参考图3。图3的横坐标为时间，以NaI的特征时间为单位，纵坐标为归一化的电压幅度。在传统的γ射线探测仪的波形甄别方法中，采用的探测器为由NaI和CsI构成的复合晶体探测器，参考图2。传统方法通常先测量出探测器输出的脉冲波形峰顶的值，然后测量脉冲波形上升段上二点的时间间隔，一点对应峰值的10％，另一点对应峰值的90％，例如图3中的t1和t9二点，用Δt=t9-t1作为判断标准，用以进行信号的甄别。之所以在信号的上升沿上截取t1和t9是由于通过示波器等测量仪器直接观察到的波形只有图3所示的电压脉冲波形，而不同的电压脉冲波形最显著的特点就是波形前沿的变化率较大，由此，在本领域长期以来形成了认为信号波形的前沿包含了几乎所有CsI信息的认识，形成了“前沿甄别”这一传统的习惯做法。
当NaI和CsI复合晶体探测器受到γ射线的激励而发光，参考图4，这种随时间变化的光电子流在光电管的阴极变成同样形状的电流，该电流在前置放大器的输入端被积分，形成图3所示的电压波形。i(t)是图4中的波形取归一化的值，如果将信息熵定义为 其中tn=t3或t9。通过上式容易得出，从t1到t3的电流I所对应的熵大于从t1到t9所对应的熵。因此，对于同样的信息量，从t1到t3的电流易于确定。同时，由于t3-t1=N(t9-t1)，即从t3到t1之间的时间差是t9到t1之间的时间差的多倍，因此，本发明的方法不需要使用高速电子器件，与使用传统方法相比，应用本发明的γ射线探测仪的成本、功耗、体积等会大为下降，探测精度和效率大为提高。
在具体实现本发明时，参考图1，首先执行步骤1，对γ射线探测器输出的原始波形信号的幅度进行跟踪保持，并将γ射线探测器输出的原始波形信号延迟，最小延迟时间大于跟踪保持单元的响应时间；在步骤2，在已经延迟的原始波形信号的前沿取一点，该点的值为为原始波形信号峰值的a％，再在已经延迟的原始波形信号的后沿取一点，该点的值为原始波形信号峰值的b％，调整a和b的值，使两点间的波形为信号最敏感的区域之后，固定a和b的值；其中，a和b的取值范围分别为0＜a＜100,0＜b＜100；在步骤3，计算上述步骤2所确定两点之间波形的时间差；在步骤4，将上述步骤3确定的时间差数字化后与预设值相比较，得出信号中是否含有CsI探测器的输出成分。
在上述实现本发明的过程中，所述a的典型值为10，b的典型值为30。
对本发明用蒙特卡洛计算模拟从γ射线入射到前置放大器的整个输出过程，结果如图5所示。图中横坐标为Δt，对于同一个Δt，前后沿甄别所取的值为是前沿甄别的3倍；纵坐标为甄别率，以n1记NaI所测到的γ射线光子数，n2记NaI与CsI同时记到的光子数，n0=n1+n2，效率为η=(n1/n2)/(n1/n0)。很显然，用本发明的方法，大大优于传统的方法。
权利要求
1.一种嘎玛射线探测仪的波形甄别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)对γ射线探测器输出的原始波形信号的幅度进行跟踪保持，并将γ射线探测器输出的原始波形信号延迟，最小延迟时间大于跟踪保持单元的响应时间；(2)在已经延迟的原始波形信号的前沿取一点，该点的值为原始波形信号峰值的a％，再在已经延迟的原始波形信号的后沿取一点，该点的值为原始波形信号峰值的b％，调整a和b的值，使两点间的波形为信号最敏感的区域，之后，固定a和b的值；其中，0＜a＜100,0＜b＜100；(3)计算上述步骤(2)所确定两点之间波形的时间差；(4)将上述步骤(3)确定的时间差数字化后与预设值相比较，得出信号中是否含有CsI探测器的输出成分。
2.根据权利要求1所述的嘎玛射线探测仪的波形甄别方法，其特征在于所述a的值为10，b的值为30。
全文摘要
本发明公开了一种嘎玛射线探测仪的波形甄别方法,该方法通过在探测器输出的原始波形信号的前沿和后沿选取信号采集点,通过调整上述两点的值,使两点间的波形为信号最敏感的区域,再在上述区域中采样以甄别不同信号的方法,大大提高了应用该方法的波形甄别器的效率和分辨率,同时,降低了使用该方法的电路部件的时间特性要求,减小了应用该方法的γ射线探测仪整体设备的成本、功耗、体积和重量。
文档编号G01T1/202GK1297157SQ0013584
公开日2001年5月30日 申请日期2000年12月22日 优先权日2000年12月22日
发明者吴枚, 王焕玉, 李延国, 张承模, 张俊逸, 吴伯冰 申请人:中国科学院高能物理研究所