专利名称：核信号随机特性模拟器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对核信号的随机特性进行模拟的装置。
背景技术：
由于放射性核素衰变的随机性，探测器中产生的电离、激发、光电转换及电子倍增 等也是随机的。核辐射探测器的电输出信号的随机特点，主要表现为脉冲幅度和相邻脉冲 的时间间隔的随机性。目前的核随机信号发生器将这种随机特性或者简单设计为单一的均 勻分布、高斯分布、指数分布、多项式分布及泊松分布等基本分布，或者设计为这些基本分 布的简单组合，而实际上核信号的随机特性往往较为复杂，用为数不多的基本分布加以描 述是不准确的，难以满足随机特性的灵活性和多样性要求。另外，目前的核随机信号发生器 并未对测试条件或环境——如探测器的分辨率、辐射强度、谱漂移等——加以考虑。因此， 由这些信号发生器提供给谱仪的脉冲信号其随机性是单一的，不灵活的，不逼真的。
实用新型内容本实用新型的目的在于公开一种对核信号的随机特性进行模拟的装置。该装置克 服了上述不足。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是本实用新型所涉及的一种对核信号随机特性进行模拟的装置，采用参数化模型方 法，可以方便、灵活地对放射性现场的复杂统计特性进行学习并逼真模拟；同时，也可根据 需要调整参数以满足在核放射性测量中对核信号随机特性的多样性要求一如，可通过调整 参数以模拟由探测器分辨率和辐射强度的变化以及核能谱漂移等因素带来的统计特性的变化。核信号随机特性模拟器，包括DSP处理单元、探测器、信号处理模块、多道数据采 集分析模块、电源模块、LCD显示器、键盘、计算机及多路模拟通道，所述DSP处理单元与多 道数据采集分析模块、LCD显示器、键盘、多路模拟通道相连，另外还通过SCI线与计算机相 连。所述核信号随机特性模拟器，置有探测通道，含探测器、信号处理模块、多道数据 采集分析模块，探测通道电路板与DSP主板的连接采取分离式插接。所述核信号随机特性模拟器，信号处理模块分别与多道数据采集分析模块和探测 器相连。本实用新型的有益效果是采用了高性能的DSP数字信号处理器，将控制与数值计算功能融为一体，可以实 时获取测量的数据，经高速信号处理提取核信号的脉冲幅度和相邻脉冲时间间隔的参数化 统计模型，这一过程称为学习过程；据参数化统计模型产生脉冲信号以模拟所测对象或环 境，还可以通过统计模型的参数调整以模拟由探测器分辨率和辐射强度的变化以及核能谱 漂移等因素带来的统计特性的变化，产生丰富多样的统计模型，以满足谱仪对核信号随机特性的多样化要求，同时节省了存储空间，提高了灵活性。另外，DSP的高效控制功能可以 快速地与人机接口(含液晶显示器和键盘)及计算机通讯，以便从主机下载能谱或时间间 隔统计数据，液晶显示器能实时显示能谱的统计涨落过程。在波形输出上，采用了脉冲、高 斯、指数等多通道，以满足谱仪对核信号波形多样化的要求。在结构上，采取了探测器通道 电路板与DSP主板分离的方式，方便了 Y、X荧光测量电路板的互换，也使仪器更为紧凑。
图1为本实用新型提供的核信号随机特性模拟器的模块连接原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述图1为本实用新型提供的核信号随机特性模拟器的模块连接原理图。如图中所 示，所述核信号随机特性模拟器，包括DSP处理单元、探测器、信号处理模块、多道数据采集 分析模块、电源模块、IXD显示器、键盘、计算机及多路模拟通道(含高斯、指数、矩形脉冲信 号)，所述DSP处理单元与多道数据采集分析模块、LCD显示器、键盘、多路模拟通道相连，通 过SCI线与计算机相连。所述核信号随机特性模拟器，置有探测通道，含探测器、信号处理 模块、多道数据采集分析模块，探测通道电路板与DSP主板的连接采取分离式插接。所述核 信号随机特性模拟器，信号处理模块分别与多道数据采集分析模块和探测器相连。所采用的DSP数字信号处理器为TMS320F2812，每秒1. 5亿次指令，8级流水线，56 个可编程通用输入/输出(GPIO)引脚，可达4M字的线性程序/数据地址，具有高效的数字 信号处理功能和控制功能，将控制与数值计算功能融为一体。DSP数字信号处理器与探测器 通道——即探测器、信号处理模块和多道数据采集分析模块组成的通道——相连，可以实 时获取所测对象或环境的数据——即核信号的脉冲幅度统计特性(能谱)和相邻脉冲时间 间隔的统计特性。运用高斯函数的组合对所测得的脉冲幅度统计特性(能谱)和相邻脉冲 时间间隔的统计特性建立参数化模型，这一过程为仪器的学习过程。模型参数化带来的好 处在于只用极少的参数就可以表达原始信号的统计特性，不必对测量中每一时刻的幅值 和脉冲时间间隔作记录，大大节省了存储空间(只需原始信息量的1/100)；用高斯函数的 组合抽样实现对原始信号的模拟，模拟产生的核信号的脉冲幅度统计特性(能谱)和相邻 脉冲时间间隔的统计特性得到逼真再现，同时核信号的统计涨落过程也得到逼真再现；通 过脉冲幅度统计模型的参数调整以模拟由探测器分辨率和辐射强度的变化以及核能谱漂 移等因素带来的统计特性的变化；实现了仪器对放射性对象或环境随机特性的智能化获取 与再现。DSP数字信号处理器与人机接口 IXD显示器和键盘相连。通过IXD可以显示能谱 的统计涨落过程，同时配合键盘便于参数的设置。在电路上，IXD和键盘与DSP的GPIO 口 相连。DSP数字信号处理器与多通道模拟信号输出通道相连，可以输出高斯脉冲、指数脉 冲及矩形脉冲3种信号，满足了核仪器对信号波形的多样化要求。用键盘进行波形的设置， 电路上由DSP的GPIO 口对通道选择模拟开关进行控制。脉冲输出通道采用16位高速D/A 转换器，并设有平滑滤波电路。D/A转换时，DSP根据核信号的脉冲幅度和相邻脉冲时间间隔的统计特性模型随机产生脉冲幅度和脉冲间隔时间，再由所设置的脉冲波形计算每次D/A转换的输入数字量，并通过DSP芯片事件管理器(EV)对D/A转换进行控制，转换后的模拟 信号经平滑滤波电路后输送出。DSP数字信号处理器与计算机相连。通过计算机上的分析软件可对数据作进一步 的处理，同时也可将计算机上已有的脉冲幅度和相邻脉冲时间间隔的统计特性数据下载到 本核信号随机特性模拟器的存储器中，以作学习或模拟随机特性使用。在电路连接上，DSP 处理器的SCI串行通讯线通过MAX232芯片转换后与计算机相连。为了获取所测对象或环境的核辐射数据(这一过程为学习过程)，本实用新型提 供的核信号随机特性模拟器还设置有探测器通道。在结构上，采用了分离式的Y射线测量 电路板和X射线测量电路板，即在进行Y射线测量时，将Y射线电路板与DSP主板进行 插接；同理，在进行χ射线测量时，将χ射线电路板与DSP主板进行插接。采用这样的结构 使得仪器更为紧凑，也方便了探测通道的单独开发，提高了互换性。在进行能谱测量时，由 于射线与物质的相互作用会发生电磁辐射，通过探测器把这个电磁辐射转换为微弱的电信 号，电信号通过后续电路进行整型放大，使之成为电脉冲信号后进入多道数据采集分析模 块。多道数据采集分析模块在DSP处理器的控制下进行工作，把不同幅度的模拟信号转换 为对应的数字信号，即道址，并记录脉冲数，以形成核信号的能谱，即脉冲幅度随机特性；同 时，DSP处理器对脉冲间隔时间作量化，转换为数字量并进行统计，以形成核信号的时间随 机特性。接下来，DSP就可对所获得的脉冲幅度及时间间隔随机特性曲线-即统计分布曲 线_建立高斯组合参数化统计模型，完成一次(信息)数据搜集。另外，本实用新型还采用了电源管理模块，降低了功耗，便于便携操作。本实施方案克服了目前核随机信号发生器产生的脉冲信号随机性单一、不灵活及 不逼真的局限，可以通过学习功能现场获取实际信号的随机特性，并对随机特性建立参数 化模型。通过模型产生随机信号以再现原放射现场，也可通过参数调整灵活地模拟不同环 境和测量条件。可以通过计算机将已有的数据下载到仪器中，以供仪器形成参数化模型库。虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域普通技术人员在所附权 利要求的范围内不需要创作性劳动就能作出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。
权利要求核信号随机特性模拟器，其特征在于包括DSP处理单元、探测器、信号处理模块、多道数据采集分析模块、电源模块、LCD显示器、键盘、计算机及多路模拟通道，所述DSP处理单元与多道数据采集分析模块、LCD显示器、键盘、多路模拟通道相连，另外还通过SCI线与计算机相连。
2.根据权利要求1所述的核信号随机特性模拟器，其特征在于置有探测通道，含探测 器、信号处理模块、多道数据采集分析模块，探测通道电路板与DSP主板的连接采取分离式 插接。
3.根据权利要求1所述的核信号随机特性模拟器，其特征在于信号处理模块分别与 多道数据采集分析模块和探测器相连。
专利摘要本实用新型公开了一种核信号随机特性模拟器，包括DSP处理单元、探测器、信号处理模块、多道数据采集分析模块、电源模块、LCD显示器、键盘、计算机及多路模拟通道；所述DSP处理单元与多道数据采集分析模块、LCD显示器、键盘、多路模拟通道相连，另外还通过SCI线与计算机相连；所述信号处理模块分别与多道数据采集分析模块和探测器相连。该模拟器采用参数化模型方法，可以方便、灵活地对放射性现场的核信号随机特性进行学习并逼真模拟；同时，也可根据需要调整参数以满足在核放射性测量中对核信号随机特性多样化的要求。
文档编号G01T1/36GK201622351SQ20092024332
公开日2010年11月3日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者丁卫撑, 刘念聪, 刘易, 周伟, 方方, 王敏, 王超, 阎萍, 黄洪全, 龚迪琛 申请人:成都理工大学