FastSDD探测器信号处理方法与流程

本发明针对在高计数率下fast SDD探测器慢成形时在全能峰前出现假峰的影响探测器能量分辨率的问题，提出了一种fast SDD探测器谱处理方法。

背景技术：

能量色散X荧光仪因其测量快速、准确、无损等优点被广泛使用，但近年来对各种元素检测的准确度和精确度要求非常高，探测器的改进方面起到了关键的作用。高性能硅漂移探测器(fast SDD)正逐渐取代硅漂移探测器(SDD)。目前性能最好的fast SDD 测量到⁵⁵Fe放射源5.9keV的谱峰，其能量分辨率达到125eV。国内也有研究院对SDD 进行制作和改进，并取得了了一定的成果。然而在有些场合下用这些探测器测量的结果仍不满足实际的要求，这就需要我们对探测器性能有所了解，针对性的进行改进。文章针对这个问题研究了fast SDD探测器谱线，主要呈阶梯状。由于探测器内部电容充放电的问题，可能导致慢脉冲成形时出现问题，将错误的脉冲记录到，影响探测器的能量分辨率。文章采用函数卷积法对探测器输出信号进行三角成形，并对不同输入信号卷积后的结果进行比较，舍弃错误的脉冲计数，提高能量分辨率。

技术实现要素：

针对fast SDD高计数率输出信号慢成形后在全能峰前出现假峰的问题，提出了一种通过三角卷积成形判断成形时间与上升时间的关系对脉冲进行处理的方法。该方法不仅可以基本消除假峰，而且可以提高fast SDD能量分辨率。Fast SDD 快成型不会出现该情况，但在该技术率情况下能量分辨率较低，不能满足实际应用的需求。针对能量为5.89keV的⁵⁵Fe能量分辨率（FWHM）快成型最好为130eV，未改进慢成形最好可达125eV,而改进后慢成形可达122eV。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案：先对采集到的原始谱线进行CR微分处理，在经过三角成形，对信号进行甄别，所述方案包括以下步骤：

A 首先采用CR微分电路将探测器输出的阶跃信号转化为负指数信号，以便后续处理；

B、由于探测器内部电容的影响，可能会引起探测器输出信号的跳变，影响探测器的能量分辨率；

C、 再通过三角成形对脉冲信号进行处理，通过算法处理选择需要的信号，舍弃错误的信号；

D、 将该算法用于谱处理，对处理前后的谱图进行比较。处理前的谱图Fe的全能峰前面除了两个逃逸峰和一个小峰，这个小峰是由于三角成形时间比实际脉冲宽度长引起的，而我们在选取成形时间时都是经过判断甄别后取得的，出现这种情况只有脉冲在下降过程中突然跳变。而处理后的谱图Fe的能量分辨率为122ev，并且系统稳定性也提高了。Fast SDD 探测器能量分辨率的提高改进了能量色散X荧光仪的检出限，为高精度元素的测量提供了有力的保障。

附图说明

图1为fast SDD探测器输出信号；

图2为信号甄别算法框图；

图3为完整脉冲信号的三角成形图；

图4为突变脉冲信号的三角成形；

图5为原始的三角成形谱图；

图6为经过处理后的三角成形谱图。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

为了消除fast SDD探测器在高计数率慢成形时产生的假峰，提高探测器的能量分辨率，提供了fast SDD探测器谱信号处理方法。

本发明所提供的一种fast SDD探测器谱信号处理方法，其特征在于，不仅可以消除元素全能峰前面出现的假峰，还能提高探测器的能量分辨率，具体步骤如下：

A、 首先采用CR微分电路将探测器输出的阶跃信号转化为负指数信号，以便后续处理；

B、 由于探测器内部电容的影响，可能会引起探测器输出信号的跳变，影响探测器的能量分辨率；

C、 再通过三角成形对脉冲信号进行处理，通过算法处理选择需要的信号，舍弃错误的信号；

D、 将该算法用于谱图处理中，对处理前后的谱图进行比较。处理前的谱图Fe的全能峰前面除了两个逃逸峰，还有一个小峰，这个峰是由于三角成形时间比实际脉冲宽度长引起的，而我们在选取成形时间时都是经过判断甄别后取得的，出现这种情况只有脉冲在下降过程中突然跳变。而处理后的谱图Fe的能量分辨率为122ev，并且系统稳定性也提高了。Fast SDD 探测器能量分辨率的提高改进了能量色散X荧光仪的检出限，为高精度元素的测量提供了有力的保障。

如图1所示，由于电容放电导致经放大输出后的信号并非完整的负指数衰减信号，这就会对梯形成形中的慢成形造成一定的影响，最后影响探测器的能量分辨率。

如图2所示，在FPGA中对处理前后的谱信号进行甄别，选出有用的脉冲信号。

图3完整脉冲信号的三角成形图，可以看出，当脉冲信号完整是，经三角成形后的信号是等腰三角形，并且脉冲幅度与原始脉冲一致。

图4为突变脉冲信号的三角成形，当脉冲信号出现跳变时，脉冲成形时间不同，成形结果也不同。如果成形时间大于脉冲跳变的时间，成形后的脉冲幅度会降低，出现这种情况时，该脉冲计数应该舍弃。

图5为原始的三角成形谱图，由图可以看出在⁵⁵Fe的全能峰前面除了两个逃逸峰，还有一个小峰，这个峰是由于三角成形时间比实际脉冲宽度长引起的。

图6为经过处理后的三角成形谱图，⁵⁵Fe的全能峰前面只有两个逃逸峰，并且探测器的能量分辨率也提高了。

本发明具有如下特点：

1、在设计方法上，首先对fast SDD探测器输出的原始信号进行微分处理，将阶跃信号转变为负指数信号。然后对转换后的信号进行三角成形处理，最后对三角成形后的信号进行甄别处理。

2、在关键技术上，采取三角成形脉冲甄别算法，使最终谱图的假峰消失，探测器能量分辨率提高。

在上述发明的实施例中，对一种fast SDD探测器信号处理方法进行了详细说明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。