一种数字化核脉冲触发系统的制作方法

[0001]
本发明属于核仪器仪表和核辐射探测领域，具体涉及一种数字化核脉冲触发系统。


背景技术：

[0002]
核脉冲触发系统是脉冲计数型和能谱测量型核仪器中，必备的关键单元。核脉冲触发系统可以探测核信号抵达的时刻，对核仪器内部的信号处理状态转换具有决定性作用。脉冲计数型仪器，触发后系统开始一次计数工作。能谱测量型仪器，触发后系统开始进行幅度获取、基线扣除、道址计数累加等操作。
[0003]
目前多采用阈值比较法和过零比较法。阈值比较法，是当输入信号超过设定的阈值后完成触发。该方法的缺点是触发时刻严重依赖于信号的幅度和基线的变化。如果信号幅度变化较大，那么信号的触发时刻也相差较大。对于能谱测量系统，信号幅值采集时刻取决于触发时刻，如果触发时刻不准确，将会时能谱的分辨率下降。如果信号的基线变化较大，就必须要求阈值跟随基线变化，会增加系统设计的复杂度，否则会引发错误触发或漏触发。过零比较法信号幅度和基线的影响，触发时刻的稳定性大大提高。但是过零点受闪烁探测器的衰减时间、信号链的分布电容影响。闪烁探测器的衰减时间严重依赖于与晶体的类型和温度。例如nai(tl)和csi(tl)在常温下的衰减时间常数分别为0.23us和1us。温度变化范围超过～30℃～60℃，nai(tl)晶体衰减时间常数的范围约为200ns～650ns。信号链的分布电容受使用条件和时间的影响，也会发生变化。


技术实现要素：

[0004]
为了解决上述技术问题，本发明的提供一种数字化核脉冲触发系统，该系统可以消除基线、脉冲幅度、晶体衰减时间、信号链的分布电容等影响，提升了数字化核脉冲触发系统的工作性能。
[0005]
为了达到上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：
[0006]
一种数字化核脉冲触发系统，包括闪烁体探头、模拟调节电路、第一指数成形逆卷积器、cr
2-rc滤波器、参数调节器、第二指数成形逆卷积器和过零探测器；所述闪烁体探头的输出端连接所述模拟调节电路的输入端；所述模拟调节电路的输出端连接所述第一指数成形逆卷积器的输入端；所述第一指数成形逆卷积器的输出端连接所述cr
2-rc滤波器的输入端；所述cr
2-rc滤波器的输出端同属连接所述参数调节器的输入端和所述第二指数成形逆卷积器的输入端；所述参数调节器的输出端连接所述第二指数成形逆卷积器的输入端；所述第二指数成形逆卷积器的输出端同时连接所述参数调节器的输入端和所述过零探测器的输入端。
[0007]
进一步的，所述第一指数成形逆卷积器、cr
2-rc滤波器、参数调节器、第二指数成形逆卷积器和过零探测器均分布在同一fpga芯片中。
[0008]
进一步的，所述模拟调节电路用于将所述闪烁体探头的输出信号转化为双指数信
号v
[n]
。
[0009]
进一步的，所述第一指数成形逆卷积器用于将所述双指数信号v
[n]
转化为权重化冲击脉冲信号q
[n]
。
[0010]
进一步的，所述cr
2-rc滤波器用于消除所述权重化冲击脉冲信号q
[n]
的基线，形成双极性信号s
[n]
。
[0011]
进一步的，所述cr
2-rc滤波器包括2级延迟减法器和1级累加器，传输函数h
(t)
具有宽度为t的正极性半周和宽度为t的负极性半周。
[0012]
进一步的，所述参数调节器用于采用渐进式调节计算出所述第二指数成形逆卷积器的需要的指数校正参数d
τ0
，基于所述指数校正参数d
τ0
对所述双极性信号s
[n]
经由所述第二指数成形逆卷积器的转化结果信号进行校正，得到正负极性波形对称的良好信号r
[n]
；
[0013]
其中：所述参数调节器的正负极性波形对称，过零点取决于所述cr
2-rc滤波器的正负极性区域宽度。
[0014]
进一步的，所述指数校正参数d
τ0
的计算方法包括以下步骤：
[0015]
1)将所述参数调节器的参数d
τ00
初始化为0；
[0016]
2)当所述权重化冲击脉冲信号q
[n]
的极大值与所述权重化冲击脉冲信号q
[n]
的极小值之比大于1时，所述d
τ00
增加1；
[0017]
3)循环所述步骤2)d
τ0-1次，直到所述权重化冲击脉冲信号q
[n]
的极大值与所述权重化冲击脉冲信号q
[n]
的极小值的比值小于1.01时，获得所述需要的指数校正参数d
τ0
。
[0018]
进一步的，所述过零探测器用于对良好信号r
[n]
采用过零探测的方式，在过零点产生一个持续一个时钟周期的脉冲信号，所述持续一个时钟周期的脉冲信号为所述数字化核脉冲触发系统输出的触发信号。
附图说明
[0019]
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0020]
图1数字化核脉冲触发系统的实现框架图。
[0021]
图2cr
2-rc滤波器传输函数波形图。
[0022]
图3cr
2-rc滤波器输出波形图。
[0023]
图4参数调节器校正流程。
[0024]
图5参数校正过程波形变化。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
[0026]
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可
以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0027]
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0028]
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0029]
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
[0030]
本公开实施例提供一种数字化核脉冲触发系统。
[0031]
如图1-图5所示，本实施例的一种数字化核脉冲触发系统包括闪烁体探头、模拟调节电路、第一指数成形逆卷积器、cr
2-rc滤波器、参数调节器、第二指数成形逆卷积器和过零探测器。具体信号处理过程如下：
[0032]
闪烁体探头s101输出信号通过模拟调节电路s102处理后形成双指数信号v
[n]
并输入至fpga芯片s112，在fpga内进行数字化信号处理。双指数信号v
[n]
描述为式1。
[0033][0034]
其中：a是信号幅度；t
s
是模拟调节电路s102中数模转换芯片的采样间隔；τ
rc
是前置放大器的时间常数；τ
0
闪烁体衰减时间和信号链的分布电容引起的等效时间常数，其中τ
rc
>>τ
0
。b
[n]
为线性变化的基线，一般变化较缓慢。式1中的相关参数后续出现，均表示相同含义，不再说明。
[0035]
根据文献v.t.jordanov,nucl.instrum.methods phys.res.a,805:63-712016，第一指数成形逆卷积器s104和第二指数成形逆卷积器s109可将双指数信号处理成权重化冲击脉冲信号。第一指数成形逆卷积器s104的输入的双指数信号v
[n]
s103与输出的权重化冲击脉冲信号q
[n]
s105关系见式2和式3。
[0036]
q
[n]
＝v
[n]-d*v
[n-1]
ꢀꢀ
2
[0037][0038]
变量d定义为指数校正参数。
[0039]
双指数信号v
[n]
s103经过第一指数成形逆卷积器s104处理后，q
[n]
s105已经不包含前置放大器的时间常数τ
rc
，权重化冲击脉冲信号q
[n]
s105可以表示为式4。
[0040]
[0041]
其中a
’
表示信号的幅度。b
′
[n]
表示新基线，与b
[n]
比较仅幅度发生变化。
[0042]
cr
2-rc滤波器s106的传输函数h
t
s202可用5～6式描述，波形图见图2。该滤波器的积分面积为零，权重化冲击脉冲信号q
[n]
s105的线性基线经过该滤波器后变为零，即基线被“消除”。
[0043]
h
(t)
＝b
(t)-b
(t-t)
ꢀꢀ
5
[0044][0045]
参数t表示，cr
2-rc滤波器s106的正负极性区域宽度。
[0046]
权重化冲击脉冲信号q
[n]
s105经过cr
2-rc滤波器s106处理后的输出双极性信号s
[n]
s107，其处理过程可用式7～式9描述。
[0047][0048][0049]
s
[n]
＝p
[n]-p
[n-t]
ꢀꢀ
9
[0050]
其中“*”表示卷积操作。为了描述方便，部分信号采用连续信号进行描述。s
[n]
s107、p
[n]
s301的波形图见图3。
[0051]
信号p
[n]
的特征是指数积分上升，时间为t后按指数进行下降。双极性信号s
[n]
s107的过零点受指数拖尾的影响会向右移动。过零点依赖于时间常数τ
0
。负极性的极值幅度也会减小，小于正极性极值。
[0052]
双极性信号s
[n]
s107经过第二指数成形逆卷积器s109处理，可以消除信号中双指数信号成分的影响。输出的良好信号r
[n]
s111的波形与cr
2-rc滤波器s106的传输函数h
t
s202的波形一致，过零点仅由参数t决定。
[0053]
参数调节器s108可以计算第二指数成形逆卷积器s109的需要的指数校正参数d
τ0
。采用图4所示的步骤图进行计算。图5示意了计算过程中，良好信号r
[n]
s111的波形变化。
[0054]
步骤s401初始化参数。步骤s402采用上升沿触发方式，对脉冲进行预触发。步骤s403寻找双极性信号s
[n]
s107的极大值，记为a
1
。步骤s404寻找双极性信号s
[n]
s107的极小值，记为a
2
。步骤s405计算两个极值的比值r。步骤s406如果比值r小于设定的阈值1.01(即两个极值的相对差值在1％内)，说明校正良好，进入步骤s407对n进行增1操作；如果r较大，进入步骤s409，对n进行归零，参数d增1。步骤s408中如果n满足需要确认的次数，则结束计算过程，输出参数d。该参数应用于第二指数成形逆卷积器s109，可将双极性信号s
[n]
s107校正为良好信号r
[n]
s111。
[0055]
过零探测器s110，在采用过零探测方法，在过零点产生一个脉冲信号s113，持续一个时钟周期。该信号为数字化核脉冲触发器输出的触发信号。
[0056]
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。