一种基于相位补偿的脉冲信号峰值检测方法

文档序号:9909715阅读:1288来源:国知局
一种基于相位补偿的脉冲信号峰值检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于核辐射探测技术领域,更具体地,涉及一种对核探测输出脉冲信号进 行峰值检测的方法。
【背景技术】
[0002] 在核物理研究中,高能粒子产生的辐射中包含了大量的物理信息,通过测量辐射 能谱可以研究很多物理现象的演化情况。通常核探测器输出的脉冲信号幅度与输入粒子的 能量成正比,因此测量探测器输出脉冲信号幅值,即可得到辐射信息能谱。通过与不同探测 器组合,脉冲信号峰值检测电路配合ADC&MCU可以构成包括α射线能谱仪、X射线能谱仪、Y射 线能谱仪、康普顿散射谱仪、色谱分析仪、光谱分析仪等各型能谱分析仪器,在核科学和核 工程、材料科学、环境科学、地质、冶金、石油、生物医学等领域中都有非常广泛的应用。
[0003] 传统的脉冲信号峰值检测方法主要有以下两种:一种是通过采样保持器配合比较 器进行峰值保持和幅值检测,另一种是通过高速数字化采样配合特定算法实现脉冲信号的 峰值提取。采样保持型峰值检测电路基于脉冲信号的的采样保持、延迟和展宽,电路死时间 长,动态性能差,输入信号频率较高时误差大。此外保持电容的取值也是问题,取值太大影 响电路的动态性能;取值小则保持值下降快,影响检测精度。受制于其工作机理,采样保持 型峰值检测电路适用于处理中低频输入脉冲,检测精度不高(很难达到5%以内),难以适应 日益发展的能谱测量的精度要求。全数字化峰值提取方法虽然外围电路简单,处理速度快, 通常仅需要输入降噪滤波电路,但是为了达到较高精度,
[0004] 其需要高速ADC(输入脉冲频率百倍以上)及高性能Μ⑶,由于数据吞吐量十分大且 算法复杂,全数字化峰值提取方法若兼顾高检测精度与高时间分辨率,则成本很高。

【发明内容】

[0005] 针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于解决以上的问题。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供了一种基于相位补偿的脉冲信号峰值检测装置,其 特征在于,所述装置包括输入缓冲电路,输入滤波器、移相滤波器、迟滞比较器、阈值检测电 路、噪声抑制及相位补偿电路;
[0007] 输入脉冲信号经所述输入缓冲电路进行信号缓冲,其输出端连接到输入滤波器。 所述的输入缓冲电路提高输入阻抗,通过TVS对后级电路进行保护并截止输入脉冲的负半 波信号;
[0008] 所述的输入滤波器对缓冲后进行滤波降噪,其输出端分别连接到所述移相滤波器 和所述迟滞比较器的负输入端;
[0009] 所述移相滤波器对输入信号进行移相,其输出端分别连接到所述迟滞比较器的正 输入端和所述阈值检测电路,所述迟滞比较器利用正、负输入端的相位差进行峰值初检,并 输出初检信号;
[0010] 所述阈值检测电路检测脉冲信号,当脉冲信号到来时,其输出高电平,低于阈值的 脉冲信号将被当做噪声而忽略,所述阈值检测电路和所述迟滞比较器输出通过与门送给所 述噪声滤波电路;
[0011] 所述噪声抑制及相位补偿电路对与门输出信号进行噪声抑制并对所述初检信号 进行相位补偿,即完成峰值检测,补偿后的峰值信号正好对应于移相后信号的峰值,用于启 动ADC进行A/D转换。
[0012] 优选地,所述输入缓冲电路中包括电阻R1,二极管D2构成的负信号截止电路。
[0013]优选地,所述输入滤波器与所述移相滤波器采用通频带增益平坦的有源巴特沃思 低通滤波电路。
[0014] 优选地,所述迟滞比较器采用带正反馈网络的高速比较器。
[0015] 优选地,所述噪声抑制及补偿电路采用RC滤波配合施密特触发器的两级结构。
[0016] 本发明的另一目的在于提供了一种基于相位补偿的脉冲信号峰值检测方法,其特 征在于,所述方法包括以下步骤:
[0017] (1)输入所述脉冲信号经所述输入缓冲电路进行信号缓冲;
[0018] (2)所述输入滤波器对缓冲后信号进行滤波降噪;
[0019] (3)所述移相滤波器对经过降噪的输入信号进行移相,并对移相前、后信号的相位 差进行峰值初检,并输出初检信号;
[0020] (4)所述阈值检测电路检测移相后的脉冲信号,当脉冲信号到来时,其输出高电 平,低于阈值的脉冲信号将被当做噪声而忽略,所述阈值检测电路和所述迟滞比较器输出 通过与门送给所述噪声抑制及相位补偿电路;
[0021] (5)所述噪声抑制及相位补偿电路对与门输出信号进行噪声抑制并对所述初检信 号进行相位补偿,即完成峰值检测,补偿后的峰值信号正好对应于移相后信号的峰值,用于 启动ADC进行A/D转换。
[0022] 优选地,所述输入脉冲信号通过所述输入缓冲电路进行信号缓冲后送入输入滤波 器。
[0023]优选地,所述迟滞比较器正负输入端分别是所述移相滤波器输出和所述输入滤波 器输出,所述迟滞比较器通过正负输入端的相位差进行峰值检测。
[0024] 优选地,所述阈值检测电路输出与所述迟滞比较器输出通过与门输入后级噪声抑 制电路。
[0025] 优选地,所述噪声抑制及补偿电路通过抑制噪声产生的延迟对比较器输出信号进 行相位补偿。
[0026] 通过本发明所构思的以上技术方案,与现有技术相比,能够取得以下有益效果:
[0027] 本发明采用的设计具有较强的灵活性,可拓展性强,通过更改滤波电路类型和电 路参数即可实现对任意类型和频率的脉冲检测;电路结构简单,检测精度高,工作稳定,抗 干扰能力强,对ADC采样率和MCU性能要求低,应用该设计可有效减小能谱分析仪器设计成 本和程序设计复杂度,提高数字化能谱仪时间分辨率。
【附图说明】
[0028]图1是本发明的结构原理图;
[0029]图2是本发明总体电路图;
[0030] 图3是本发明峰值检测及相位补偿示意图。
【具体实施方式】
[0031] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对 本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并 不用于限定本发明。
[0032] 如附图1所示,一种基于相位补偿的脉冲信号峰值检测方法,主要包括输入缓冲电 路,输入滤波器,移相滤波器,迟滞比较器,阈值检测电路,噪声抑制及相位补偿电路。输入 脉冲信号经输入缓冲电路进行信号缓冲,缓冲后信号经输入滤波器进行滤波降噪,输入滤 波器的输出分别连接到移相滤波器和迟滞比较器的负输入端。移相滤波器对输入信号进行 移相,其输出连接通过电阻连接到比较器的正输入端,迟滞比较器利用正负输入端的相位 差进行峰值初检,并输出初检信号。阈值检测电路检测脉冲信号,当脉冲信号到来时,其输 出高电平,低于阈值的脉冲信号将被当做噪声而忽略,阈值检测电路和迟滞比较器输出通 过与门送给噪声滤波电路。噪声滤波电路对与门输出信号进行噪声抑制并对峰值初检信号 进行相位补偿,补偿后的峰值信号正好对应于移相后信号的峰值,用于启动ADC进行A/D转 换。
[0033]本发明的具体实现方式如附图2所示:输入脉冲信号经通过并联的TVS二极管D1, 经R1输入运放U1(AD8044)同相端,U1同相端经过反接的肖基特二极管D2接地,U1反向端连 接到其输出端构成电压跟随器对输入信号进行缓冲。
[0034] 输入滤波器主要由1]2以08044),1?2,1?3,(:1,02组成的有源低通滤波电路构成,缓冲 后脉冲信号通过R2,R3输入运放U2同相端,U2同相端并接电容C1,反向端连接到U2输出端, C2跨接在U1输出端和R2,R3之间节点。输入滤波器为二阶有源巴特沃思低通滤波电路,保证 了滤波器通频带增益平坦。
[0035]移相滤波电路结构与输入滤波器类似,输入滤波器的输出通过R4,R5输入运放U3 (AD8044)同相端,U3同相端并接电容C3,反向端连接到U3输出端,C4跨接在U3输出端和R4, R5之间节点。与输入滤波器略有不同,移相滤波电路主要对脉冲信号进行无衰减移相,因此 参数与输入滤波器不同,为了使移相滤波器对输入脉冲有足够的移相角,应使移相滤波器 的特征
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