核脉冲信号数字成形方法研究与性能分析

发布时间：2020-04-06 10:57

【摘要】：核能谱测量分析作为核物理及粒子物理研究中重要的研究手段之一,其技术的改进一直是核电子学研究领域中的热点。传统的模拟电路中的滤波成形技术在噪声抑制、基线恢复等方面有所欠缺,过多的硬件电路也导致系统稳定性不高。随着高速集成电路、高分辨率、高速采样ADC及数字信号处理器等数字化元件的发展,核脉冲信号的数字处理技术逐渐成为核谱仪系统设计的热点研究问题。本文在调研了国内外数字成形理论及算法的发展历程与研究现状的基础上,分析了数字化核谱仪测量系统能量分辨率的主要因素,选取核脉冲信号的数字梯形成形、三角成形、高斯成形作为主要研究对象。论文对核脉冲信号的数字成形方法的设计与实现进行了研究,取得如下成果:(1)推导并建立了不同数字成形算法的数值递推模型。采用Z变换法和函数卷积法推导出数字梯形(三角)成形算法的传递函数;通过基尔霍夫电流定律对Sallen-Key与CR-(RC)~m的电路进行了分析,建立了高斯成形的数值递推模型。(2)实现了不同递推模型下的数字成形。基于MATLAB平台构建了各数值递推模型,完成了仿真核信号、实际采样核信号的数字成形处理,并对不同成形方案、成形参数下的成形结果进行了对比分析与评价。根据不同数字成形模型所获得能谱的峰面积和能量分辨率等综合特性,获取了最佳数字成形方案和成形参数选取依据,验证了各数值模型的正确性与合理性。(3)评价了数字滤波成形算法的性能。将Z域下的传递函数经傅里叶变换得到频域下的幅频响应函数,研究不同成形参数下各算法的滤波效果;对采样频率为20MHz下采集的~(137)Cs的γ射线、~(55)Fe的特征X射线分别采取相同成形参数不同方案、相同成形方案不同成形参数进行性能分析,得到了各成形方案中的峰面积和能量分辨率。基于上述研究成果表明所建立的数字成形模型均可有效实现核脉冲信号的成形处理,综合分析不同成形方案,不同成形参数下所获得的能谱信息,三角成形具有更好的峰面积,高斯成形具有更好地能量分辨率特性,而梯形成形兼顾能量分辨率与峰面积。所得出的最佳成形方案和成形参数可以为本领域的后续研究和核仪器的数字化提供一定的参考。
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL822.6

【参考文献】