核脉冲信号的高速采集与数字滤波成形研究

发布时间：2020-10-26 20:00

　　 核仪器仪表中核能谱分析作为核分析方法中最重要的手段之一,通过对被研究对象能谱的获取和分析可以直接或间接地获得物质的结构、组成元素的种类与含量等重要信息。并以其灵敏度高、准确性好、破坏性低等优势广泛的应用于工业、农业、医学、航天、环境、能源、国家安全等领域。能谱信息的获取需要采用核谱仪系统对核脉冲信号的幅度信息进行分析与提取,而传统的实现能谱获取功能的核谱仪,主要以电子学器件对核信号进行放大、模拟滤波成形为特点的模拟核谱仪系统。近年来,随着高速、高分辨率的ADC器件、各种数字化器件(如FPGA、DSP、CPLD等)的快速发展,为新一代高性能、数字化核谱仪系统的诞生奠定了坚实的基础。以高速ADC采样为基础,对核脉冲信号采用数字滤波成形技术为特点的全数字化核谱仪系统的实现成为现实。基于此,论文主要对数字化核谱仪系统中核脉冲信号获取与处理的以下几个问题进行了研究:(1)研发了一套基于FPGA的核脉冲信号高速采集系统。以AD9226与EP2C8为核心,设计了一套核脉冲信号高速采集系统,通过全采样与触发采样的方式,分别实现了NaI探测器对Cs-137与Co-60源、Si-PIN探测器对Fe源在5MHz、10MHz、20MHz以及50MHz下的高速采集。(2)搭建了一套核脉冲信号数字滤波成形处理平台。对核脉冲信号数字滤波成形理论进行了分析与研究,分别采用函数卷积法与数字Sallen-Key法实现核脉冲信号的梯形(三角形)成形与高斯成形。在该平台上分别对模拟仿真核信号与实际采样核信号,采取不同的滤波成形方案、不同的滤波成形参数进行成形结果与脉冲堆积识别的研究,构建了一个具有多套数字滤波成形算法的平台。(3)开展了核脉冲信号数字滤波成形方法的性能评价研究。对核脉冲数字滤波成形处理后的信号进一步进行了基线恢复,堆积识别与能谱构建等研究,在20MHz下,通过NaI探测器(测量Cs-137)、Si-PIN探测器(测量Fe)分别获取的同一批数字核脉冲信号,在相同的滤波成形参数下,分别采用梯形成形、三角成形与高斯成形进行处理,获取的γ能谱中能量分辨率与最大脉冲计数率分别为:梯形成形(7.5%,126)、三角成形(7.7%,127)、高斯成形(7.2%,123);获取的X荧光能谱中能量分辨率与最大脉冲计数率分别为:梯形成形(185eV,369)、三角成形(189eV,393)、高斯成形(183eV,346)。在相同的滤波成形方法下,采取不同的滤波成形参数,获取的能谱中滤波成形参数越大,能量分辨率越高,计数率越低。
【学位单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL81
【部分图文】：

可称为信号的成形。统中，为了更好的对核脉冲信号的幅度信息进行提取成形成不同的形状。成形方法与参数的选取会影响系积、基线恢复，进而影响能谱系统的能量分辨率等，故而需要对核脉冲信号的滤波成形方法、滤波成究信号的相关信息，滤波成形方法的选取需要考虑很冲堆积等，为了获得最佳的数字核能谱测量系统性线性，即输出幅度 A 和射线能量 E 应成正比；要求的成形宽度利于幅度提取；成形方法尽可能的简单方法主要有：梯形成形、高斯成形和三角成形，滤波

法成形的方法有以下两种[58]：换方法实现高斯成形技术实现高斯成形的方法，是先将指数衰减信号的波的线性组合来实现。以小波分析技术实现高斯成十分复杂，计算量巨大，难以保证信号处理的实时斯成形的方法可见成都理工大学刘洪虎的硕文[63]，工程的应用或商业化方面的报道并不多。allen-Key 的高斯成形器的电路模型，可得到高斯成形模型。如图 2.2 所

得到脉冲幅度表达式为：( ) e( ) ( )snTi m mU t U f t U kf tτ = = 进行 Z 变换，可得( )i mzU t Uz k= esnTτ 。的负指数信号而言，Z 变换不算复杂，但是对于实际采样的器以及放大器电路的影响，存在统计涨落及噪声，这就使得，在系统设计中常选取函数卷积法来实现对数字核信号的梯法是将输入信号经过处理后得到等腰梯形，其可以通过成形参的斜率以及平顶宽度的大小。如下图 2.3 所示。
【参考文献】

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本文编号：2857460