[发明专利]基于数字化波形实时甄别α/γ混合辐射场粒子的方法

说明书

技术领域

本发明属于核辐射测量和粒子测量技术领域，可用于α/γ混合辐射场的粒子实时分辨。

背景技术

α/γ射线入射到CsI(Tl)闪烁探测器上，形成的光电脉冲信号形状不同，波形甄别是根据信号形状的差异来判别入射粒子种类的核物理诊断技术，在暗物质探测、中微子探测、深空探测及核反应微分截面测量中有重要应用。

传统方式的波形甄别基于模拟电子技术，需要专用的核仪器插件或采用微机自动测量和控制系统，虽能实现实时甄别，但仪器复杂、系统庞大、脉冲计数率低、稳定性差，且甄别方法单一。

数字技术的发展为波形甄别开辟了崭新空间，基于数字化的思想，首先对探测器信号进行数字化采样，然后送入上位机进行离线甄别。这使得用示波器等数字化仪器替换庞大的模拟插件成为可能，大大缩小了系统规模，并且甄别方法更加灵活，但这种方式不能实时输出甄别结果，甄别效率低。

数字化的信号处理是核物理诊断技术的发展方向，便携式、实时化的波形甄别能够有效内嵌在基于数字化的核物理电子学系统中，与传统模拟方式相比省去了大量的硬件部分，与数字式离线甄别方式相比大大提高了波形甄别的速度和精度，具有重要意义。

发明内容

为解决传统波形甄别方式的系统复杂、稳定性差及数字化离线波形甄别方式的效率低下等问题，本发明提供了一种基于数字化波形实时甄别α/γ混合辐射场粒子的方法，利用脉冲后沿信号积分量与总信号的积分量实现α/γ数字化波形的实时甄别。

本发明的技术解决方案：

基于数字化波形实时甄别α/γ混合辐射场粒子的方法，其特殊之处在于：所述实时甄别方法所用的设备包括掺铊碘化铯无机闪烁探测器、AD转换电路、FPGA及上位机，所述掺铊碘化铯无机闪烁探测器依次通过AD转换电路及FPGA与上位机连接，

甄别的步骤具体如下：

1)α/γ射线入射到掺铊碘化铯无机闪烁探测器上，采集掺铊碘化铯无机闪烁探测器的阳极信号，经14bit、100MSPS的AD转换电路转换为数字化信号；

2)FPGA对数字化信号进行逐点阈值判断，阈值预设为数字化幅度值，取值范围为8500-9500，对满足阈值条件的信号进行分流处理，其中有一路为甄别数据流；

3)从甄别数据流中提取波形甄别参数，送入串口发送模块，发送给上位机；

4)上位机接收甄别参数并显示甄别参数二维分布及α/γ甄别谱。

上述步骤2)具体如下：

2.1)将数字化信号送入FPGA中的FIFO缓存，逐点读取FIFO数字化采样值；

2.2)若采样点的幅值超过预设的触发阈值，则判断在该采样点后的连续5个采样点值是否均超过触发阈值；

2.3)若是，则从第一个满足阈值条件的采样点开始，连续将276个采样点存储在与采样长度相同长度的寄存器组中，供后续处理；若否，则不进行存储；

2.4)读取寄存器组中存储的数据，其中一路送入算法甄别模块，用于提取甄别参数。

上述步骤3)具体如下：

3.1)取第261至276个采样点为基线信号，取数字化平均值作为基线平均值，记为V_base-line；

3.2)将第1至260个采样点数字化幅值累计相加，减去260个基线平均值，得到波形甄别参数之一总信号积分量，记为q_total；

3.3)将信号峰值后第50至199个采样点数字化幅值累计相加，减去150个基线平均值，得到波形甄别参数之二后沿信号积分量，记为q_slow；

3.4)将总信号积分量q_total及后沿信号积分量q_slow通过串口传输到上位机。

上述步骤2)中满足阈值的信号进行分流处理，其中有一路为计数数据流，所述计数数据流用于显示事件计数。

上述步骤1)中还包括信号调理的步骤，具体是：将掺铊碘化铯无机闪烁探测器的阳极信号转换为差分信号，送入AD转换电路进行数字化采样。

上述FPGA选用内嵌Altera Cyclone IV EP4CE115F29型的DE2-115开发板，所述AD转换电路选用内嵌14位的AD9524型ADC的Altera Data Conversion HSMC采集卡。

上述FPGA选用内嵌Altera Cyclone IV EP4CE115F29型的DE2-115开发板，所述AD转换电路选用内嵌14位的AD9524型ADC的Altera Data Conversion HSMC采集卡。