[发明专利]一种高计数率下的随机脉冲多道幅度分析器

说明书

本次公开一种高计数率下的随机脉冲多道幅度分析器，使用FPGA单芯片完成主要功能。在FPGA中对数字化的探测器脉冲信号进行微分，用微分信号产生脉冲起止信号，脉冲起止信号控制脉冲幅度检测。在脉冲起止信号无效时开始估计探测器脉冲信号的基线值，脉冲起止信号有效时检测探测器脉冲信号的最大值，最大值减去当前估计的基线值得到探测器脉冲对应的幅度值。在探测器脉冲信号有效后的一定时间内判断对应微分信号的脉冲个数，脉冲个数大于等于2，认为探测器脉冲信号堆积，此脉冲不计入能谱。

技术领域

本发明涉及一种高计数率下的随机脉冲多道幅度分析器，具体涉及一种ɣ射线探测器信号能谱采集的数字多道脉冲幅度分析器。

背景技术

多道脉冲幅度分析器在辐射事件探测中具有重要作用，可以获取射线能谱数据，在不同的应用中，可将分析器范围设定为1024道，2048道，4096道等，各道可以同时测量。辐射探测器的输出信号是随机的，脉冲信号叠加在变化的基线上，当多个辐射事件发生在探测器的分辨时间内，探测器的输出信号会发生堆积，在高计数率下，脉冲的堆积更加严重。随着辐射探测技术的发展，计数率的不断提高，为了保证能谱的能量分辨率，对多道脉冲幅度分析器中随机脉冲幅度分析的精度要求也更高。

目前存在两种随机脉冲幅度分析的方法，一种是传统的模拟多道脉冲幅度分析器，探测器输出的信号要经过微分电路、成形电路和基线恢复电路，产生高斯脉冲，由峰值检测模块判断脉冲峰顶的位置，通知多道脉冲幅度分析器中的ADC进行脉冲幅度采样，多道脉冲幅度分析器在对应脉冲幅度的道址上将能谱数据加1，此方法的多道脉冲幅度分析器集成度低电路复杂，体积和功耗较大，成本也较高，且在高计数率下脉冲的基线恢复电路精度不高，影响脉冲幅度分析的精度，通过率也较低。另一种是将探测器信号数字化的多道脉冲幅度分析器，探测器前放的信号由高速ADC进行采样，产生离散的脉冲信号数据，根据脉冲基线的噪声情况设定信号阈值，由阈值来判断信号的起止。脉冲的堆积判断使用波形参数比较的方法，对探测器输出的脉冲信号进行拟合，得到脉冲的表达式，产生标准脉冲，在探测器实际脉冲来到时与标准脉冲比较，偏差大于一定值则判断脉冲堆积。此方法虽然可以实现高的计数通过率，但是由于探测器脉冲信号的基线随着计数率变化，导致阈值相对于基线在变化，会出现小幅度脉冲丢失和脉冲起止信号抖动的现象，脉冲的基线估计和幅度检测存在很大误差，在判断脉冲堆积时需要知道探测器脉冲信号的表达式，实际表达式拟合时误差也较大。

发明内容

针对前述的现有多道脉冲幅度分析器所存在的技术不足，提出一种高计数率下的随机脉冲多道幅度分析器。

本发明所采用的技术方案是：

选择探测器的脉冲信号的前沿时间为t1，t1的取值范围是80ns~120ns,探测器信号的宽度是t2，t2的取值范围是800ns~1200ns。探测器的脉冲信号经过增益调节和适配滤波器后，使用FPGA控制高速ADC实时采集探测器的随机脉冲信号，采样的离散信号经过平滑滤波后进行微分，判断微分后的脉冲信号，得到脉冲信号的起止信号，由起止信号控制对探测器脉冲信号的基线估计和脉冲幅度的检测，高计数率时，探测器输出的脉冲信号存在堆积的情况，需要对脉冲信号进行堆积判断，在探测器脉冲信号有效后的2.5×t1时间内判断对应微分脉冲信号的脉冲个数，脉冲个数大于等于2个，认为探测器脉冲信号有堆积，将此脉冲信号抑制掉，避免脉冲幅度分析的错误。

所述的数字多道脉冲幅度分析器使用低功耗的FPGA芯片，取代复杂的分立数字器件，单芯片完成探测器输出的脉冲信号的数字滤波、数字微分、脉冲信号基线估计、脉冲堆积判断、脉冲幅度分析、能谱数据存储和接口。

使用FIR滤波器对采样的探测器脉冲信号进行滤波，使滤波后的脉冲信号没有毛刺。根据响应公式,求出滤波器系数，构建一个FIR滤波器，实现信号微分器，探测器的脉冲信号经过微分器，可以得到微分的脉冲信号，由于微分器具有通交流隔直流的作用，微分后信号的基线始终固定在0值，不会随时间和计数率变化。