[发明专利]一种数字化核能谱测量系统中的脉冲阶梯成形方法

说明书

本发明公开一种数字化核能谱测量系统中的脉冲阶梯成形方法，该方法利用负指数脉冲的尾部信息对其峰值进行修正的基本思想，通过阶梯成形方法对负指数脉冲信号的能量进行估计与修正处理，使其重新转变成阶梯信号，只要求出阶梯形前后台阶的高度差，即可得到负指数脉冲的峰值幅度。本发明所述数字化核能谱测量系统中的脉冲阶梯成形方法，能够自动兼顾无脉冲堆积时的能量分辨率和当脉冲堆积较严重时的脉冲通过率，相比其他数字化脉冲成形方法，特点明显。

技术领域

本发明属于核辐射测量领域，可应用于数字化核能谱测量系统，可在保证能量分辨率的情况下实现堆积脉冲分离，特别适用于要求兼顾较高脉冲通过率和较好能量分辨率的能谱测量系统。

背景技术

在典型的放射性能谱测量系统中，射线能量与核探测器输出的能量是一致的，探测器输出的等效电荷经过前置放大器后变成电压脉冲，理想电荷灵敏前置放大器输出的信号为阶梯形，但因为受到运算放大器等电子学器件工作电源幅度范围的限制，一般先要将阶梯形信号经过微分等处理变换为负指数信号，然后进行放大等处理，处理后的脉冲峰值电压与射线能量成正比。

在放射性能谱测量系统中，能量分辨率和脉冲通过率是反映谱仪性能的两个重要指标，如果谱仪的能量分辨率较差，会极大增加谱线解释的难度，甚至可能得到错误的解释结果；如果谱仪的有效脉冲通过率较低，会影响仪器本身的探测效率，严重时甚至会降低谱仪的能量分辨率，进而降低了谱仪的性能。

在现有的数字化谱仪中，为了得到较好的能量分辨率，一般需要对放大器输出的脉冲信号先进行AD采样，然后进行数字化滤波成形，确保在提高信噪比的同时，能够更准确地提取脉冲峰值幅度。目前国内外学者研究较多的成形方法有：三角成形、梯形成形、高斯成形、CUSP成形、CR/RC成形等，而在实际应的数字化谱仪中，多采用三角成形/梯形成形，该方法能够得到较好的能量分辨率，同时可在一定程度上实现部分重叠脉冲的分离。

然而上述成形方法均不能在保证能量分辨率的同时，较好地实现堆积脉冲的分离。当脉冲堆积时，只能丢弃、或仅取第一个脉冲峰值，进而会造成有效脉冲通过率远低于实际输入脉冲数，甚至随着输入信号重叠脉冲概率的增大，脉冲通过率反而会下降，进而影响仪器本身的探测效率，严重时甚至会降低谱仪的能量分辨率。即使有些成形方法(如三角成形/梯形成形)能够把两个堆积不是很严重(即尾部堆积)的脉冲分开，也是以牺牲能量分辨率为代价的。

射线能量经过核探测器和理想电荷灵敏前置放大器输出的信号为阶梯形信号，阶梯前后台阶的高度差与射线能量成正比，但实际情况下，进入AD转换处理的信号为阶梯信号经过微分等处理后的负指数脉冲，负指数脉冲的幅度、能量(即完整的脉冲面积)均与射线能量成正比，但是因为受到AD采样频率等因素的限制，很难确保能够采到脉冲的最高峰值点。然而可通过负指数脉冲的尾部信息对其峰值进行修正，即如果通过阶梯成形方法对负指数脉冲信号的能量进行估计与修正处理，使其重新转变成阶梯信号，只要求出阶梯形前后台阶的高度差，即可得到负指数脉冲的峰值幅度。除非前后两个脉冲完全重叠，否则必会在阶梯形前后台阶上反映出一个高度差(即使台阶的宽度可能很窄)。

迄今为止，尚未见到有关脉冲阶梯成形的报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决数字化核能谱测量系统中脉冲通过率较高情况下的能量分辨率和脉冲通过率无法兼顾的问题，而提出一种脉冲阶梯成形方法。

本发明的技术方案为：本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

(1)若负指数信号的衰减时间为τ，信号的峰值幅度为A，用函数可表示为利用如下公式将输入负指数脉冲信号转换为阶梯信号：

S＝E＝Aτ

其中S表示负指数信号的面积，E可表示该负指数信号所拥有的能量；