数字化核能谱获取系统的研究

【摘要】：核能谱是高能物理、核物理、重离子物理等基础研究和核技术应用常需获取的基本且重要的核信息之一，核能谱获取方法的改进和新型获取方法的研究一直是核测量领域一个重要研究课题。高速ADC、各种数字化器件、实时操作系统和微处理器等的快速发展，为新一代数字化核能谱获取系统的诞生奠定了坚实的基础。使之成为国内外相关领域关注的一个热点课题。 根据目前常用核探测器系统输出信号的特点，一套数字化核能谱获取系统应包括波形数字化系统(其中包含前端条件线路、ADC线路、数据缓存和交互系统)、数字核信号处理系统及结果显示和分析系统。数字化核能谱获取系统的研究工作包括：对探测器系统输出模拟核信号实现数字化的研究；核信号的处理原理和方法的研究；对数字化测量系统的组成原理和方法的研究。其中数字核信号处理方法的优劣直接影响了整个系统性能的好坏，因此本论文以此作为工作重点之一。 本论文研究并建立了核信号数值仿真的原理和算法，在MatLab7.0环境下实现了数字化随机核信号发生器。可仿真不同性能的核探测器以不同的计数率和噪声水平输出的数字核信号流。为开展数字化能谱获取系统的研究提供了必要的工具。 在核探测器和前置放大器获取核信息及波形数字化系统将模拟核信号数字化的过程中，都不可避免地会使核信号发生畸变，影响测量结果的精度。本文将核信号获取过程中产生的信号畸变分为核信号获取中产生的畸变(简称A类畸变)和模拟核信号数字化过程中引入的畸变(简称D类畸变)。分别采用建立适当的前端条件线路减小D类畸变、建立合适的数字优化滤波方案减小A类畸变的方法，为数字化能谱获取系统的组成方法提供了一种有效模式。 在建立数字核信号处理系统时，根据匹配滤波器具有最佳的信噪比的理论， 【关键词】：数字化核能谱获取 数字核信号处理 能量分辨率 计算机辅助设计 前端条件线路
【学位授予单位】：四川大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TL817
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-10
• 1 引言10-20
• 1.1 选题的目的和意义10-11
• 1.2 国内外发展历史及现状11-16
• 1.3 研究方法和技术路线16-18
• 1.4 论文内容及安排18-19
• 1.5 本章小结19-20
• 2 数字化核能谱测量的基本理论20-32
• 2.1 典型数字化核测量系统的组成和结构20-21
• 2.2 核测量系统数字化需要研究和解决的基本问题21-23
• 2.3 影响数字化核能谱获取系统分辨率的主要因素23-30
• 2.3.1 核信号获取中的畸变(A类畸变)23-27
• 2.3.2 核信号数字化引入的畸变(D类畸变)27-30
• 2.3.3 改善数字化核谱获取系统分辨率的方法30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 数字化随机核脉冲发生器32-52
• 3.1 目的和意义32-34
• 3.2 核信号的特征及数学描述34-41
• 3.2.1 核信号时间分布的统计特性34-35
• 3.2.2 探测器输出脉冲幅度统计特征35-37
• 3.2.3 核信号波形的数学描述37-38
• 3.2.4 电荷灵敏前放输出噪声特点38-41
• 3.3 核信号数值仿真原理和软件设计41-47
• 3.3.1 核信号仿真算法41-43
• 3.3.2 核心函数设计43-47
• 3.4 对~(55)Fe X-射线核信号的仿真及信号发生47-51
• 3.4.1 仿真参数设置47-51
• 3.5 本章小结51-52
• 4 数字化核能谱获取中信号处理的原理和方法52-71
• 4.1 优化滤波理论52-56
• 4.2 滤波算法56-63
• 4.2.1 有限宽匹配滤波算法56-57
• 4.2.2 输出波形宽度和平顶宽度调节57-62
• 4.2.3 梯形滤波算法62-63
• 4.3 数字滤波器性能分析63-67
• 4.3.1 带平顶有限宽匹配滤波与单指数极零补偿组合滤波器性能63-66
• 4.3.2 梯形成形与单指数极零补偿算法的组合66-67
• 4.4 滤波算法实验结果67-70
• 4.4.1 对~(55)Fe源X射线实测数字信号滤波结果67-68
• 4.4.2 与高斯成形滤波效果比较68-70
• 4.5 本章小结70-71
• 5 数字化核能谱获取系统的组成及优化参数计算机辅助设计71-97
• 5.1 数字化核能谱获取系统的组成原理71-73
• 5.1.1 对A类畸变的处理71-72
• 5.1.2 对D类畸变的处理72-73
• 5.1.3 数字化核能谱获取系统的组成73
• 5.2 极零参数评估73-79
• 5.2.1 参数评估的原理及算法74-78
• 5.2.2 双指数核信号极／零识别结果78-79
• 5.3 最优化数字滤波器合成算法基础79-81
• 5.3.1 信噪比对谱线展宽的影响80
• 5.3.2 脉冲堆积引起的谱线展宽80-81
• 5.4 前端条件线路最优参数配置算法理论基础81-85
• 5.4.1 由输入模拟信号顶部形状引起幅度亏损81-82
• 5.4.2 由于ADC变换精度引入的量化误差82-84
• 5.4.3 算法实现原理84-85
• 5.5 软件设计和实现85-92
• 5.5.1 优化数字滤波器最优参数配置CAD软件设计85-87
• 5.5.2 前端条件线路最佳参数配置软件设计87-92
• 5.6 软件运行结果92-96
• 5.6.1 优化滤波器最佳参数92-94
• 5.6.2 前端条件线路最佳参数设计94-96
• 5.7 本章小结96-97
• 6 数字化X射线谱仪97-119
• 6.1 谱仪系统组成97-98
• 6.2 波形数字化系统的建立98-107
• 6.2.1 前端条件线路的设计及实现98-106
• 6.2.2 波形数字化的实现106-107
• 6.3 数字核信号处理系统的建立107-111
• 6.3.1 核信号数据存取的实现108-111
• 6.4 X射线能谱测量111-118
• 6.4.1 测量方案设计111-112
• 6.4.2 实验装置和实验条件112-116
• 6.4.3 结果分析和讨论116-118
• 6.5 本章小结118-119
• 7 结语119-131
• 博士在读期间发表论文131-133
• 致谢133

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