CN102338880A - 核脉冲幅度数字化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了核脉冲幅度数字化方法及系统，该方法包括：得到本次核事例的到达时刻Td；获得待测的成形信号；从To时刻起，比较待测的成形信号与动态阈值信号在同时刻的取值，当某一时刻后者由小于前者变化为不小于前者时，将该时刻作为本次核事例的过阈点时刻Tot，Td与To相差ΔT；将Td与Tot之间的时间长度转化为数字量。所述动态阈值信号满足：

其中，Tot1为某一成形信号与动态阈值信号比较得到的过阈点时刻，Vot1为该成形信号的幅度，Tot2为另一成形信号与动态阈值信号比较得到的过阈点时刻，Vot2为所述另一成形信号的幅度。可见，在一次核事例探测中，待测的成形信号的幅度Vot与(Tot-Td+ΔT)或(Tot-Td-ΔT)成线性比例关系。将Td和Tot之间的时间长度数字化，即可实现对幅度的数字化。

Description

核脉冲幅度数字化方法及系统

技术领域

本发明涉及核信号处理技术领域，更具体地说，涉及核脉冲幅度数字化方法及系统。

背景技术

核事例能量探测器的基本原理都是将入射射线转化为可测量的电信号进行测量的，这些电信号是一系列分离的脉冲信号，其中脉冲信号的幅度值代表着被测射线的能量。现在，需要有一种技术方案来对上述脉冲信号的幅度进行数字化，以便于后续分析和处理。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种核脉冲幅度数字化方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种核脉冲幅度数字化方法，基于核事例能量探测器、恒比定时电路和成形电路，所述方法包括：

利用恒比定时电路对所述核事例能量探测器输出的待测脉冲信号进行恒比定时处理，输出恒比定时信号，所述恒比定时信号用于标志本次核事例的到达时刻Td；

利用成形电路对所述待测脉冲信号进行成形处理，获得待测的成形信号；

从To时刻起，比较待测的成形信号与动态阈值信号在相同时刻的取值，当某一时刻后者由小于前者变化为不小于前者时，将该时刻作为本次核事例的过阈点时刻Tot，所述Td与To相差预设时长ΔT；

将所述Td与所述Tot之间的时间长度转化为数字量；

所述动态阈值信号满足下述公式：

$\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1},$ 其中，所述Tot1为某一成形信号与所述动态阈值信号比较得到的过阈点时刻，Vot1为该成形信号的幅度，Tot2为另一成形信号与所述动态阈值信号比较得到的过阈点时刻，所述Vot2为所述另一成形信号的幅度。

一种核脉冲幅度数字化系统，其特征在于，包括核事例能量探测器、成形电路、恒比定时单元、比较器电路和时间数字转换TDC单元，所述核事例能量探测器的输出端分别与成形电路和恒比定时电路的输入端相连接，所述恒比定时单元包括恒比定时电路，所述时间数字转换TDC单元包括TDC电路；

其中：

所述成形电路用于，对所述核事例能量探测器输出的待测脉冲信号进行成形处理，输出待测的成形信号；

所述恒比定时电路用于，对所述核事例能量探测器输出的待测脉冲信号进行恒比定时处理，输出恒比定时信号，所述恒比定时信号用于标志本次核事例的到达时刻Td；

所述比较器电路用于，从To时刻起，比较待测的成形信号与动态阈值信号在相同时刻的取值，当某一时刻后者由小于前者变化为不小于前者时，输出脉冲信号，所述比较器电路输出的脉冲信号用于标志本次核事例的过阈点时刻Tot，所述Td与To相差预设时长；

所述TDC电路，记录所述Td，记录所述Tot，以及将Td与Tot之间的时间长度转化为数字量；

所述动态阈值信号满足下述公式：

$\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1},$ 其中，所述Tot1为某一成形信号与所述动态阈值信号比较得到的过阈点时刻，Vot1为该成形信号的幅度，Tot2为另一成形信号与所述动态阈值信号比较得到的过阈点时刻，所述Vot2为所述另一成形信号的幅度。

可见，在本发明提供的技术方案，由于动态阈值信号满足 $\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1},$ 则可知，对于待测脉冲信号代表的核事例探测而言，假设待测的成形信号的幅度为Vot，则同样有 $\frac{\mathrm{Tot}-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}}=\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1},$ 又知输出时刻Td与To相差预设时长ΔT(可以是To＝Td-ΔT，或To＝ΔT+Td)，而则 $\frac{\mathrm{Tot}-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}}=\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1}$ 可进一步变化为 $\frac{\mathrm{Tot}-\mathrm{Td}-\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{Vot}}=\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1}$ 或者 $\frac{\mathrm{Tot}-\mathrm{Td}+\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{Vot}}=\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1},$ 也即，在一次核事例探测中，根据本发明所提供的技术方案，待测的成形信号的幅度Vot与(Tot-Td+ΔT)或(Tot-Td-ΔT)成线性比例关系。由于，Td和Tot均可测，而ΔT为一预设的已知值，将Td和Tot之间的时间长度数字化，即可实现对信号幅度的数字化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的511KeVγ射线的电流波形；

图2为本发明实施例提供的不同能量核事例的电流波形经积分后的电压波形；

图3为本发明实施例提供的恒比定时电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的核脉冲幅度数字化方法流程图；

图5为本发明实施例提供的核脉冲幅度数字化系统结构示意图；

图6为本发明实施例提供的有源RC积分电路的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的有源RC积分电路的输出信号的波形；

图8为本发明实施例提供的核脉冲幅度数字化系统另一结构示意图；

图9a为本发明实施例提供的数字阈值电压值的产生图；

图9b为本发明实施例提供的数字阈值电压值的另一产生图；

图9c为本发明实施例提供的根据图9b所示的D1-D3三条动态阈值曲线而测量到的过阈时间与核事例能量探测器输出信号的幅度值之间的对应关系；

图10为本发明实施例提供的核脉冲幅度数字化系统又一结构示意图；

图11为本发明实施例提供的基于FPGA芯片的动态阈值电压产生单元的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的恒比定时甑别电路的结构图；

图13为本发明实施例提供的恒比定时甑别电路的又一结构图；

图14为本发明实施例提供的计时示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下：

恒比定时，是取信号上升沿上高度相当于脉冲幅度固定比例的点作为定时瞬间的定时方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于理解，先对核事例能量探测器、成形电路、恒比定时电路进行简单介绍。

本发明中的核事例能量探测器主要用于探测γ射线的能量，核事例能量探测器一般由闪烁晶体，比如LYSO(硅酸钇镥)闪烁晶体、碘化钠单晶，和光电转换控制器(比如光电倍增管-PMT)组合而成，由光电转换器(本实施例用PMT)输出脉冲信号。图1示出了PMT输出的、511KeVγ射线的电流波形。该电流波形前沿的上升时间小于1ns，后沿的下降时间由LYSO的衰减时间决定，在本发明某一实施例中可将其设定为42ns，而电流波形的面积代表着该次核事例被探测到的能量值。

成形电路主要对上述核事例能量探测器输出的电流波形(也即上述脉冲信号)进行积分处理，得到电压波形(或将其称为成形信号，其幅度与入射的γ射线的能量成正比)，当然在积分处理后，也可对电压波形再进行低通滤波或放大。参见图2(图2中，横轴表示时间，单位为纳秒，纵轴表示电压，单位为伏)，可知，不同能量核事例的电流波形经积分后的电压波形的差异仅是电压波形的峰值(即幅度值)，它们的达峰时间Tf、上升时间和下降时间均相同，其中，上述成形信号的上升时间主要取决于核事例能量探测器的发光衰减特性，下降时间取决于成形电路的时间常数。也即，在选定核事例能量探测器和成形电路后，成形信号的上升时间、达峰时间以及下降时间即为固定值。本发明后续记载中，采用恒比定时方法确定信号到达的时刻T1，由图2可知，对于不同幅度的信号，取信号上升沿上高度相当于脉冲幅度固定比例的点所对应的时刻作为定时时刻T1(即后续的Td)，T1和信号的达峰时刻Tf之间的时间差是一个固定的值Δt1。

恒比定时电路的一种结构如图3所示：核事例能量探测器输出的脉冲信号分成两路，一路经延时电路31延迟，一路经衰减电路32衰减，经比较电路B1进行比较，比较电路B1输出的恒比定时信号的上升沿所发生时刻在上述电流波形上的取值与电流波形的最大幅度值为固定比例，该比例的大小由延迟电路31的延迟量、衰减电路32的衰减系数和电流波形的上升时间共同决定，可通过改变延迟量来对上述比例进行调置，达到调节恒比定时信号的上升沿的发生时刻的目的。

基于上述介绍，本发明实施例提供了核脉冲幅度数字化方法，以实现核事例能量探测器所输出脉冲信号幅度的数字化。参见图4，该方法至少包括如下步骤：

S1、利用恒比定时电路对上述核事例能量探测器输出的脉冲信号进行恒比定时处理，输出恒比定时信号。

S2、利用成形电路对上述核事例能量探测器输出的待测脉冲信号进行成形处理，获得待测的成形信号。

S3、从To时刻起，比较待测的成形信号与动态阈值信号在相同时刻的取值，当某一时刻后者由小于前者变化为不小于前者时，将该时刻作为过阈点时刻Tot，上述Td与To相差预设时长ΔT；

S4、将上述Td与Tot之间的时间长度转化为数字量。

上述动态阈值信号是根据探测器特性和所用成形电路参数预先计算好并存储起来，在被测信号到来时的T0时刻由动态阈值产生电路产生。

对于任意两个幅度为Vot1和Vot2的成形信号，上述动态阈值信号要满足下述公式：

$\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1}$ (公式一)

其中，Tot1为某一成形信号与上述动态阈值信号比较得到的过阈点时刻(也即两波形相交叉的时刻点)，Tot2为另一成形信号与该动态阈值信号比较得到的过阈点时刻(也即两波形相交叉的时刻点)。

在本发明中，将上述Td与Tot之间的时间长度称为过阈时间。

本发明同时还公开了一种能实施上述方法的核脉冲幅度数字化系统。图5示出了该系统的一种结构，包括：

核事例能量探测器1、成形电路2、恒比定时单元3、比较器电路4、时间数字转换(TDC)单元5，核事例能量探测器1的输出端分别与成形电路2和恒比定时电路3的输入端相连接，恒比定时单元包括上述恒比定时电路，而时间数字转换TDC单元5包括TDC电路。

其中：

成形电路2用于，对核事例能量探测器1输出的待测脉冲信号进行成形处理，输出待测的成形信号；

恒比定时电路用于，对核事例能量探测器1输出的待测脉冲信号进行恒比定时处理，输出恒比定时信号；

比较器电路4用于，从To时刻起，比较待测的成形信号与上述动态阈值信号在相同时刻的取值，当某一时刻后者由小于前者变化为不小于前者时，输出脉冲信号；

TDC电路，记录接收到所述恒比定时信号的到达时刻Td，记录接收到所述比较器电路输出的脉冲信号的时刻作为过阈点时刻Tot，以及将Td与Tot之间的时间长度转化为数字量。

由于动态阈值信号满足 $\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1},$ 则可知，对于待测脉冲信号代表的核事例探测而言，假设待测的成形信号的幅度为Vot，则同样有 $\frac{\mathrm{Tot}-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}}=\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1},$ 又知输出时刻Td与To相差预设时长ΔT(可以是To＝Td-ΔT，或To＝ΔT+Td)，而则 $\frac{\mathrm{Tot}-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}}=\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1}$ 可进一步变化为 $\frac{\mathrm{Tot}-\mathrm{Td}-\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{Vot}}=\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1}$ 或者 $\frac{\mathrm{Tot}-\mathrm{Td}+\mathrm{\ΔT}}{\mathrm{Vot}}=\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1},$ 也即，在一次核事例探测中，根据本发明所提供的技术方案，待测的成形信号的幅度Vot与(Tot-Td+ΔT)或(Tot-Td-ΔT)成线性比例关系。由于，Td和Tot均可测，而ΔT为一预设的已知值，将Td和Tot之间的时间长度数字化，即可实现对信号幅度的数字化。

在本发明其他实施例中，上述成形处理具体可为有源积分成形处理。上述成形电路具体可为有源积分电路(例如有源RC积分电路)。图6则示出了有源RC积分电路的一种结构。该电路将核事例能量探测器1输出的电流信号积分，输出的电压波形可参见图7。

在本发明其他实施例中，上述有源积分电路中的电阻R＝5KΩ，电容C＝18pf，输出电压波形的达峰时间为60ns，峰值后恢复到基线的时间大于300ns。不同能量核事例积分后电压波形的差异仅是电压波形的峰值，即电压波形幅度，它们的达峰时间和下降时间均相同。

在本发明其他实施例中，参见图8，在比较成形信号与动态阈值信号在相同时刻的取值之前，还包括如下步骤：

S5、生成动态阈值信号。

动态阀值信号只要在To时刻以前生成，并在To时刻送入上述比较器电路作为输入之一即可。

在本发明其他实施例中，上述动态阈值信号可根据预先存储的一系列数字阈值电压值生成。由于根据上述公式一可以预先计算出任一幅度的成形信号所对应的阈值的取值，这些取值可以组成阈值序列(即上述一系列数字阈值电压值)加以存储。

下面将对如何产生上述一系列数字阈值电压值进行介绍。

方式一：

请参见图9a，上述一系列数字阈值电压值的产生流程如下：

一，确定时间间隔Δt和上述一系列数字阈值电压值的个数N，N为不小于1的正整数，在图9a中，N等于5；

二，选取N个成形信号S1-SN，其中，SN的幅度为A，S1的幅度为A/N，所述S2至SN-1的幅度值以A/N递增，例如在图9a中，S5-S1的幅度分别为2.5V，2.0V，1.5V，1.0V和0.5V；

前已述及，在选定核事例能量探测器和成形电路后，成形信号的上升时间、达峰时间以及下降时间即为固定值。因此，可以很容易地使用信号发生器或软件仿真生成N个成形信号。

三，设定成形信号的某一时刻为时间原点Ts1，TS1也即上述提及的To。在本实施例中选择成形信号的达峰时刻为时间原点；

四，将成形信号SM在Ts1+MΔt时刻对应的电压取值作为数字阈值电压值进行存储，所述M为正整数，并且1≤M≤N，即可得到5个数字阈值电压值，上述5个数字阈值电压值可构成离散的动态阈值曲线。

本领域技术人员完全可根据精度及其他需要对时间间隔Δt和N的取值进行灵活设计以获取不同的动态阀值曲线(如图9a中的D1-D3曲线)，但需要保证Ts1+NΔt不超出上述TDC电路所能测量的最大时间范围，此不再赘述。

方式二：

请参见图9b，上述一系列数字阈值电压值的产生流程如下：

一，确定最大时间测量值Tmax，图9b示出三条动态阈值曲线D1-D3对应的最大时间测量值分别为156ns、312.5ns和625ns；

二，设定成形信号的某一时刻为时间原点Ts1，在本实施例中选择成形信号的达峰时刻为时间原点；

三，确定时间间隔Δt；

四，根据公式(Tmax-Ts1)/Δt可确定数字阈值电压值的个数N，N为不小于1的正整数。在本实施例中，N等于5，当然，本领域技术人员完全可根据精度及其他需要对时间间隔Δt和N的取值进行灵活设计，在此不再赘述；

五，选取N个成形信号S1-SN，所述SN的幅度为A，所述S1的幅度为A/N，所述S2至SN-1的幅度值以A/N递增；

六，将成形信号SM在Ts1+MΔt时刻(Ts1+NΔt＝Tmax)对应的电压取值作为数字阈值电压值进行存储，所述M为正整数，并且1≤M≤N，即可得到N个数字阈值电压值，上述N个数字阈值电压值可构成离散的动态阈值曲线。

为了提高测量精度，Δt可选取得小一点，在本发明其他实施例中，可采用12bitDAC，其变换时钟为160MHz，时钟周期是6.25ns。仍以上述156ns、312.5ns和625ns为例，其分别被6.25ns等间隔划分为25、50和100个数据计算点(为方便观看，图9b仅示出了5个计算机点，与之对应，也需要选取25、50和100个幅度不同的成形信号。

为证明本发明所提供技术方案中，过阈时间与成形电路输出信号的幅度值呈良好的线性关系。可使用任意波形信号发生器产生和上述核事例能量探测器输出波形一样的信号波形，并控制该波形的幅度以得到不同的测量值。图9c示出了根据图9b所示的D1-D3三条动态阈值曲线而测量到的过阈时间与核事例能量探测器输出信号的幅度值之间的对应关系。可观察到，使用本发明提供的技术方案，过阈时间与成形电路输出信号的幅度值确实呈良好的线性关系。

上述方式一和方式二均可通过PC机完成。

在本发明其他实施例中，参见图10，上述系统还可包括生成上述动态阈值信号的动态阈值产生单元6。

作为本发明的一个实施例，图11是一种基于FPGA(现场可编程门阵列)芯片的动态阈值电压产生单元的结构示意图。在图11中，由PC机计算好的一系列数字阈值电压值存储在FPAG的静态存储器(RAM)中，写入读出逻辑块按照预设的时间间隔(6.25ns)将上述数字阈值电压值逐个读出，经过数字模拟变换电路(DAC)和低通滤波电路后，一个连续时间和连续幅度的动态阈值电压信号就产生了。为了提高阈值电压信号的精确度，可以选择较高分辨率的DAC芯片、较高的变换时钟速率。

在本发明的一个实施例中，参见图12，可使用预甑别电路配合恒比定时电路共同完成一个有效事例的恒比定时输出。预甑别电路是一种简单的前沿定时电路，它将输入信号和固定的前沿定时阈值(即一直流电)进行比较，只有当输入信号具有超过该前沿定时阈值的取值时，才会有预甑别信号输出。引入预甑别电路的目的是避免噪声引起恒比定时信号的输出，预甑别电路的前沿定时阈值由一片数模转化(DAC)芯片的输出来给定。需要注意的是，预甑别信号的输出先于恒比定时信号的输出。在图12中，恒比定时电路的输出只有在预甑别电路有输出时才能通过与门输出。

在本发明的一个实施例中，恒比定时电路和预甑别电路的输出均与FPGA芯片的输入端相连(见图13)，在FPGA内部实现必要的逻辑判选(该逻辑判选与上述与门的功能相类似)，只有在收到预甑别信号时，恒比定时电路的输出才被认为是一次核事例信号的到来，才记录恒比定时信号的到达时刻。此时，上述TDC单元5还可包括指示单元，指示单元可以在接收到上述预甑别信号时，指示上述TDC电路工作。

目前常用的时间测量技术的基本原理是用计数器计算从开始时刻到结束时刻之间的时钟个数(在本发明中，开始时刻即为恒比定时信号的到达时刻Td，结束时刻即为过阈点时刻Tot)，提高时钟频率是提高测量精度的一种方法。为进一步提高测量精度，在使用FPGA实现TDC电路的功能时，可采用四相位时钟将时间测量误差减小为一个时钟周期的四分之一。图14中的恒比定时信号到来时(图14中用定时信号代表恒比定时信号和下述比较器电路输出的脉冲信号)，9-bit计数器的计算值连同四相位的状态一并被锁存记录(即记录上述到达时刻)，表明起始时刻的计数值和相位，等到比较器电路输出的脉冲信号到来时，同样记录下当时的计数器值和四相位时钟的状态(即记录上述过阈点时刻Tot)，由两个时刻的计数值和四相位时钟的状态，计算机可以根据将过阈时间减去ΔT，而最终实现幅度的数字化。以上述160MHz时钟周期为例，采用四相位时钟得到的时间测量精度是160MHz时钟周期的四分之一，即1.5625ns。

本发明在具体实施过程中，影响最终测量精度的主要因素有恒比定时精度、TDC测量精度、动态阈值产生电路的精度等，还取决于TDC测量范围和被测信号幅度范围的对应关系，将核事例能量探测器的特性与这些因素作综合考虑，才能够实现高精度的核脉冲幅度数字化测量。

综上可知，本发明在不明显增加核事例能量探测器的前端读出电路的基础上，利用时间数字转换技术，将核脉冲信号的电压幅度值，转换为过阈时间量，从而实现能量信号的数字化。

在本发明某些实施例中，还利用了FPGA芯片技术或半导体集成电路技术，利用上述技术最突出优点是可以实现大量通道数的并行读出，可以实现多通道核事例能量信号测量的高集成度。因此，其尤其适用于核成像探测器(核成像探测器要求同时读出几十乃至几百或几万个通道所探测到的核事例能量信息)，可以满足核成像探测器的实验室研究和实际应用的需要。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种核脉冲幅度数字化方法，其特征在于，基于核事例能量探测器、恒比定时电路和成形电路，所述方法包括：

利用恒比定时电路对所述核事例能量探测器输出的待测脉冲信号进行恒比定时处理，输出恒比定时信号，所述恒比定时信号用于标志本次核事例的到达时刻Td；

利用成形电路对所述待测脉冲信号进行成形处理，获得待测的成形信号；

从To时刻起，比较待测的成形信号与动态阈值信号在相同时刻的取值，当某一时刻后者由小于前者变化为不小于前者时，将该时刻作为本次核事例的过阈点时刻Tot，所述Td与To相差预设时长ΔT；

将所述Td与所述Tot之间的时间长度转化为数字量；

所述动态阈值信号满足下述公式：

$\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1},$ 其中，所述Tot1为某一成形信号与所述动态阈值信号比较得到的过阈点时刻，Vot1为该成形信号的幅度，Tot2为另一成形信号与所述动态阈值信号比较得到的过阈点时刻，所述Vot2为所述另一成形信号的幅度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在比较待测的成形信号与动态阈值信号在相同时刻的取值之前，还包括：生成动态阈值信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述生成所述动态阈值信号的具体实施步骤包括：

根据预先存储的一系列数字阈值电压值生成动态阈值信号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

在所述根据预先存储一系列数字阈值电压值生成动态阈值信号的步骤之前，还包括：

确定时间间隔Δt和所述一系列数字阈值电压值的个数N，N为不小于1的正整数；

选取N个成形信号S1-SN，所述SN的幅度为A，所述S1的幅度为A/N，所述S2至SN-1的幅度值以A/N递增；

设定成形信号的某一时刻为时间原点Ts1；

将成形信号SM在Ts1+MΔt时刻对应的电压取值作为数字阈值电压值进行存储，所述M为正整数，并且1≤M≤N。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据预先存储一系列数字阈值电压值生成动态阈值信号的具体实施方式包括：

按所述预设时间间隔依次读出预先存储的一系列数字阈值电压值，对其进行数模转换，转换为模拟信号；

对所述模拟信号进行低通滤波和放大，得到所述动态阈值信号。

6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，将所述Td与Tot之间的时间长度转化为数字量的具体实施方式包括：

当所述核事例能量探测器输出的待测脉冲信号具有不低于固定阈值的取值时，将所述Td与Tot之间的时间长度转化为数字量。

7.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述成形处理具体为有源积分成形处理。

8.一种核脉冲幅度数字化系统，其特征在于，包括核事例能量探测器、成形电路、恒比定时单元、比较器电路和时间数字转换TDC单元，所述核事例能量探测器的输出端分别与成形电路和恒比定时电路的输入端相连接，所述恒比定时单元包括恒比定时电路，所述时间数字转换TDC单元包括TDC电路；

其中：

所述成形电路用于，对所述核事例能量探测器输出的待测脉冲信号进行成形处理，输出待测的成形信号；

所述恒比定时电路用于，对所述核事例能量探测器输出的待测脉冲信号进行恒比定时处理，输出恒比定时信号，所述恒比定时信号用于标志本次核事例的到达时刻Td；

所述比较器电路用于，从To时刻起，比较待测的成形信号与动态阈值信号在相同时刻的取值，当某一时刻后者由小于前者变化为不小于前者时，输出脉冲信号，所述比较器电路输出的脉冲信号用于标志本次核事例的过阈点时刻Tot，所述Td与To相差预设时长；

所述TDC电路，记录所述Td，记录所述Tot，以及将Td与Tot之间的时间长度转化为数字量；

所述动态阈值信号满足下述公式：

$\frac{\mathrm{Tot}2-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}2}=\frac{\mathrm{Tot}1-\mathrm{To}}{\mathrm{Vot}1},$ 其中，所述Tot1为某一成形信号与所述动态阈值信号比较得到的过阈点时刻，Vot1为该成形信号的幅度，Tot2为另一成形信号与所述动态阈值信号比较得到的过阈点时刻，所述Vot2为所述另一成形信号的幅度。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括生成动态阈值信号的动态阈值产生单元。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述恒比定时单元还包括预甑别电路，所述TDC单元还包括指示单元，其中：

预甑别电路用于当所述核事例能量探测器输出的待测脉冲信号具有高于固定的前沿定时阈值的取值时，输出预甑别信号；

所述指示单元用于在接收到所述预甑别信号时，指示所述TDC电路工作。

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