CN102829863A - 一种光谱仪的无高斯整型的数字多道脉冲分析器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光谱仪的无高斯整型的数字多道脉冲分析器，直接把前放信号进行采样，并进行幅度分析，由于前放信号输出的信号，上升沿时间快，一般在300ns以下，下降沿比较缓慢，一般大于20us，在高计率的条件下，上升沿峰位重叠的机会更少，在新型多道脉冲分析中，对上升沿的最低和最高点进行跟踪，最高点与最低点的差值，对应为多道的道值，与以前的分析方法相比，基线噪声对峰位影响较小；判断峰的方法，采用连续3次信号幅度上升，且大于某一定值时，从而确定为一个峰，相对以前的分析方法，对可以轻易的分辨出是噪声还是真实的峰。
Description
技术领域
本发明属于一种光谱仪的分析器技术，特别涉及一种光谱仪的无高斯整型的数字多道脉冲分析器。
背景技术
多道脉冲幅度分析器不仅能自动获取能谱数据，而且一次测量就能得到整个能谱，因此可大大减少数据采集时间，与此同时，其测量精度也显着提高。自从20世纪50年代以来，多道脉冲幅度分析器发展迅速，现在已成为获取核能谱数据的通用仪器。
多道分析任务是将被测量的脉冲幅度范围平均分成2n个幅度间隔，然后测量幅度在每一个幅度间隔内的输入脉冲个数，最后得到输入信号的脉冲幅度分布曲线。其测量采用的是计算机技术中的A/D模数变换及数据存储技术。
在计算机的存储器中开辟一个数据缓冲区，数据缓冲区内有2n个计数器，每一个脉冲幅度间隔在数据缓冲区内部有一个对应的计数器。多道脉冲幅度分析时，可在微处理器的控制下，将被分析的脉冲信号首先送往模数变换器，经A/D变换形成一个代表脉冲幅度的数字量(道址)。然后用微处理器将该数字量变换成所对应的计数器地址。并使该地址对应的计数器内容加一(反映该道计数加一)。这样，经过一段时间的测量，存储器内计数器缓冲中各计数器计数的多少就可反映输入脉冲的幅度分布。
由于传统的多道脉冲分析器，探测器的前置放大器输出的拖尾脉冲必须经过整形电路变成高斯脉冲，然后送到多道脉冲高度分析器进行多道分析，形成能谱。前放输出的脉冲信号，具有陡峭的上升沿，典型的气体探测器的上升沿可达到300ns以下，但经过整形电路以后，脉冲宽度一般为1到几微秒，并且基线的噪声幅度明显提高。
发明内容
本发明的目的是解决上述技术的不足，提出一种光谱仪的无高斯整型的数字多道脉冲分析器，克服现有多道脉冲幅度分析方法在高计数率情况下，改变存在分辨率差(重叠峰多)的现状；以及改变噪声对基线峰位不稳定的目的。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种光谱仪的无高斯整型的数字多道脉冲分析器，直接把前放信号(电荷灵敏放大器)进行采样，并进行幅度分析，由于前放信号输出的信号，上升沿时间快，一般在300ns以下，下降沿比较缓慢，一般大于20us，在高计率的条件下，上升沿峰位重叠的机会更少，在新型多道脉冲分析中，对上升沿的最低和最高点进行跟踪，最高点与最低点的差值，对应为多道的道值，与以前的分析方法相比，基线噪声对峰位影响较小；判断峰的方法，采用连续3次(此参数可以设置)信号幅度上升，且大于某一定值时，从而确定为一个峰，相对以前的分析方法，可以轻易的分辨出是噪声还是真实的峰。
单个峰的判断，对信号幅度进行监测，X轴为时间轴，单位uS，Y轴为输入信号幅度，单位mV。
设定第N0次信号幅度为V0，第N1次信号幅度为V1，第N2次信号幅度为V2，依此类推，即V1-V0＞＝Vp，V2-V1＞＝Vp，依此类推，所述的Vp是作为判断峰的一个设定幅度值，即门限值，在连续3次以上采都符合Vn-Vn-1＞＝Vp，则可以判断为一个峰，并把V0作为峰的最低点，否认为不是一个峰，如N6、N7、N8、N9点；以此在基线噪声较差的情况也可以清楚的判断出峰；继续采样，当峰监测到N3点的信号幅度为V3，N4点的信号幅度为V4，且V4＜V3，则把V3做为峰的峰值，并将V3-V0值在对应通道上计数器上加1。
峰叠加的处理，直接使用前放信号进行采样，所以上升沿时间短，下降沿时间较长，即在采集的时候出现双倍峰的几率很小，下降沿则会出现重叠的情况。
采用上述技术，本发明的有益效果有：将放大到合适幅度的前放信号直接送到高速A/D转换器进行采样，由高速数字电路直接分析脉冲从起始点到峰顶点的高度，由于前放脉冲的上升沿陡峭，起始点的判定非常容易。而下降沿也很明显，脉冲高度的算法大大简化。并且由于利用的上升沿时间短，使多道分析器的脉冲通过率大幅度提高，即使输入脉冲达到2x105cps，得到的谱峰的分辨率仍没有明显恶化。
附图说明
图1为多通道脉冲幅度分析器MCA的原理分析示意图；
图2为多通道脉冲幅度分析器单个峰的判断时前放信号示意图；
图3为多通道脉冲幅度分析器单个峰的判断时单个前放信号示意图；
图4为多通道脉冲幅度分析器峰叠加的处理时峰叠加示意图；
图5为多通道脉冲幅度分析器峰叠加的处理时峰叠加分析示意图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
如图1所示的，多道脉冲处理器：全称多通道脉冲幅度分析器(MCA)，功能是将AD采样范围的幅度分为102420484096等通道，各通道分别记录脉冲幅度的个数，如AD采集信号范围是-0.3V到3V，2048道，则每通道对应的幅值为3.3/2048＝1.6mV。当采集到一个脉冲幅度为1V的信号进行时，则在1000mV/1.6mV道计数加1，为3.3V时，则在2048道计数加1，如图0所示，x轴为通道值，Y轴为计数率。
一种光谱仪的无高斯整型的数字多道脉冲分析器，直接把前放信号(电荷灵敏放大器)进行采样，并进行幅度分析，由于前放信号输出的信号，上升沿时间快，一般在300ns以下，下降沿比较缓慢，一般大于20us，在高计率的条件下，上升沿峰位重叠的机会更少，在新型多道脉冲分析中，对上升沿的最低和最高点进行跟踪，最高点与最低点的差值，对应为多道的道值，与以前的分析方法相比，基线噪声对峰位影响较小；确定一个峰采用，连续3次(此参数可以设置)，且上升幅度大于某一定值时，从而确定为一个峰，相对以前的分析方法，对可以轻易的分辨出是噪声还是真实的峰。
单个峰的判断，如图2所示为采集的前放信号，X轴为时间轴(单位uS)，Y轴为输入信号幅度(单位mV)，进行局部放大后，前放信号的谱图如图3所示。
根据图2，图3所示，前放信号上升沿时间都在1uS左右，下降沿都在15uS左右，并且信号存在下冲。新型多道脉冲幅度分析方法，对信号幅度进行监测，如第N0次信号幅度为V0，第N1次信号幅度为V1，第N2次信号幅度为V2，如果V1-V0＞＝Vp，V2-V1＞＝Vp(可进行多次判断，注：Vp是作为判断峰的一个设定幅度值，即门限值。)，如果连续3次(或N次)采都符合Vn-Vn-1＞＝Vp，则可以判断为一个峰，并把V0作为峰的最低点，否认为不是一个峰，如N6、N7、N8、N9点；这种方法在基线噪声较差的情况也可以清楚的判断出峰。
继续采样，当峰监测到N3点的信号幅度为V3，N4点的信号幅度为V4，且V4＜V3，则把V3做为峰的峰值，并将V3-V0值在对应通道上计数器上加1。
峰叠加的处理如图4、图5所示，由于新型多通道脉冲分析方法直接使用前放信号进行采样，所以上升沿时间短(1uS左右)，下降沿时间较长(20uS左右)，所以在采集的时候出现双倍峰的几率很小(准确的计算出元素的计数率)，下降沿则会出现重叠的情况。
采用单个峰的判断的方法能判断出前一个峰的最低点N0和最高点N1，采样中对单位时间内的各个点进行跟踪，第N3次信号幅度为V3，第N1次信号幅度为V4，第N5次信号幅度为V5，第N6次信号幅度为V6，当V4-V3＞＝Vp，V5-V4＞＝Vp，V6-V5＞＝Vp时，可以判断V3为第二个峰的最低点，相同的方法可以判断出第N7次的信号幅度V7为峰值，则可以分别在通道V1-V0，V7-V3上各加1。
本发明将放大到合适幅度的前放信号直接送到高速A/D转换器进行采样，由高速数字电路直接分析脉冲从起始点到峰顶点的高度，由于前放脉冲的上升沿陡峭，起始点的判定非常容易。而下降沿也很明显，脉冲高度的算法大大简化。并且由于利用的上升沿时间短，使多道分析器的脉冲通过率大幅度提高，即使输入脉冲达到2X105cps，得到的谱峰的分辨率仍没有明显恶化。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (3)
1.一种光谱仪的无高斯整型的数字多道脉冲分析器，其特征在于：所述的分析器将前放信号的幅度放大，直接送到A/D转换器进行采样，由数字电路直接分析脉冲从起始点到峰顶点的高度，由于前放信号输出的信号，上升沿时间快，下降沿比较缓慢，在高计率的条件下，上升沿峰位重叠的机会更少，采用对上升沿的最低点和最高点进行跟踪，最高点与最低点的差值，对应为多道的道值，由于基线噪声对峰位影响较小，从而确定一个峰采用，采用连续3次以上，即上升幅度大于定值时，从而确定为一个峰，以此分辨出是噪声还是真实的峰。
2.根据权利要求1所述的一种光谱仪的无高斯整型的数字多道脉冲分析器，其特征在于：对所述的信号幅度进行监测，X轴为时间轴，单位uS，Y轴为输入信号幅度，单位mV；
设定第N0次信号幅度为V0，第N1次信号幅度为V1，第N2次信号幅度为V2，依此类推，即V1-V0＞＝Vp，V2-V1＞＝Vp，依此类推，所述的Vp是作为判断峰的一个设定幅度值，即门限值，在连续3次以上采都符合Vn-Vn-1＞＝Vp，则可以判断为一个峰，并把V0作为峰的最低点，否认为不是一个峰，如N6、N7、N8、N9点；以此在基线噪声较差的情况也可以清楚的判断出峰；继续采样，当峰监测到N3点的信号幅度为V3，N4点的信号幅度为V4，且V4＜V3，则把V3做为峰的峰值，并将V3-V0值在对应通道上计数器上加1。
3.根据权利要求1或2所述的一种光谱仪的无高斯整型的数字多道脉冲分析器，其特征在于：直接使用前放信号进行采样，所以上升沿时间短，下降沿时间较长，即在采集的时候出现双倍峰的儿率很小，下降沿则会出现重叠的情况；
采用单个峰的判断的方法能判断出前一个峰的最低点N0和最高点N1，采样中对单位时间内的各个点进行跟踪，第N3次信号幅度为V3，第N4次信号幅度为V4，第N5次信号幅度为V5，第N6次信号幅度为V6，依此类推，当V4-V3＞＝Vp，V5-V4＞＝Vp，V6-V5＞＝Vp时，可以判断V3为第二个峰的最低点，相同的方法可以判断出第N7次的信号幅度V7为峰值，则可以分别在通道V1-V0，V7-V3上各加1。
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