CN104242877B - 基于模拟cr‑rc电路的核脉冲信号数字高斯成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于模拟CR‑RC电路的核脉冲信号数字高斯成形方法，包括：根据模拟CR‑RC电路，推导出CR‑RC电路的阶跃响应；用阶跃响应不变法推导出数字高斯成形系统的冲激响应；数字核脉冲信号通过该数字高斯成形系统后，被成形为高斯信号。该方法解决了核脉冲信号的数字高斯成形需求，成形后的信号波形为优良的高斯波形，并且对于堆积核脉冲信号有一定的分离能力。

Description

基于模拟CR-RC电路的核脉冲信号数字高斯成形方法
技术领域
本发明涉及放射性测量中核脉冲信号的数字高斯成形，尤其涉及一种基于模拟CR-RC电路的核脉冲信号数字高斯成形方法。
背景技术
在核能谱测量仪器中，从探测器及放大器输出的信号通常混有噪声，叠加到脉冲幅度上使脉冲幅度有一定的随机波动，影响对幅度提取的准确性，是影响能量分辨率的主要因素之一。另外，由于核辐射是随机发生的，短时间内可能有多个事件发生，若前一个脉冲未下降到零，后面的脉冲叠加到前面脉冲的下降部分，使脉冲幅度的测量值大于实际值，甚至可能造成有大能量的辐射粒子存在的假象。如果不能正确的识别出堆积，认为是单个事件，则测量得到的脉冲幅度为两个或多个核脉冲幅度叠加后的值，会改变计数率和能谱，从而影响测量的准确性。为了滤除噪声、减小脉冲堆积，通常要用滤波成形电路对核信号进行处理。但噪声滤除和减小脉冲堆积是矛盾的关系。成形后的波形越窄，减小或消除脉冲堆积效果越好；但成形波形越宽，对高频噪声额滤除效果越好。CR-RC电路是传统的核仪器中常见的模拟成形电路，有一定的低通滤波能力，在滤除噪声的同时可以将核脉冲信号成形为准高斯信号，对堆积脉冲也有一定的分离能力。但由CR-RC电路实现的模拟成形系统，改变成形波形的宽度需通过改变相关的电阻值及电容值进行调整，不够方便和灵活。将模拟CR-RC系统从模拟域转换到数字域，推导出数字高斯成形系统，可以克服上述缺陷，并且参数的取值不受硬件限制。从模拟域转换到数字域的方法有冲激响应不变法、阶跃响应不变法、双线性变换法等。冲激响应不变法和阶跃响应不变法的频率坐标都是线性变换的，都能够使数字系统的响应完全模仿模拟系统的响应，并且都可能有频率响应的混叠失真现象，但阶跃响应不变法比冲激响应不变法要小。因此，此处采用阶跃响应不变法进行模拟域到数字域的转换。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于模拟CR-RC电路的核脉冲信号数字高斯成形方法。该方法克服了CR-RC电路模拟成形的不足，为核脉冲信号数字高斯成形的实现提供了一种新的实现方式，可通过改变相关参数的取值调节成形波形的宽度，成形后的信号有较好的高斯特性，并且对于堆积脉冲也有一定的分离能力。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现，具体包括如下步骤(1)-(3)：
(1)根据模拟CR-RC电路，推导出CR-RC电路的阶跃响应；
(2)用阶跃响应不变法推导出数字高斯成形系统的冲激响应；
(3)数字核脉冲信号通过该数字高斯成形系统后，被成形为高斯信号。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
有效克服了CR-RC电路模拟成形的不足，为核脉冲信号数字高斯成形的实现提供了一种新的实现方式，可通过改变相关参数的取值调节成形波形的宽度，成形后的信号有较好的高斯特性，并且对于堆积脉冲有一定的分离能力。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为CR-RC系统电路原理图；
图2为实测60Co的核脉冲及其数字高斯成形信号的波形；
图3为堆积核脉冲的数字高斯成形波形。
具体实施方式
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出本发明的多个结构方式和制作方法。因此以下具体实施方式以及附图仅是本发明的技术方案的具体说明，而不应当视为本发明的全部或者视为本发明技术方案的限定或限制。在不背离本发明精神的前提下，对本发明所做的改进和替代均在本发明保护的范围之内。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
基于模拟CR-RC电路的核脉冲信号数字高斯成形方法，包括以下步骤：
步骤10根据模拟CR-RC系统的电路原理图(见图1所示)，推导出CR-RC电路的阶跃响应，包括如下步骤A-C：
A根据模拟CR-RC电路原理图，推导出CR-RC系统输入信号f(t)与输出信号y(t)的微分方程为：
B对方程两边进行拉普拉斯变换，得到模拟CR-RC系统的系统函数为：
令k1＝1/RC，k2＝R/R1，对H(s)进行拉普拉斯逆变换，得模拟CR-RC系统的冲激响应为：
其中，u(t)是单位阶跃信号，
C对h(t)进行积分，得到模拟CR-RC系统的阶跃响应为：
步骤20用阶跃响应不变法推导出数字高斯成形系统的冲激响应。
根据阶跃响应不变法，数字高斯成形系统的阶跃响应g(n)应为g(t)的采样值：
其中，Ts为采样周期。根据h(n)＝g(n)-g(n-1)，得数字高斯成形系统的冲激响应为：
步骤30数字核脉冲信号通过该数字高斯成形系统后，被成形为高斯信号。数字核脉冲信号f(n)通过该数字高斯成形系统的响应y(n)为数字核脉冲信号与数字高斯成形系统的冲激响应的卷积和，即：
其中，A用于调节成形脉冲的幅度。
图2为采样周期Ts＝0.005μs，k1和k2取不同值时,实测60Co的核脉冲及其数字高斯成形信号的波形。图3为堆积核脉冲的数字高斯成形波形，由图可知，对堆积脉冲有一定的分离能力。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (1)

1.基于模拟CR-RC电路的核脉冲信号数字高斯成形方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)根据模拟CR-RC电路，推导出CR-RC电路的阶跃响应，包括如下步骤A-C：
A根据模拟CR-RC电路原理图，推导出CR-RC系统输入信号f(t)与输出信号y(t)的微分方程为：
B对方程两边进行拉普拉斯变换，得到模拟CR-RC系统的系统函数为：
令k1＝1/RC，k2＝R/R1，对H(s)进行拉普拉斯逆变换，得模拟CR-RC系统的冲激响应为：
其中，u(t)是单位阶跃信号，
C对h(t)进行积分，得到模拟CR-RC系统的阶跃响应为：
(2)用阶跃响应不变法推导出数字高斯成形系统的冲激响应，根据阶跃响应不变法，数字高斯成形系统的阶跃响应g(n)应为g(t)的采样值：
其中，Ts为采样周期，根据h(n)＝g(n)-g(n-1)，得数字高斯成形系统的冲激响应为：
(3)数字核脉冲信号通过该数字高斯成形系统后，被成形为高斯信号，数字核脉冲信号f(n)通过该数字高斯成形系统的响应y(n)为数字核脉冲信号与数字高斯成形系统的冲激响应的卷积和，即：
其中，A用于调节成形脉冲的幅度。
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