CN105759305A - 一种自适应级联消褶积梯形合成的数字脉冲幅度分析器 - Google Patents

一种自适应级联消褶积梯形合成的数字脉冲幅度分析器 Download PDF

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曾国强
葛良全
杨剑
胡传皓
欧阳晓平
张开琪
赖茂林
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种自适应级联消褶积梯形合成的数字脉冲幅度分析器，所述数字脉冲幅度分析器包括：消褶积器、消褶积效果识别器和波形合成器；所述消褶积器，为多级级联消褶积器，通过消褶积参数M的调节来调节消褶积；消褶积效果识别器，用于判别消褶积的效果；波形合成器，可形成波形为梯形的合成器，梯形合成器用于输出与所输入的电流脉冲成正比的梯形信号。本发明提供的消褶积识别器通过调节参数M来调节消褶积器，实现快速自动的消褶积效果，减少了传统人工寻找最优M的时间；且提供的波形合成器可形成梯形或三角形波形。

Description

一种自适应级联消褶积梯形合成的数字脉冲幅度分析器
技术领域
本发明涉及数字脉冲幅度分析器，尤其涉及涉及一种自适应级联消褶积梯形合成的数字脉冲幅度分析器。
背景技术
消褶积(deconvolution)是消除前级滤波器滤波作用的数学处理方法。消褶积器就是使其脉冲响应与信号褶积时，能消除某些前面加到信号上的滤波作用。因此，可以通过消褶积将这些滤波作用去掉，近似地恢复原始信号的形状。在核脉冲信号的幅度提取方面，消褶积器可以提高核脉冲信号的幅度分辨能力。
脉冲幅度分析器是能谱分析仪测量的关键部件。核辐射探测器输出的脉冲幅度与核辐射单个射线能量成正比，按脉冲幅度不同测量其计数，从而得到脉冲幅度谱(即能谱)。
梯形合成：梯形合成是一种用于数字化核脉冲信号滤波成形的重要方法。
如图1所示，为现有的脉冲幅度分析器，A0正比于A1.当准确获知A0即可准确获知A1，获取A0的方法即为脉冲幅度分析方法，目前主要有数字式脉冲幅度分析方法与模拟式脉冲幅度分析方法两大类。
为了获得准确的幅度提取效果，通常设计的消褶积器与梯形合成器都有一个假设前提，即为输入的核脉冲信号其上升时间为零，下降为标准指数信号。符合上述假设前提才能得到最优的脉冲幅度分析效果。
快速上升的标准指数信号经过模数转换器(ADC)离散化后，采用消褶积的方法进行运算，可还原得到其原始的电流脉冲信号也就是单位脉冲冲激响应，而单位冲激响应与期望成形的波形(譬如梯形)进行褶积(Recursive)即可得到与输入原始电流脉冲成正比的梯形信号，通过提取梯形信号的平顶值即可反推出入射射线能量大小。
传统的脉冲幅度分析方法有如下问题：
1、实际上的核脉冲信号都不是理想的指数信号，往往会因为前放的输出电压压摆率不足，带宽不够导致上升时间变长从而导致核脉冲信号上升沿变得缓慢，从而使传统的单级数字脉冲幅度分析无法得到理想效果。
2、针对某些核辐射探测器，譬如CSI(Tl)闪烁体其发光成分分为快、慢两种成分，而慢成分可达1微秒多，从而前放所收集到的电流脉冲持续时间很长，使前放输出的核脉冲信号上升沿变得很缓慢。
3、前放输出的信号往往会经过较长的传输线，才到达主放大器，而不同的传输线其等效寄生电容CL不同，如同轴电缆CL较大，则前放输出信号又相当于经过了一级低通滤波器。同理，倘若多道的模拟信号链路上设计的不合理，也会引入类似的低通滤波效果从而使核脉冲信号的下降部分不是标准的指数信号，而是多级低通滤波器的级联效果，使幅度分析效果变差。
上述1、2和3三种情况使所获得的核脉冲信号属于非标准的指数信号，而且引入了多个极零点的畸变指数信号。从而使现有单级消褶积器的数字脉冲幅度分析器无法达到优异效果(如图2a和2b)。则需要设计可对多级低通滤波进行消褶积的级联数字脉冲幅度分析器。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种自适应级联消褶积梯形合成的数字脉冲幅度分析器。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
一种自适应级联消褶积梯形合成的数字脉冲幅度分析器，包括消褶积器、消褶积效果识别器和梯形合成器；所述
消褶积器，为多级级联消褶积器，通过消褶积参数M的调节来调节消褶积；
消褶积效果识别器，用于判别消褶积的效果；
波形合成器，可形成波形为梯形的合成器，梯形合成器用于输出与所输入的电流脉冲成正比的梯形信号。
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：
消褶积识别器通过调节参数M来调节消褶积器，实现快速自动的消褶积效果，减少了传统人工寻找最优M的时间；且提供的波形合成器可形成梯形或三角形波形。
附图说明
图1是现有脉冲幅度分析器结构示意图；
图2a和图2b是现有脉冲幅度为非指数信号和引入了多个极零点的脉冲信号示意图；
图3是级联消褶积梯形合成的数字脉冲幅度分析器结构示意图；
图4是消褶积器的设计框图；
图5是梯形合成器设计框图；
图6是梯形合成器脉冲信号示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
原始脉冲信号经由前放和放大后的脉冲信号引入了畸变指数信号，又由高速ADC离散化，需要经过消褶积器和消褶积效果识别器消褶积最终得到单位脉冲。
如图3所示，为级联消褶积梯形合成的数字脉冲幅度分析器结构，包括：消褶积器、消褶积效果识别器和波形合成器；所述
消褶积器，为多级级联消褶积器，通过消褶积参数M的调节来调节消褶积；
消褶积效果识别器，用于判别消褶积的效果；
波形合成器，可形成波形为梯形的合成器，梯形合成器用于输出与所输入的电流脉冲成正比的梯形信号。
如图4所示，为消褶积器的设计，图中：Z-1为单位时间延迟器，∑为加法器，X为乘法器，ACC为累加器，M≈τ/Tclk-0.5，其中，Tclk为系统采样时钟的周期；τ为前级信号的时间常数。
输入信号X(n)一路送入延迟器，一路直接送入加法器与延迟器输出的信号进行加法运算。然后将经过加法器的信号送入乘法器此处引入消褶积的参数M，将乘法器输出的信号与原始输入信号X(n)送入加法器之后再进行累加，最后输出y(n)。
如图5和图6所示，为梯形合成器设计框图及梯形合成器脉冲信号示意图，其中A0xA1，A0＝KA1，hT(n)＝hk(n)*hm(n)。
Z-1：单位时间延迟器,Z-k:k时间长度延迟器；
∑：加法器
X：乘法器
ACC:累加器
M≈τ/Tclk-0.5：调节系数；
δ(n)：单位冲激响应；
hk(n)：矩形脉冲合成响应；
S(n)：正负双极型矩形脉冲合成响应；
hT(n)：梯形合成响应。
在m≥k,m＝k,三角成形，m＞k,梯形成形，(m-k)×T＞探测器的最大电荷收集时间，T为ADC的采样周期，(m-k)T即为平顶时间。图6中，单位脉冲与hk(n)的脉冲信号累加至k点处hT(n)为上升波形，k点到m点因为没有信号的累加所以波形保持不变，从m点处开始累加了S(n)的波形，则hT(n)波形呈下降趋势，从而得到了梯形波形。
本实施例设计了多级级联消褶积器替代了现有单级消褶积器的数字脉冲幅度分析器。而且由消褶积识别器通过调节参数M来调节消褶积器，使其达到最优的消褶积效果，且提供的波形合成器可形成梯形或三角形的波形。
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 (3)

1.一种自适应级联消褶积梯形合成的数字脉冲幅度分析器，其特征在于，所述数字脉冲幅度分析器包括：消褶积器、消褶积效果识别器和梯形合成器；所述
消褶积器，为多级级联消褶积器，通过消褶积参数M的调节来调节消褶积；
消褶积效果识别器，用于判别消褶积的效果；
波形合成器，可形成波形为梯形的合成器，梯形合成器用于输出与所输入的电流脉冲成正比的梯形信号。
2.如权利要求1所述的自适应级联消褶积梯形合成的数字脉冲幅度分析器，其特征在于，所述消褶积器包括单位时间延迟器、加法器、乘法器和累加器；所述
延迟器，用于接收输入信号X(n)，并将输入信号X(n)输出到加法器；
加法器，接收输入信号X(n)，并将接收的输入信号X(n)与延迟器输出的信号进行加法运算，并输出；
乘法器，用于接收加法器输出的信号与消褶积的参数M，并输出信号到加法器；及加法器，将乘法器输出的信号与原始输入信号X(n)进行累加，输出信号y(n)。
3.如权利要求1所述的自适应级联消褶积梯形合成的数字脉冲幅度分析器，其特征在于，所述数字脉冲幅度分析器还包括主放大器和高速ADC。
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