CN105842729B - 一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统，包括辐射探头、高速采集卡和计算机，辐射探头通过高速采集卡连接计算机，辐射探头输出辐射模拟脉冲信号至高速采集卡，高速采集卡将辐射模拟脉冲信号转换为辐射数字脉冲信号发送至计算机，计算机上内置基于软件实现的能谱采集控制模块、软件多道脉冲幅度分析器和能谱显示与分析模块；能谱采集控制模块与高速采集卡连接，能谱采集控制模块用于高速采集卡的采集控制与通信管理；软件多道脉冲幅度分析器基于三点平滑算法对辐射数字脉冲信号进行平滑处理，并采用五点寻峰算法分析辐射数字脉冲信号的幅度，并输出分析结果数据至能谱显示与分析模块显示和保存，从而实现辐射能谱测量的目的。

Description

一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统

技术领域

本发明涉及放射性测量领域，尤其涉及一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统。

背景技术

辐射能谱仪是测量天然或人工放射性核素的主要仪器之一，其广泛应用于地质勘察、环境监测、粒子物理与核物理实验等领域。

近年来，辐射能谱仪朝着多道、微机化和多功能的方向发展，国内外典型的能谱仪基本架构是：伽玛能谱探测器＋专用多道脉冲幅度分析器＋计算机系统，其中多道脉冲幅度分析器主要是由硬件实现，并逐步向专业化、数字化方向发展；数据的采集控制、显示和处理主要由计算机软件实现。值得注意的是随着计算机技术的迅速发展，软件在仪器系统中扮演主导角色；计算机系统及接口的更新换代导致由硬件实现的多道脉冲幅度分析器必须改进或升级，但是由硬件实现的多道脉冲幅度分析器升级的难度大，成本高，这就大大缩短了辐射能谱仪的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统，该系统采用纯软件方式实现脉冲幅度分析，从而实现辐射能谱测量的目的。

本发明采用的技术方案是：

一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统，其包括一辐射探头、高速采集卡和计算机，所述辐射探头的输出端连接高速采集卡，高速采集卡的输出端连接计算机，所述辐射探头探测被测物体，并输出辐射模拟脉冲信号至高速采集卡，所述高速采集卡将辐射模拟脉冲信号转换为辐射数字脉冲信号发送至计算机，所述计算机上内置基于软件实现的能谱采集控制模块、软件多道脉冲幅度分析器和能谱显示与分析模块；所述能谱采集控制模块与高速采集卡连接，能谱采集控制模块用于高速采集卡的采集控制与通信管理；所述软件多道脉冲幅度分析器的接收高速采集卡输出的辐射数字脉冲信号，软件多道脉冲幅度分析器对辐射数字脉冲信号进行能谱分析，并输出分析结果数据至能谱显示与分析模块，所述能谱显示与分析模块用于能谱的动态采集显示和保存、能量刻度、能量峰面积计算、标定、含量计算。

所述的辐射探头为NaI晶体探测器。

所述高速采集卡为PCI接口的高速通用数据采集卡。

所述能谱采集控制模块为基于.net编写的高速采集卡的通信与控制软件。

所述软件多道脉冲幅度分析器为基于三点平滑算法和五点寻峰算法的数字脉冲幅度分析软件。

所述能谱显示与分析模块为基于.net编写的软件系统。

本发明还公开了所述一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统采用的能谱测量方法，其包括以下步骤：

步骤S1：设备初始化，所述辐射探头通电加高压，高速采集卡的初始化读入初始采集参数的；

步骤S2：计算机的能谱采集控制模块向高速采集卡发送开始采集命令；

步骤S3：高速采集卡将辐射探头输出的辐射模拟脉冲信号转换为辐射数字脉冲信号并输出至软件多道脉冲幅度分析器；

步骤S4：软件多道脉冲幅度分析器对辐射数字脉冲信号进行能谱分析，并将分析结果数据发送至能谱显示与分析模块；

步骤S5：能谱显示与分析模块根据该辐射数字脉冲信号的幅度大小在对应的道次上显示该计数；

步骤S6：计算机的能谱采集控制模块判断是否到了设定的采集时间；若不是，则转至步骤S3；若是，则转至步骤S7；

步骤S7：计算机的能谱采集控制模块向高速采集卡发送结束采集命令，本次采集结束。

所述软件多道脉冲幅度分析器采用的能谱分析方法包括以下步骤：

步骤S4-1：软件多道脉冲幅度分析器读取高速采集卡的辐射数字脉冲信号，开始能谱分析；

步骤S4-2：等待高速采集卡的采集缓冲区新写入的辐射数字脉冲信号；

步骤S4-3：将高速采集卡的采集缓冲区新写入的辐射数字脉冲信号转换到内存数组a[n]；

步骤S4-4：对步骤S4-3的内存数组a[n]进行一次三点平滑处理减少噪声；

步骤S4-5：对步骤S4-4处理过的内存数组a[n]进行五点寻峰处理，确定辐射数字脉冲信号的峰值以及峰值对应的数组元素a[i]；

步骤S4-6：将峰值对应的数组元素a[i]转换为能谱道次；

步骤S4-7：在对应的能谱道次计数加1；

步骤S4-8：判断高速采集卡的是否结束，若不是，则转至步骤S4-2；若是，则转至步骤S4-9；

步骤S4-9：能谱分析结束。

所述三点平滑算法包括以下步骤：

步骤S4-4-1：读取数组a[n]的数据，开始进行三点平滑处理；

步骤S4-4-2：数组a[n]下标变量赋初值，i=0；

步骤S4-4-3：数组a[n]下标变量加1，i=i+1；

步骤S4-4-4：将a[i]分别与前后一位的数据a[i-1]和a[i+1]进行对比，判断a[i]是否上凸或下凹，若都不是，则转至步骤S4-4-3；若是上凸或下凹，则转至步骤S4-4-5；

步骤S4-4-5：将该数据a[i]进行平滑处理，a[i]的取值满足a[i]=(a[i-1]+a[i+1])/2；

步骤S4-4-6：判断整个数组a[n]是否处理完毕,若不是，则转至步骤S4-4-3；若是，则转至步骤S4-4-7；

步骤S4-4-7：三点平滑处理结束。

所述五点寻峰算法包括以下步骤：

步骤S4-5-1：读取数组a[n]的数据，开始进行五点寻峰分析；

步骤S4-5-2：数组a[n]下标变量赋初值，i=1；

步骤S4-5-3：数组a[n]下标变量加1，i=i+1；

步骤S4-5-4：将a[i]分别与前后各2个数据进行对比，判断a[i]是否上凸，若不是，则转至步骤S4-5-3；若是上凸，则转至步骤S4-5-5；

步骤S4-5-5：寻峰成功，a[i]为辐射数字脉冲信号的峰值；

步骤S4-5-6：数组a[n]下标移到可能出现的峰值位置，i=i+3；

步骤S4-5-7：判断整个数组a[n]是否寻峰完毕, 若不是，则转至步骤S4-5-3；若是，则转至步骤S7；

步骤S4-5-8：寻峰结束。

本发明采用以上技术方案，通过高速采集卡对辐射探头输出的辐射模拟脉冲信号进行A/D转换后再由计算机内基于软件实现的能谱采集控制模块、软件多道脉冲幅度分析器和能谱显示与分析模块进行后续处理；能谱采集控制模块用于高速采集卡的采集控制与通信管理，软件多道脉冲幅度分析器基于三点平滑算法对辐射数字脉冲信号进行平滑处理，并采用五点寻峰算法分析辐射数字脉冲信号的幅度，并输出分析结果数据至能谱显示与分析模块，能谱显示与分析模块用于能谱的动态采集显示和保存、能量刻度、能量峰面积计算、标定、含量计算。本发明的能谱采集控制模块、软件多道脉冲幅度分析器和能谱显示与分析模块均由纯软件实现，系统设计容易，灵活性好，改进或升级简单且成本低。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统的结构示意图；

图2为本发明一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统的工作流程图；

图3为本发明一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统的软件多道脉冲幅度分析器的工作流程图；

图4为本发明一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统的三点平滑算法示意图；

图5为本发明一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统的五点寻峰算法示意图。

具体实施方式

如图1-5之一所示，本发明包括一辐射探头、高速采集卡和计算机，所述辐射探头探测被测物体，并输出辐射模拟脉冲信号至高速采集卡，所述高速采集卡将辐射模拟脉冲信号转换为辐射数字脉冲信号发送至计算机，所述计算机上内置基于软件实现的能谱采集控制模块、软件多道脉冲幅度分析器和能谱显示与分析模块。

所述的辐射探头为NaI晶体探测器及相关电路。

所述高速采集卡为PCI接口的高速通用数据采集卡。

所述能谱采集控制为基于.net编写的高速采集卡的通信与控制软件。

所述软件多道脉冲幅度分析器为基于三点平滑算法和五点寻峰算法的数字脉冲幅度分析软件。

所述能谱显示与分析模块为基于.net编写的软件系统，该系统能够实现能谱的动态采集显示和保存、能量刻度、能量峰面积计算、标定、含量计算等功能。

如图2所示，本实施例还提供了上文所述装置的工作流程，具体包括以下步骤：

步骤S1：设备初始化，包括辐射探头通电加高压，高速采集卡的初始化，初始采集参数的读入等；

步骤S2：计算机的能谱采集控制模块向高速采集卡发送开始采集命令；

步骤S3：高速采集卡将辐射探头输出的辐射模拟脉冲信号转换为辐射数字脉冲信号并输出至软件多道脉冲幅度分析器；

步骤S4：软件多道脉冲幅度分析器对辐射数字脉冲信号进行能谱分析，并将分析结果数据发送至能谱显示与分析模块；

步骤S5：能谱显示与分析模块根据该辐射数字脉冲信号的幅度大小在对应的道次上显示该计数；

步骤S6：计算机的能谱采集控制模块判断是否到了设定的采集时间；若不是，则转至步骤S3；若是，则转至步骤S7；

步骤S7：计算机的能谱采集控制模块向高速采集卡发送结束采集命令，本次采集结束。

如图3所示，本发明所述的软件多道脉冲幅度分析器的能谱分析的工作流程，具体包括以下步骤：

步骤S4-1：软件多道脉冲幅度分析器读取高速采集卡的辐射数字脉冲信号，开始能谱分析；

步骤S4-2：等待高速采集卡的采集缓冲区新写入的辐射数字脉冲信号；

步骤S4-3：将高速采集卡的采集缓冲区新写入的辐射数字脉冲信号转换到内存数组a[n]；

步骤S4-4：对步骤S4-3的内存数组a[n]进行一次三点平滑处理减少噪声；

步骤S4-5：对步骤S4-4处理过的内存数组a[n]进行五点寻峰处理，目的是寻找数字脉冲电压的峰值大小，确定辐射数字脉冲信号的峰值以及峰值对应的数组元素a[i]；

步骤S4-6：将峰值对应的数组元素a[i]转换为能谱道次；

步骤S4-7：在对应的能谱道次计数加1；

步骤S4-8：判断高速采集卡的是否结束，若不是，则转至步骤S4-2；若是，则转至步骤S4-9；

步骤S4-9：能谱分析结束。

如图4所示，本实施例还提供了上文所述的软件多道脉冲幅度分析器中三点平滑算法设计，具体包括以下步骤：

步骤S4-4-1：读取数组a[n]的数据，开始对数组a[n]进行三点平滑处理；

步骤S4-4-2：数组a[n]下标变量赋初值，i=0；

步骤S4-4-3：数组a[n]下标变量加1，i=i+1；

步骤S4-4-4：将a[i]与前后一位数据进行对比，判断a[i]是否上凸或下凹（即a[i]>a[i-1]&&a[i]>a[i+1]或a[i]<a[i-1]&&a[i]<a[i+1]），若不是，则转至步骤S4-4-3；若是，则转至步骤S4-4-5；

步骤S4-4-5：将该数据a[i]进行平滑处理，即a[i]=(a[i-1]+a[i+1])/2；

步骤S4-4-6：判断整个数组a[n]是否处理完毕，i==n-1?，若不是，则转至步骤S4-4-3；若是，则转至步骤S4-4-7；

步骤S4-4-7：平滑计算结束；

如图5所示，本实施例还提供了上文所述的软件多道脉冲幅度分析器中五点寻峰算法设计，具体包括以下步骤：

步骤S4-5-1：读取数组a[n]的数据，开始对数组a[n]进行五点寻峰分析；

步骤S4-5-2：数组a[n]下标变量赋初值，i=1；

步骤S4-5-3：数组a[n]下标变量加1，i=i+1；

步骤S4-5-4：将a[i]分别与前后各2个数据进行对比，判断a[i]是否上凸（即a[i]>a[i-1]&&a[i-1]>a[i-2]&&a[i]>a[i+1]&&a[i+1]>a[i+2]），若不是，则转至步骤S4-5-3；若是，则转至步骤S4-5-5；

步骤S4-5-5：寻峰成功，a[i]为辐射数据脉冲信号的峰值；

步骤S4-5-6：数组a[n]下标移到可能出现的峰值位置，即i=i+3；

步骤S4-5-7：判断整个数组a[n]是否寻峰完毕，即i==n-2？若不是，则转至步骤S4-5-3；若是，则转至步骤S4-5-7；

步骤S4-5-8：寻峰结束；

综上所述，本发明通过高速采集卡对辐射探头输出的辐射模拟脉冲信号进行A/D转换后再由计算机内基于软件实现的能谱采集控制模块、软件多道脉冲幅度分析器和能谱显示与分析模块进行后续处理；能谱采集控制模块用于高速采集卡的采集控制与通信管理，软件多道脉冲幅度分析器基于三点平滑算法对辐射数字脉冲信号进行平滑处理，并采用五点寻峰算法分析辐射数字脉冲信号的幅度，并输出分析结果数据至能谱显示与分析模块，能谱显示与分析模块用于能谱的动态采集显示和保存、能量刻度、能量峰面积计算、标定、含量计算。

值得一提的是，以上仅为本发明实施例中一个较佳的实施方案。但是，本发明并不限于上述实施方案，凡按本发明方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统的测量方法，能谱测量系统包括一辐射探头、高速采集卡和计算机，所述辐射探头的输出端连接高速采集卡，高速采集卡的输出端连接计算机，所述辐射探头探测被测物体，并输出辐射模拟脉冲信号至高速采集卡，所述高速采集卡将辐射模拟脉冲信号转换为辐射数字脉冲信号发送至计算机，所述计算机上内置基于软件实现的能谱采集控制模块、软件多道脉冲幅度分析器和能谱显示与分析模块；所述能谱采集控制模块与高速采集卡连接，能谱采集控制模块用于高速采集卡的采集控制与通信管理；所述软件多道脉冲幅度分析器的接收高速采集卡输出的辐射数字脉冲信号，软件多道脉冲幅度分析器对辐射数字脉冲信号进行能谱分析，并输出分析结果数据至能谱显示与分析模块，所述能谱显示与分析模块用于能谱的动态采集显示和保存、能量刻度、能量峰面积计算、标定、含量计算；其特征在于：

测量方法包括以下步骤：

步骤S1：设备初始化，所述辐射探头通电加高压，高速采集卡的初始化读入初始采集参数的；

步骤S2：计算机的能谱采集控制模块向高速采集卡发送开始采集命令；

步骤S3：高速采集卡将辐射探头输出的辐射模拟脉冲信号转换为辐射数字脉冲信号并输出至软件多道脉冲幅度分析器；

步骤S4：软件多道脉冲幅度分析器对辐射数字脉冲信号进行能谱分析，并将分析结果数据发送至能谱显示与分析模块；所述软件多道脉冲幅度分析器的能谱分析方法包括以下步骤：

步骤S4-1：软件多道脉冲幅度分析器读取高速采集卡的辐射数字脉冲信号，开始能谱分析；

步骤S4-2：等待高速采集卡的采集缓冲区新写入的辐射数字脉冲信号；

步骤S4-3：将高速采集卡的采集缓冲区新写入的辐射数字脉冲信号转换到内存数组a[n]；

步骤S4-4：对步骤S4-3的内存数组a[n]进行一次三点平滑处理减少噪声；所述三点平滑算法包括以下步骤：

步骤S4-4-1：读取数组a[n]的数据，开始进行三点平滑处理；

步骤S4-4-2：数组a[n]下标变量赋初值，i=0；

步骤S4-4-3：数组a[n]下标变量加1，i=i+1；

步骤S4-4-4：将a[i]分别与前后一位的数据a[i-1]和a[i+1]进行对比，判断a[i]是否上凸或下凹，若都不是，则转至步骤S4-4-3；若是上凸或下凹，则转至步骤S4-4-5；

步骤S4-4-5：将该数据a[i]进行平滑处理，a[i]的取值满足a[i]=(a[i-1]+a[i+1])/2；

步骤S4-4-6：判断整个数组a[n]是否处理完毕,若不是，则转至步骤S4-4-3；若是，则转至步骤S4-4-7；

步骤S4-4-7：三点平滑处理结束；

步骤S4-5：对步骤S4-4处理过的内存数组a[n]进行五点寻峰处理，确定辐射数字脉冲信号的峰值以及峰值对应的数组元素a[i]；

步骤S4-6：将峰值对应的数组元素a[i]转换为能谱道次；

步骤S4-7：在对应的能谱道次计数加1；

步骤S4-8：判断高速采集卡的是否结束，若不是，则转至步骤S4-2；若是，则转至步骤S4-9；

步骤S4-9：能谱分析结束；

步骤S5：能谱显示与分析模块根据该辐射数字脉冲信号的幅度大小在对应的道次上显示该计数；

步骤S6：计算机的能谱采集控制模块判断是否到了设定的采集时间；若不是，则转至步骤S3；若是，则转至步骤S7；

步骤S7：计算机的能谱采集控制模块向高速采集卡发送结束采集命令，本次采集结束。

2.根据权利要求1所述一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统的测量方法，其特征在于：所述的辐射探头为NaI晶体探测器。

3.根据权利要求1所述一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统的测量方法，其特征在于：所述高速采集卡为PCI接口的高速通用数据采集卡。

4.根据权利要求1所述一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统的测量方法，其特征在于：所述能谱采集控制模块为基于.net编写的高速采集卡的通信与控制软件。

5.根据权利要求1所述一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统的测量方法，其特征在于：所述软件多道脉冲幅度分析器为基于三点平滑算法和五点寻峰算法的数字脉冲幅度分析软件。

6.根据权利要求1所述一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统的测量方法，其特征在于：所述能谱显示与分析模块为基于.net编写的软件系统。

7.根据权利要求1所述一种基于软件多道脉冲幅度分析器的能谱测量系统的测量方法，其特征在于：所述五点寻峰算法包括以下步骤：

步骤S4-5-1：读取数组a[n]的数据，开始进行五点寻峰分析；

步骤S4-5-2：数组a[n]下标变量赋初值，i=1；

步骤S4-5-3：数组a[n]下标变量加1，i=i+1；

步骤S4-5-4：将a[i]分别与前后各2个数据进行对比，判断a[i]是否上凸，若不是，则转至步骤S4-5-3；若是上凸，则转至步骤S4-5-5；

步骤S4-5-5：寻峰成功，a[i]为辐射数字脉冲信号的峰值；

步骤S4-5-6：数组a[n]下标移到可能出现的峰值位置，i=i+3；

步骤S4-5-7：判断整个数组a[n]是否寻峰完毕, 若不是，则转至步骤S4-5-3；若是，则转至步骤S7；

步骤S4-5-8：寻峰结束。