CN106019357A - 基于rc逆变换的核脉冲信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于RC逆变换的核脉冲信号处理方法，包括以下步骤：S1、将前置放大器电路中对负指数核脉冲信号有影响的分布电容和分布电阻等效为RC电路；S2、通过RC电路微分数值分析方法得到负指数核脉冲信号与双指数核脉冲信号的函数表达式；S3、通过ADC采样得到双指数核脉冲信号，利用双指数核脉冲信号通过步骤S2中函数表达式计算得到恢复上升沿的负指数核脉冲信号；S4、取恢复上升沿的负指数核脉冲信号的上升沿和双指数核脉冲信号的下降沿构成新的核脉冲信号。本发明消除分布电容和分布电阻对探测器输出信号上升沿的影响；对恢复上升沿后的核脉冲信号做梯形成形数字处理，改善了核脉冲信号滤波成形效果，扩大了系统的电压测量范围。

Description

基于RC逆变换的核脉冲信号处理方法

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种基于RC逆变换的核脉冲信号处理方法。

背景技术

放射性测量仪器中探测器和前置电路输出的脉冲信号是一个基于时间常数的指数衰减信号，经过FPGA电路处理后，将该信号滤波成形为特定形状，再进行多道脉冲幅度分析，最后得出能量谱，输出至上位机显示测量结果。

在进行核脉冲信号滤波成形之前，理论上无损耗的采集信号是一个标准的负指数核脉冲信号，但是由于前置放大器电路中分布电容和分布电阻的影响，信号经过前置放大器后变为一个具有上升沿的双指数核脉冲信号，如果直接采用该双指数核脉冲信号进行后续处理，会影响核脉冲信号的滤波成形效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于RC逆变换的核脉冲信号处理方法，该方法可以得到一个新的恢复上升沿的核脉冲信号，从而改善核脉冲信号滤波成形效果。

为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种基于RC逆变换的核脉冲信号处理方法，该方法包括以下步骤：

S1、将前置放大器电路中对负指数核脉冲信号有影响的分布电容和分布电阻等效为RC电路；

S2、通过RC电路微分数值分析方法得到负指数核脉冲信号与双指数核脉冲信号的函数表达式；

S3、通过ADC采样获取前置放大器输出的双指数核脉冲信号，并根据双指数核脉冲信号和函数表达式计算得到负指数核脉冲信号；

S4、采用计算得到的所述负指数核脉冲信号的上升沿和双指数核脉冲信号的下降沿构建新的核脉冲信号。

该基于RC逆变换的核脉冲信号处理方法具有的优点如下：将ADC采样得到的双指数核脉冲信号进行RC电路逆运算，得到恢复上升沿的负指数核脉冲信号，消除分布电容和分布电阻对探测器输出信号上升沿的影响；对恢复上升沿后的核脉冲信号做梯形成形数字处理，改善了核脉冲信号滤波成形效果，扩大了系统的电压测量范围。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请一个实施例的流程示意图；

图2示出了根据本申请一个实施例的等效RC电路的结构示意图；

图3示出了根据本申请一个实施例的ADC采集的双指数核脉冲信号；

图4示出了根据本申请一个实施例的恢复上升沿的负指数核脉冲信号；

图5示出了根据本申请一个实施例构成的新的核脉冲信号；

图6为恢复上升沿的核脉冲信号滤波成形效果和没有做逆运算滤波成形效果的对比图；

图7为恢复上升沿的负指数核脉冲信号滤波后形成的能谱图；

图8为没有做逆运算的双指数核脉冲信号滤波后形成的能谱图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。

在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

根据本申请的一个实施例，提供一种基于RC逆变换的核脉冲信号处理方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、将前置放大器电路中对负指数核脉冲信号有影响的分布电容和分布电阻等效为RC电路，RC电路的电路图参考图2；

S2、通过RC电路微分数值分析方法得到负指数核脉冲信号与双指数核脉冲信号的函数表达式，RC电路Vi与Vo的关系可依据基尔霍夫电流定律用下式表示：

$\frac{Vi-Vo}{R}=C\frac{dVo}{dVt}$

经过整理得到

$Vi-Vo=\frac{RC}{dt}dVo$

其中，V_i为负指数核脉冲信号，V_o为双指数核脉冲信号，R为核探测仪器中ADC之前的电路阻值，C为核探测仪器中ADC之前的容值，t为时间。

S3、通过ADC采样获取前置放大器输出的双指数核脉冲信号，并根据所述双指数核脉冲信号和所述函数表达式计算得到负指数核脉冲信号；

本步骤具体为：通过ADC采样，将前置放大器输出的双指数核脉冲信号转化为具有一定时间间隔的离散信号，并将所述函数表达式根据微分定义转化为微分函数表达式，即令V₀＝y[n]，V_i＝x[n]根据微分的定义dV₀＝y[n]-y[n-1]，dt＝Δt则该微分函数表达式为：

$\frac{x\[n\]-y\[n\]}{R}=C\frac{y\[n\]-y\[n-1\]}{\mathrm{\Δ}t}$

再令可得出表达式：

x[n]-y[n]＝k(y[n]-y[n-1])

即，

x[n]＝(k+1)y[n]-ky[n-1]；

其中，如图3所示，y[n]为双指数核脉冲信号经ADC采样获取的具有一定时间间隔的离散信号，x[n]为负指数核脉冲信号对应的具有一定时间间隔的离散信号，R为核探测仪器中ADC之前的电路阻值，C为核探测仪器中ADC之前的容值，t为时间。

然后根据采集到的离散信号y[n]和所述微分函数表达式计算得到负指数核脉冲信号x[n]，该负指数核脉冲信号为恢复上升沿的单指数信号，如图4所示。

S4、取恢复上升沿的负指数核脉冲信号的上升沿和双指数核脉冲信号的下降沿构成新的核脉冲信号，如图5所示，恢复后的信号上升沿变陡，从双指数信号变成了单指数信号。

图6中峰值较高的曲线为没有经过逆运算的核脉冲信号的滤波成形效果，其平顶是倾斜的；峰值较低的曲线为采用本方法得到的新的核脉冲信号的滤波成形效果，改善了平顶倾斜的问题。

从图7、图8中可以看出，恢复上升沿的负指数核脉冲信号滤波后形成的能谱图的谱峰要比有经过逆运算的核脉冲信号形成的谱峰靠后一些，说明通过RC逆运算，扩大了系统的电压测量范围。

以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。

Claims (5)

1.基于RC逆变换的核脉冲信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将影响前置放大器电路中负指数核脉冲信号的分布电容和分布电阻等效为RC电路；

S2、通过RC电路微分数值分析方法得到负指数核脉冲信号与双指数核脉冲信号的函数表达式；

S3、通过ADC采样获取前置放大器输出的双指数核脉冲信号，并根据所述双指数核脉冲信号和所述函数表达式计算得到负指数核脉冲信号；

S4、采用计算得到的所述负指数核脉冲信号的上升沿和双指数核脉冲信号的下降沿构建新的核脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的基于RC逆变换的核脉冲信号处理方法，其特征在于，所述函数表达式为：

$\frac{Vi-Vo}{R}=C\frac{dVo}{dVt}$

其中V_i为负指数核脉冲信号，V_o为双指数核脉冲信号，R为核探测仪器中ADC之前的电路阻值，C为核探测仪器中ADC之前的容值，t为时间。

3.根据权利要求2所述的基于RC逆变换的核脉冲信号处理方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：通过ADC采样，将前置放大器输出的双指数核脉冲信号转化为具有一定时间间隔的离散信号，并将所述函数表达式根据微分定义转化为微分函数表达式，根据所述离散信号和所述微分函数表达式计算得到负指数核脉冲信号。

4.根据权利要求3所述的基于RC逆变换的核脉冲信号处理方法，其特征在于，所述微分函数表达式为：

$\frac{x\[n\]-y\[n\]}{R}=C\frac{y\[n\]-y\[n-1\]}{\mathrm{\Δ}t}$

其中，y[n]为双指数核脉冲信号经ADC采样获取的具有一定时间间隔的离散信号，x[n]为负指数核脉冲信号对应的具有一定时间间隔的离散信号，R为核探测仪器中ADC之前的电路阻值，C为核探测仪器中ADC之前的容值，t为时间。

5.根据权利要求1所述的基于RC逆变换的核脉冲信号处理方法，其特征在于，计算得到所述负指数核脉冲信号为单指数信号。