CN109696702A - 一种海水放射性核素k40检测的重叠峰判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海水检测技术领域，涉及一种海水放射性核素K40检测的重叠峰判断方法，该包括以下步骤：(1)寻找放射性核素K40的峰；(2)根据已经寻找到的放射性核素K40的峰，以及K40核素对应的半高宽，查询K40元素的边界；(3)对原始数据中K40核素左右边界范围内的数据，分别进行高斯拟合，和二次函数拟合，分别得到拟合后的峰位；(4)将二次函数拟合的峰位和高斯拟合的峰位进行比较，通过判断和计算，得到重叠峰的峰位。本发明所公开的海水放射性核素K40检测的重叠峰判断寻峰方法不受累积时间的限制，也不受海洋环境干扰的限制，能够识别出海水放射性核素K40检测的重叠峰，以及可以提高计算的准确度。
Description
技术领域
本发明属于海水检测技术领域，涉及一种海水放射性核素K40检测的重叠峰判断方法。
背景技术
在海洋放射性物质综合测量过程中，如果存在相应的放射性物质，在所对应的能量区间会出现相应的峰。由于检测到放射性核素信号的峰发生无规律的漂移、重叠，所以海水放射性核素K40元素的峰，可能存在重叠峰的存在，影响海水放射性核素K40的检测结果。检测海水放射性核素K40重叠峰的判断方法，是海洋检测放射性K40测量效率所必须的，是目前国内海洋放射性测量发展的核心。现有的海水放射性环境监测方法通常是以假定海水中待测放射性物质所对应的检测信号是平稳的或是时不变的为前提，并不适用于复杂的海洋环境。
但是，实际的海洋现场检测环境是复杂多变的，干扰因素很多。在实际作业过程中发现，海洋环境的变化对海洋物质的测量存在干扰，其现象是检测到的电压信号的幅度会出现无规律的变化，为得到真正海水放射性核素K40的检测结果，及时在发现海水放射性核素K40峰的基础上，很难快速找到放射性核素K40峰的干扰重叠峰的位置，以便去除干扰。基于以上原因，现有的用于检测海水中放射性物质的寻峰方法，其检测不具有准确性。通常在放射性核素K40检测过程中，会出现很多的峰，有假峰，有叠加峰，也有干扰数据引起的误差峰。因此，现场测量必须找到一种方法来准确判断放射性物质K40对应的峰的基础上，发现周围重叠峰所存在的位置。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种海水放射性核素K40检测的重叠峰判断方法，能够在测量放射性核素K40对应峰的基础上，快速找到重叠峰的位置，以达到提高寻峰的效率和准确度的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种海水放射性核素K40检测的重叠峰判断方法，包括以下步骤：
(1)寻找放射性核素K40的峰；
(2)根据已经找寻到的放射性核素K40的峰，以及K40核素对应的半高宽，查询K40元素的边界；
(3)对原始数据中K40核素左右边界范围内的数据，分别进行高斯拟合，和二次函数拟合，分别得到拟合后的峰位；
(4)将二次函数拟合的峰位和高斯拟合的峰位进行比较，通过判断和计算，得到重叠峰的峰位。
上述方案中，所述步骤(2)中，左边界＝峰位-半高宽*3/2.35；右边界＝峰位+半高宽*3/2.35。
上述方案中，所述步骤(3)中，高斯拟合函数如下：
其中，Ymax为峰的信号值，Xmax为峰的通道，S/2为拟合半高宽的平方值，Xi为拟合曲线的通道值，Yi为拟合曲线通道对应的信号值；高斯拟合函数的峰位为Xmax；
二次拟合函数为：y＝a*x^2+b*x+c；二次拟合函数的峰位为-b/(2*a)。
上述方案中，所述步骤(4)中，如果二次函数拟合的峰位，大于高斯拟合的峰位，遍历原始数据从第一个高斯拟合的计数值大于原始数据计数值开始，到右边界的范围内，或者第一个符合条件的通道，也就是找到的重叠峰的峰位。计算一阶导数，如果存在一阶导数由正变负，并且该位置的计数值，大于拟合函数的计数值，该通道为符合条件的通道，结束判断，并得到确认存在核素K40的重叠峰，重叠峰的峰位为该点。
上述方案中，所述步骤(4)中，如果二次函数拟合的峰位，小于高斯拟合的峰位，遍历原始数据从第一个高斯拟合的计数值大于原始数据计数值开始，到左边界的范围内，或者第一个符合条件的通道，也就是找到的重叠峰的峰位。计算一阶导数，如果存在一阶导数由负变正，并且该位置的计数值，大于拟合函数的计数值，该通道为符合条件的通道，结束判断，并得到确认存在核素K40的重叠峰，重叠峰的峰位为该点。
通过上述技术方案，本发明提供的海水放射性核素K40检测的重叠峰判断方法不受累积时间的限制，也不受海洋环境干扰的限制，能够在测量放射性核素K40对应峰的基础上，快速找到重叠峰的位置，以达到提高寻峰的效率和准确度的目的。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的一种海水放射性核素K40检测的重叠峰判断方法流程示意图；
图2为本发明实施例所公开的所有通道的能谱数据曲线图；
图3为本发明实施例所公开的图2中放大后的K40峰的能谱数据曲线图；
图4为本发明实施例所公开的对放大后的K40峰平滑后的能谱曲线图；
图5为本发明实施例所公开的高斯拟合曲线与k峰对比能谱曲线图；
图6为本发明实施例所公开的二次函数拟合曲线与k峰对比的能谱曲线图；
图7为本发明实施例所公开的高斯拟合曲线、二次函数拟合曲线与k峰对比的能谱曲线图；
图8为本发明实施例所公开的二次函数拟合曲线与高斯拟合曲线对比的能谱曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种海水放射性核素K40检测的重叠峰判断方法，如图1所示，具体流程如下：
S101、寻找放射性核素K40的峰，寻峰方法可采用现有技术的方法，也可采用本发明申请人前期已申请的发明专利中提供的一种海水放射性核素K40元素的寻峰方法，该方法具体步骤如下：
(1)对所有通道的数据进行五点平滑，使得数据更为平滑。
所有通道的能谱数据曲线如图2，放大的放射性核素K40的峰能谱曲线如图3，过滤后的放射性核素K40的峰如图4所示，在本实施例中，为了发现重叠峰的位置，从第三个通道到倒数第三个通道，假设该通道为i，信号值为v(i)，平滑后的信号值为[-3×v(i-2)+12×v(i-1)+17×v(i)+12×v(i+1)+(-3)×v(i+2)]/35。平滑只是为了寻峰过程中在不影响曲线波形的情况下，找到真正的峰位置，并不影响最终的计算结果，根据实际需要，采用这个权重比。
(2)遍历预设的放射性核素K的可能存在区间范围内所有通道，计算每个通道的计数值分别减去左右各两个通道的计数值的差值，如果两个差值都为正数，则将该通道作为预设峰位。放射性核素K的峰的正常通道范围为716-836；但有可能左右各飘逸100个通道左右，所以本发明查找600到950的通道范围。
在本实施例中，如果在五点内为波峰，说明该点是波峰，这些波峰中有的是假峰，有的不是该放射性核素对应的峰，再遍历所有的点来判断是否属于该放射性核素对应的峰。
假设预设的放射性核素为K，通过在通道600到950范围内的二阶导数共有m个，查找m个通道所在位置的数据值，分别为v1，v2，…，vm；对应通道的t1，t2，…，tm；其中通道tx为m个在左右各二个通道的范围内的五个点为最大的数据值，信号值vx，选择该点作为预设峰位。
(3)查找原始数据得到峰值，根据高斯拟合公式，和峰位，峰值，以及半高宽，分别计算预设峰位的左右边界。
左右边界的信号值＝2×预设峰位对应的半高宽信号值-预设峰位的信号值，查找原始数据，找到左右边界的信号值对应的左右边界通道。
把tx作为预设的峰位，得到对应的vx为对应的峰值；vx为v1，v2，…，vm中的一个值，且是其中最大的；预设寻峰的放射性核素K的半高宽为b；半高宽的通道位置p＝tx-b；得到通道p所对应的信号值n；该n必须小于vx，否则返回0，记录该预设的峰为假峰；左边界的信号值vleft应该为2×n-vx；该从峰位向左遍历第一个小于等于vleft值的点，就定义为左边界的点，或者向左遍历的个数大于半高宽，记录下通道号和信号值。
把tx作为预设的峰位，得到对应的vx为对应的峰值；vx为v1，v2，…，vm中的一个值，且是其中最大的；预设寻峰的放射性核素K的半高宽为b；半高宽的通道位置p＝tx+b；得到通道p所对应的信号值n；该n必须小于vx，否则返回0，记录该预设的峰为假峰；右边界的信号值vright应该为2×n-vx；从峰位向右遍历第一个小于等于vrgiht值的点，就定义为右边界的点，或者向右遍历的个数大于半高宽，记录下通道号和信号值。
(4)分别对比峰到左右边界范围内的原始数据与高斯拟合函数所对应的数据，并计算余弦相似度，峰为预设的可能是放射性核素K40元素的峰。高斯拟合函数如下，
其中：s是2*半高宽的平方＝4232；Xi是指第i个通道；Yi是第i个通道的计数值；Xmax为峰为，Ymax为原始数据中的峰值。
余弦相似度的公式如下：
将得到的拟合函数的数据值与预设的放射性核素的数据值进行对比，计算得到余弦相似度。
拟合函数边界的通道和计数值分别为x1，y1；预设峰的通道和计数值分别为Xmax，Ymax；高斯拟合曲线的向量为(Xmax-x1，Ymax-y1)，也就是(xx，yyb)。
原始数据边界的通道和计数值分别为x1，yys；预设峰的通道和计数值分别为Xmax，Yys；高斯拟合曲线的向量为(Xmax-x1，Yys-yys)，也就是(xx，yy)。
xx＝Xmax-x1；yy＝Yys–yys；yyb＝Ymax-y1；
余弦相似度为(xx*yy+xx*yyb)/[sqrt(xx*xx*2)*sqrt(yy*yy+yyb*yyb)]。
(5)对比所有预设峰的左右两侧的余弦相似度，找到任意一边余弦相似度是最大值的峰，该峰就为海水放射性核素K40元素的峰。
S102、根据已经找寻到的放射性核素K40的峰，以及K40核素对应的半高宽，查询K40元素的边界。
在本实施例中，寻找到放射性核素K40的峰为916通道，系统采集标定的放射性核素K40半高宽为46，左边界＝峰位-半高宽*3/2.35；右边界＝峰位+半高宽*3/2.35，遍计算得到放射性核素K40峰的左右边界分别为857和975。
S103、对原始数据中K40核素左右边界范围内的数据，分别进行高斯拟合，和二次函数拟合，分别得到拟合后的峰位。高斯拟合函数如下：
其中，Ymax为峰的信号值，Xmax为峰的通道，S/2为拟合半高宽的平方值，Xi为拟合曲线的通道值，Yi为拟合曲线通道对应的信号值。高斯拟合函数的峰位为Xmax。
二次拟合函数为：y＝a*x^2+b*x+c；二次拟合函数的峰位为-b/(2*a)。
本系统如图5，图6，图7，图8的高斯拟合和二次函数拟合的结果如下：
高斯拟合：s：1585.258386 xmax：911.677769 ymax：2495.369597 fwhm：28.153671高斯拟合：左道：857 右道：975
二次拟合：c：-635267.070639 b：1395.216959 a：-0.763197 peak：914.060954二次拟合：左道：857 右道：975
高斯拟合的峰位为911.677769；二次函数拟合的峰位为914.060954；
S104、(1)如果二次函数拟合的峰位，在高斯拟合的右侧，遍历原始数据从高斯拟合的峰位，到右边界的范围内，第一个高斯拟合的计数值大于原始数据的计数值的通道开始判断，一直判断到第一个符合条件的通道结束判断，计算一阶导数，如果存在一阶导数由正变负，并且该位置的计数值，大于拟合函数的计数值，该通道为符合条件的通道，结束判断，并得到确认存在核素K40的重叠峰，重叠峰的峰位为该点。
如图5所示，根据本系统测试的数据，第一个高斯拟合通道计算的计数值大于原始数据该通道的计数值的点为929通道，开始计算一阶导数，每个通道计算一阶导数的方法为该通道+1的通道的计数值减去该通道的计数值，onejie＝Data[channel+1]-Data[channel]。如果遍历的过程中，发现第一个onejie的结果由正数变为负数，该通道为重叠峰的峰位，结束判断。或者直到右边界，结束判断。高斯拟合函数如下：
其中，Ymax为峰的信号值，Xmax为峰的通道，本系统的测试数据代入的参数为高斯拟合：s：1585.258386 xmax：911.677769 ymax：2495.369597
通道：941 高斯拟合计数值：1450.733045 原始数据计数值：1825
所以第941通道为所要寻找的重叠峰的峰位。
(2)如果二次函数拟合的峰位，在高斯拟合的左侧，遍历原始数据从高斯拟合的峰位，到左边界的范围内，第一个高斯拟合的计数值大于原始数据的计数值的通道开始判断，一直判断到第一个符合条件的通道结束判断，计算一阶导数，如果存在一阶导数由负变正，并且该位置的计数值，大于拟合函数的计数值，该通道为符合条件的通道，结束判断，并得到确认存在核素K40的重叠峰，重叠峰的峰位为该点。
因为二次函数拟合的峰位大于高斯拟合的峰位，重叠峰在右边，所以不进行该项计算。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种海水放射性核素K40检测的重叠峰判断方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)寻找放射性核素K40的峰；
(2)根据已经寻找到的放射性核素K40的峰，以及K40核素对应的半高宽，查询K40元素的边界；
(3)对原始数据中K40核素左右边界范围内的数据，分别进行高斯拟合，和二次函数拟合，分别得到拟合后的峰位；
(4)将二次函数拟合的峰位和高斯拟合的峰位进行比较，通过判断和计算，得到重叠峰的峰位。
2.根据权利要求1所述的一种海水放射性核素K40检测的重叠峰判断方法，其特征在于：所述步骤(2)中，左边界＝峰位-半高宽*3/2.35；右边界＝峰位+半高宽*3/2.35。
3.根据权利要求2所述的一种海水放射性核素K40检测的重叠峰判断方法，其特征在于：所述步骤(3)中，高斯拟合函数如下：
其中，Ymax为峰的信号值，Xmax为峰的通道，S/2为拟合半高宽的平方值，Xi为拟合曲线的通道值，Yi为拟合曲线通道对应的信号值；高斯拟合函数的峰位为Xmax；
二次拟合函数为：y＝a*x^2+b*x+c；二次拟合函数的峰位为-b/(2*a)。
4.根据权利要求3所述的一种海水放射性核素K40检测的重叠峰判断方法，其特征在于：所述步骤(4)中，如果二次函数拟合的峰位，大于高斯拟合的峰位，遍历原始数据从第一个高斯拟合的计数值大于原始数据计数值开始，到右边界的范围内，或者第一个符合条件的通道，也就是找到的重叠峰的峰位；计算一阶导数，如果存在一阶导数由正变负，并且该位置的计数值，大于拟合函数的计数值，该通道为符合条件的通道，结束判断，并得到确认存在核素K40的重叠峰，重叠峰的峰位为该点。
5.根据权利要求3所述的一种海水放射性核素K40检测的重叠峰判断方法，其特征在于：所述步骤(4)中，如果二次函数拟合的峰位，小于高斯拟合的峰位，遍历原始数据从第一个高斯拟合的计数值大于原始数据计数值开始，到左边界的范围内，或者第一个符合条件的通道，也就是找到的重叠峰的峰位；计算一阶导数，如果存在一阶导数由负变正，并且该位置的计数值，大于拟合函数的计数值，该通道为符合条件的通道，结束判断，并得到确认存在核素K40的重叠峰，重叠峰的峰位为该点。
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Inventor after: Cheng Yan Inventor after: Wang Qian Inventor after: Zhang Yingying Inventor after: Yuan Da Inventor after: Feng Xiandong Inventor after: Wu Bingwei Inventor after: Zhang Yunyan Inventor after: Hou Guangli Inventor after: Liu Dongyan Inventor after: Zhang Ying Inventor before: Zhang Yingying Inventor before: Wang Qian Inventor before: Cheng Yan Inventor before: Yuan Da Inventor before: Feng Xiandong Inventor before: Wu Bingwei Inventor before: Zhang Yunyan Inventor before: Hou Guangli Inventor before: Liu Dongyan Inventor before: Zhang Ying |
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| GR01 | Patent grant | ||
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