CN109901216A - 一种检测海水放射性核素的寻峰方法 - Google Patents

一种检测海水放射性核素的寻峰方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及海水检测技术领域，特别涉及一种检测海水放射性核素的寻峰方法。该方法包括以下步骤：遍历预设的放射性核素的可能存在区间范围内所有通道，对每个通道进行函数的变换，计算褶积滑动对称零面积方法的类函数变换的值，最后计算函数变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素的峰。本发明提供的方法不受累积时间的限制和海洋环境干扰，能够准确找出放射性核素的峰。

Description

一种检测海水放射性核素的寻峰方法
技术领域
本发明涉及海水检测技术领域，特别涉及一种检测海水放射性核素的寻峰方法。
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、所以检测海水放射性核素的寻峰方法，是海洋检测放射性核素测量所必须的，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，很难快速准确判断出海水中放射性物质所对应峰的位置。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。通常在检测放射性核素检测过程中，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对应的峰所存在的位置。
发明内容
基于现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种检测海水放射性核素的寻峰方法，以达到提高放射性核素寻峰的效率和准确度的目的。
为达到上述目的，本发明采用的的技术方案如下：
一种检测海水放射性核素的寻峰方法，包括以下步骤：
(1)遍历预设的放射性核素的可能存在区间范围内所有通道，对每个通道进行函数的变换；所述的函数为高斯函数、柯西函数、双曲正割函数、余弦函数或高斯函数的二阶导数；
(2)计算褶积滑动对称零面积方法的类函数变换的值；
(3)最后计函数变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素的峰。
所述的放射性核素为K40、I131、Co60、Cs137或Cs134。
所述步骤(2)中，褶积滑动对称零面积方法的类函数变换的值的计算公式为：
Cj＝Gj-d
其中W＝2*m+1；m为3。
所述步骤(3)中，计算函数变换谱与它的标准偏差的比SSi，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素的峰。SSi绝对值最大的点的，那么峰位为i，也就是要找的海水放射性核素的峰。
函数变换谱与它的标准偏差的比SSi的计算公式为：
其中，avg为所有通道的平均值在这里是Data[300]-Data[420]的平均值。data[i+j]为第i+j通道的数据值，cj为第i通道左右各三个元素范围内的对称零面积值。
作为本发明的一种优选方式，在步骤(1)对每个通道进行函数的变换之前，对所有通道的数据进行平滑过滤。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。
通过上述技术方案，本发明提供的一种检测海水放射性核素的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，能够识别出放射性核素的重叠峰，以及自动过滤掉一些明显的假峰寻峰准确度提高。
附图说明
图1为本发明实施例1所公开的一种检测海水放射性核素Cs137元素的寻峰方法流程示意图；
图2为本发明实施例1所公开的所有通道的能谱数据曲线；
图3为图2中数据平滑后的能谱数据曲线；
图4为图3放射性核素Cs137寻峰区间放大后的能谱曲线；
图5为计算得到放射性核素Cs137的峰位；
图6为计算对比的结果；
图7是本发明实施例2的一种检测海水放射性核素Cs134的寻峰方法中所有通道的能谱数据曲线；
图8为图7中数据平滑后的能谱数据曲线；
图9为图8放射性核素Cs134寻峰区间放大后的能谱曲线；
图10为计算得到放射性核素Cs134的峰位；
图11为计算对比的结果。
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。
实施例1一种检测海水放射性核素Cs137的寻峰方法，流程如图1所示，具体步骤如下：
S101、对所有通道的数据进行平滑过滤。
所有通道的能谱数据曲线如图2，过滤平滑后的能谱数据曲线如图3，过滤后，并放大显示放射性核素Cs137峰的核素区间能谱曲线如图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。
S102、如图4所示，遍历预设的放射性核素Cs137的可能存在区间范围内所有通道，对每个通道高斯函数的变换。
在本实施例中，Cs137的峰的通道可能存在的范围为300-420。对每个通道进行高斯变换，高斯变换函数为：
Gj＝exp[-4ln2*(j/H)^2]j为-3到3，H为1。
分别得到7个Gj；在下一步用到这一数据值。
S103、计算每个通道的褶积滑动对称零面积方法的类高斯函数变换的值。
计算褶积滑动对称零面积方法的类高斯函数变换的值。变换值的计算函数为：
Cj＝Gj-d
其中W＝2*m+1；m为3；
Gj为S102的计算结果，d为S102所有7个Gj的平均值。得到每个点对称林面积的高斯函数变换值。
S104、计算高斯变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素Cs137元素的峰；高斯变换谱即为步骤(3)计算得出的类高斯函数变换的值，在计算的过程中，变换谱就是变换值。变换谱是指数据曲线，变换值是指具体数值。
计算高斯变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素Cs137元素的峰。SSi绝对值最大的点的，那么峰位为i，也就是要找的海水放射性核素Cs137的峰。
高斯变换谱与它的标准偏差的比为：
avg为所有通道的平均值，在这里是Data[300]-Data[420]的平均值。
data[i+j]为第i+j通道的数据值，cj为第i通道左右各三个元素范围内的对称零面积值。
通过计算得到i为369，也就是第369通道为该范围内找到的放射性核素Cs137的峰位，如图5、6所示。
实施例2一种检测海水放射性核素CS134的寻峰方法，具体步骤如下：
S101、对所有通道的数据进行平滑过滤。
所有通道的能谱数据曲线如图7，过滤平滑后的能谱数据曲线如图8，过滤后，并放大显示放射性核素CS134峰的核素区间能谱曲线如图9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。
S102、如图9所示，遍历预设的放射性核素CS134的可能存在区间范围内所有通道，对每个通道高斯函数的二阶导数的变换。
在本实施例中，CS134的峰的通道可能存在的范围为450-620。对每个通道进行高斯函数的二阶导数变换，高斯函数的二阶导数变换函数为：
Gj＝8*ln2*(8ln2*j^2-H^2)*exp[-4ln2*(j/H)^2]/(H^4)；j为-3到3，H为1。
分别得到7个Gj；在下一步用到这一数据值。
S103、计算每个通道的褶积滑动对称零面积方法的类高斯函数的二阶导数变换的值。
计算褶积滑动对称零面积方法的类高斯函数的二阶导数变换的值。变换值的计算函数为：
Cj＝Gj-d
其中W＝2*m+1；m为3；
Gj为S102的计算结果，d为S102所有7个Gj的平均值。得到每个点对称林面积的高斯函数的二阶导数变换值。
S104、计算高斯函数的二阶导数变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素CS134元素的峰；高斯函数的二阶导数变换谱即为步骤(3)计算得出的类高斯函数的二阶导数变换的值，在计算的过程中，变换谱就是变换值。变换谱是指数据曲线，变换值是指具体数值。
计算高斯函数的二阶导数变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素CS134元素的峰。SSi绝对值最大的点的，那么峰位为i，也就是要找的海水放射性核素CS134的峰。
高斯函数的二阶导数变换谱与它的标准偏差的比为：
avg为所有通道的平均值，在这里是Data[450]-Data[620]的平均值。
data[i+j]为第i+j通道的数据值，cj为第i通道左右各三个元素范围内的对称零面积值。
通过计算得到i为514，也就是第514通道为该范围内找到的放射性核素CS134的峰位，如图10、11所示。
实施例3一种检测海水放射性核素Co60的寻峰方法，具体步骤如下：
S101、对所有通道的数据进行平滑过滤。
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。
S102、遍历预设的放射性核素Co60的可能存在区间范围内所有通道，对每个通道双曲正割函数的变换。
在本实施例中，Co60的峰的通道可能存在的范围为509-709。对每个通道进行双曲正割变换，双曲正割变换函数为：
Gj＝1/cosh(2.634*j/H)j为-3到3，H为1。
分别得到7个Gj；在下一步用到这一数据值。
S103、计算每个通道的褶积滑动对称零面积方法的类双曲正割函数变换的值。
计算褶积滑动对称零面积方法的类双曲正割函数变换的值。变换值的计算函数为：
Cj＝Gj-d
其中W＝2*m+1m为3
Gj为S102的计算结果，d为S102所有7个Gj的平均值。得到每个点对称林面积的双曲正割函数变换值。
S104、计算双曲正割变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素Co60元素的峰。
计算双曲正割变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素Co60元素的峰。SSi绝对值最大的点的，那么峰位为i，也就是要找的海水放射性核素Co60的峰。
双曲正割变换谱与它的标准偏差的比为：
data[i+j]为第i+j通道的数据值，cj为第i通道左右各三个元素范围内的对称零面积值。
通过计算得到i为646，也就是第646通道为该范围内找到的放射性核素Co60的峰位。
实施例4一种检测海水放射性核素I131的寻峰方法
S101、对所有通道的数据进行平滑过滤。
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。
S102、遍历预设的放射性核素I131的可能存在区间范围内所有通道，对每个通道柯西函数的变换。
在本实施例中，I131的峰的通道可能存在的范围为147-323。对每个通道进行柯西变换，柯西变换函数为：
Gj＝H^2/(H^2+4*j^2)j为-3到3，H为1。
分别得到7个Gj；在下一步用到这一数据值。
S103、计算每个通道的褶积滑动对称零面积方法的类柯西函数变换的值。
计算褶积滑动对称零面积方法的类柯西函数变换的值。变换值的计算函数为：
Cj＝Gj-d
其中W＝2*m+1m为3
Gj为S102的计算结果，d为S102所有7个Gj的平均值。得到每个点对称林面积的柯西函数变换值。
S104、计算柯西变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素I131元素的峰。
计算柯西变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素I131元素的峰。SSi绝对值最大的点的，那么峰位为i，也就是要找的海水放射性核素I131的峰。
柯西变换谱与它的标准偏差的比为：
data[i+j]为第i+j通道的数据值，cj为第i通道左右各三个元素范围内的对称零面积值。
通过计算得到i为258，也就是第258通道为该范围内找到的放射性核素I131的峰位。
实施例5一种检测海水放射性核素K40的寻峰方法，具体步骤如下：
S101、对所有通道的数据进行平滑过滤。
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。
S102、遍历预设的放射性核素K40的可能存在区间范围内所有通道，对每个通道余弦平方的变换。
在本实施例中，K40的峰的通道可能存在的范围为730-900。对每个通道进行余弦平方变换，余弦平方变换函数为：
Gj＝cos(3.14*j/2*H)*cos(3.14*j/2*H)j为-3到3，H为1。
分别得到7个Gj；在下一步用到这一数据值。
S103、计算每个通道的褶积滑动对称零面积方法的类余弦平方变换的值。
计算褶积滑动对称零面积方法的类余弦平方变换的值。变换值的计算函数为：
Cj＝Gj-d
其中W＝2*m+1；m为3；
Gj为S102的计算结果，d为S102所有7个Gj的平均值。得到每个点对称林面积的余弦平方变换值。
S104、计算余弦平方变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素K40元素的峰；余弦平方变换谱即为步骤(3)计算得出的类余弦平方变换的值，在计算的过程中，变换谱就是变换值。变换谱是指数据曲线，变换值是指具体数值。
计算余弦平方变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素K40元素的峰。SSi绝对值最大的点的，那么峰位为i，也就是要找的海水放射性核素K40的峰。
余弦平方变换谱与它的标准偏差的比为：
avg为所有通道的平均值，在这里是Data[730]-Data[900]的平均值。
data[i+j]为第i+j通道的数据值，cj为第i通道左右各三个元素范围内的对称零面积值。
通过计算得到i为806，也就是第806通道为该范围内找到的放射性核素K40的峰位。

Claims (5)

1.一种检测海水放射性核素的寻峰方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)遍历预设的放射性核素的可能存在区间范围内所有通道，对每个通道进行函数的变换；所述的函数为高斯函数、柯西函数、双曲正割函数、余弦函数或高斯函数的二阶导数；
(2)计算褶积滑动对称零面积方法的类函数变换的值；
(3)最后计函数变换谱与它的标准偏差的比，得到绝对值最大的点，则判断该峰位为海水放射性核素的峰。
2.根据权利要求1所述的一种检测海水放射性核素的寻峰方法，其特征在于，所述的放射性核素为K40、I131、Co60、Cs137或Cs134。
3.根据权利要求2所述的一种检测海水放射性核素的寻峰方法，其特征在于，所述步骤(2)中，褶积滑动对称零面积方法的类函数变换的值Cj的计算函数为：
Cj＝Gj-d；
其中W＝2*m+1；m为3；
4.根据权利要求3所述的一种检测海水放射性核素的寻峰方法，其特征在于，所述步骤(3)中，函数变换谱与它的标准偏差的比的计算公式为：
其中，avg为所有通道的平均值在这里是Data[300]-Data[420]的平均值；data[i+j]为第i+j通道的数据值，cj为第i通道左右各三个元素范围内的对称零面积值。
5.根据权利要求1-4任一项所述的检测海水放射性核素的寻峰方法，其特征在于，在步骤(1)对每个通道进行函数的变换之前，对所有通道的数据进行平滑过滤。
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