CN110568468B - 一种辐射脉冲计数突变算法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了脉冲计数技术领域的一种辐射脉冲计数突变算法，包括如下步骤：步骤S1、设定一动态阈值σ以及一触发数值n；步骤S2、获取脉冲个数m以及各脉冲的计数数据；步骤S3、m≥n？，若是，进入步骤S4；若否，结束流程；步骤S40、设定一初始计算数k以及一当前计算数i；步骤S5、i＜m/2？，若是，进入步骤S6；若否，结束流程；步骤S6、计算从0至m‑i个脉冲的计数数据的平均值A1，计算从m‑i至m个脉冲的计数数据的平均值A2，|A1‑A2|＞σ？若是，进入步骤S7；若否，则i+1，进入步骤S5；步骤S7、记录辐射脉冲计数突变1次，此时的i对应辐射脉冲计数突变位置。本发明的优点在于：实现提升脉冲型辐射检测仪器对脉冲突变计数的检测效果，提高响应速度，且不增加硬件成本。

Description

一种辐射脉冲计数突变算法
技术领域
本发明涉及脉冲计数技术领域，特别指一种辐射脉冲计数突变算法。
背景技术
脉冲型辐射检测仪器的核心是对脉冲计数的处理，传统的脉冲型辐射检测仪器大多使用低灵敏度脉冲型辐射传感器，并采用固定的单阈值对脉冲计数进行判断。由于脉冲型辐射传感器输出的脉冲时间分布具有随机性，使得在相同间隔的统计时间内脉冲计数有涨落，但脉冲计数服从泊松分布，可以求得脉冲计数的均方根
Figure BDA0002181260480000011
进而求得相对统计误差
Figure BDA0002181260480000012
其中N表示测量时间内的记脉冲计数；为了减小相对统计误差需要增大N，传统上采用提高脉冲型辐射传感器的灵敏度以及延长测量时间的方法。
但是，传统的方法存在有如下缺点：1、采用固定的单阈值对脉冲计数进行判断，在低辐射强度下检测计数突变效果差，且在超过阈值的辐射强度后，若辐射强度继续变高就无法再次检测到计数的突变，即使采用多个固定的单阈值算法，本质还是固定阈值，检测效果没有得到本质上的改善；2、灵敏度高的脉冲型辐射传感器价格昂贵；3、延长测量时间会牺牲脉冲型辐射检测仪器的响应速度。
因此，如何提供一种辐射脉冲计数突变算法，实现提升脉冲型辐射检测仪器对脉冲突变计数的检测效果，提高响应速度，且不增加硬件成本，成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种辐射脉冲计数突变算法，实现提升脉冲型辐射检测仪器对脉冲突变计数的检测效果，提高响应速度，且不增加硬件成本。
本发明是这样实现的：一种辐射脉冲计数突变算法，包括如下步骤：
步骤S10、设定一动态阈值σ以及一触发数值n；
步骤S20、获取脉冲个数m以及各脉冲的计数数据；
步骤S30、判断脉冲个数m是否大于等于所述触发数值n，若是，则进入步骤S40；若否，则结束流程；
步骤S40、设定一初始计算数k以及一当前计算数i，且当前计算数i从初始计算数k开始进行计算；其中n、m、k、i均为正整数，且n≤m，k≤i；
步骤S50、判断当前计算数i是否小于脉冲个数m的一半，若是，则进入步骤S60；若否，则结束流程；
步骤S60、计算从0至m-i个脉冲的计数数据的平均值A1，计算从m-i至m个脉冲的计数数据的平均值A2，判断A2与A1差值的绝对值是否大于所述动态阈值σ，若是，则进入步骤S70；若否，则将当前计算数i加1，并进入步骤S50；
步骤S70、记录辐射脉冲计数突变1次，此时的i对应辐射脉冲计数突变位置；删除从0至m-i个脉冲的计数数据，保留从m-i至m个脉冲的计数数据。
进一步地，所述步骤S10中，
所述动态阈值
Figure BDA0002181260480000021
其中N1表示0至m-i个脉冲的计数数据之和，N2表示从m-i至m个脉冲的计数数据之和，
Figure BDA0002181260480000022
表示用m-i至m个脉冲的计数数据之和计算动态阈值σ，
Figure BDA0002181260480000023
为使动态阈值σ在低本底下有更好表现的系数。
进一步地，所述步骤S60中，所述A2与A1差值的绝对值具体为：
Figure BDA0002181260480000031
本发明的优点在于：
1、通过延长测量时间获得更多的脉冲个数来减小相对统计误差，同时每秒对各脉冲计数数据的涨落的误差进行累积(对时间积分)，判断某一时长内误差累积值是否大于所述动态阈值σ，即判断A2与A1差值的绝对值是否大于所述动态阈值σ，极大的提升了脉冲型辐射检测仪器对脉冲突变计数的检测效果。
2、通过设置动态阈值σ，实现更快跟踪各脉冲的计数数据的变化量，极大的提高了脉冲型辐射检测仪器检测的响应速度。
3、通过延长测量时间的方式，利用灵敏度低的脉冲型辐射传感器也能实现很好的检测效果，即不增加硬件成本。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种辐射脉冲计数突变算法的流程图。
图2是本发明动态阈值系数项的仿真图。
具体实施方式
请参照图1至图2所示，本发明一种辐射脉冲计数突变算法的较佳实施例，包括如下步骤：
步骤S10、设定一动态阈值σ以及一触发数值n；通过设置动态阈值σ，实现更快跟踪各脉冲的计数数据的变化量，极大的提高了脉冲型辐射检测仪器检测的响应速度；通过设置触发数值n，当脉冲个数m大于触发数值n时才启用突变算法，有效预防由于低灵敏度的GM管在本底下的计数值太小，而意外检测到数据突变的情况；
步骤S20、获取脉冲个数m以及各脉冲的计数数据；各脉冲的计数数据为一个数组，数组长度根据需要的相对统计误差而自行设定；
步骤S30、判断脉冲个数m是否大于等于所述触发数值n，若是，则进入步骤S40；若否，则结束流程；
步骤S40、设定一初始计算数k以及一当前计算数i，且当前计算数i从初始计算数k开始进行计算；其中n、m、k、i均为正整数，且n≤m，k≤i；如果传感器灵敏度不大且响应时间要求不严格，初始计算数k建议取大于1的值；
步骤S50、判断当前计算数i是否小于脉冲个数m的一半，若是，则进入步骤S60；若否，则结束流程；
步骤S60、计算从0至m-i个脉冲的计数数据的平均值A1，计算从m-i至m个脉冲的计数数据的平均值A2，判断A2与A1差值的绝对值是否大于所述动态阈值σ，若是，则进入步骤S70；若否，则将当前计算数i加1，并进入步骤S50；
步骤S70、记录辐射脉冲计数突变1次，此时的i对应辐射脉冲计数突变位置；删除从0至m-i个脉冲的计数数据，保留从m-i至m个脉冲的计数数据。保留从m-i至m个脉冲的计数数据，即保留突变位置后的数据是为了更好的稳定数据。
所述步骤S10中，
所述动态阈值
Figure BDA0002181260480000041
其中N1表示0至m-i个脉冲的计数数据之和，N2表示从m-i至m个脉冲的计数数据之和，
Figure BDA0002181260480000042
表示用m-i至m个脉冲的计数数据之和计算动态阈值σ，
Figure BDA0002181260480000043
为使动态阈值σ在低本底下有更好表现的系数。
所述步骤S60中，所述A2与A1差值的绝对值具体为：
Figure BDA0002181260480000044
实际求取A2与A1差值的绝对值时，为了减少低本底下经常检测到突变的情况，需要缩小i倍：
Figure BDA0002181260480000051
A2与A1差值的绝对值大于所述动态阈值σ的表达式如下：
Figure BDA0002181260480000052
进而推导出：
Figure BDA0002181260480000053
即动态阈值包括一系数项
Figure BDA0002181260480000054
当m＝60，i＝0…29时的仿真图参见图2，从图2可知：
随着i的增大，动态阈值的系数项也会随着增大，这样可以避免本底下经常超过阈值的情况，当i＞22时动态阈值的系数项开始下降，这是考虑到i增大时，m-i至m个脉冲的计数数据之和也增大，计数数据的涨落将减小，即动态阈值的系数项也应对应减小。
本发明在计算动态阈值时需要进行频繁的开方运算，对于低配的MCU是非常占用CPU资源的，采用如下开方算法可以提高计算效率：
Figure BDA0002181260480000055
本发明的试验验证：
实验采用型号为J304盖革计数管(能量补偿型)，灵敏度为1uSv≥2CPS，测量统计时间为60S，每秒读取一次计数值，使用Am241作为测试辐射源。靠近Am241约2-3S立即检测到计数值突变，剂量值显示2uSv/h，响应效果非常好。放在辐射源上5分钟没有出现意外检测到计数突变，更长时间(半小时以上)的持续观察偶尔会出现意外检测到计数突变，说明数据稳定性不错，和市场常用的同灵敏度辐射检测仪比较在计数突变和数据稳定性方面有了非常大的改善。
综上所述，本发明的优点在于：
1、通过延长测量时间获得更多的脉冲个数来减小相对统计误差，同时每秒对各脉冲计数数据的涨落的误差进行累积(对时间积分)，判断某一时长内误差累积值是否大于所述动态阈值σ，即判断A2与A1差值的绝对值是否大于所述动态阈值σ，极大的提升了脉冲型辐射检测仪器对脉冲突变计数的检测效果。
2、通过设置动态阈值σ，实现更快跟踪各脉冲的计数数据的变化量，极大的提高了脉冲型辐射检测仪器检测的响应速度。
3、通过延长测量时间的方式，利用灵敏度低的脉冲型辐射传感器也能实现很好的检测效果，即不增加硬件成本。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (1)

1.一种辐射脉冲计数突变算法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S10、设定一动态阈值σ以及一触发数值n；
步骤S20、获取脉冲个数m以及各脉冲的计数数据；
步骤S30、判断脉冲个数m是否大于等于所述触发数值n，若是，则进入步骤S40；若否，则结束流程；
步骤S40、设定一初始计算数k以及一当前计算数i，且当前计算数i从初始计算数k开始进行计算；其中n、m、k、i均为正整数，且n≤m，k≤i；
步骤S50、判断当前计算数i是否小于脉冲个数m的一半，若是，则进入步骤S60；若否，则结束流程；
步骤S60、计算从0至m-i个脉冲的计数数据的平均值A1，计算从m-i至m个脉冲的计数数据的平均值A2，判断A2与A1差值的绝对值是否大于所述动态阈值σ，若是，则进入步骤S70；若否，则将当前计算数i加1，并进入步骤S50；
步骤S70、记录辐射脉冲计数突变1次，此时的i对应辐射脉冲计数突变位置；删除从0至m-i个脉冲的计数数据，保留从m-i至m个脉冲的计数数据；
所述步骤S10中，
所述动态阈值
Figure FDA0003946167120000011
其中N1表示0至m-i个脉冲的计数数据之和，N2表示从m-i至m个脉冲的计数数据之和，
Figure FDA0003946167120000012
表示用m-i至m个脉冲的计数数据之和计算动态阈值σ，
Figure FDA0003946167120000013
为使动态阈值σ在低本底下有更好表现的系数；
所述步骤S60中，所述A2与A1差值的绝对值具体为：
Figure FDA0003946167120000021
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