CN111413725A - 一种利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用虚拟仪器技术实现γ‑γ数字符合测量的系统及方法，包括第一探头、第一放大器、第二探头、第二放大器，第一探头与第一放大器的输入端连接，第二探头与第二放大器的输入端连接；还包括高速数据采集卡和虚拟仪器，虚拟仪器包括数据采集VI模块、能谱测量VI模块、相对时延分析VI模块、符合时间甄别VI模块，第一放大器和第二放大器的输出端均与高速数据采集卡电连接，高速数据采集卡与数据采集卡相连。本发明利用虚拟仪器技术，以通用的计算机硬件与操作系统为依托，通过集成工具开发平台编程软件，提供结构紧凑、扩展功能强、投入成本低、开发周期短、复用性强，具有多种测量和分析功能的γ‑γ数字符合测量系统及方法。

Description

一种利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统及 方法
技术领域
本发明属于放射性测量技术领域，特别涉及一种利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统及方法。
背景技术
符合法是放射性活度测量最准确的方法之一，在放射性测量、中子物理、核反应研究等领域具有广泛的应用。随着高性能ADC和大规模可编程数字器件的出现和发展，可使用高速A/D转换装置将模拟信号转换为数字信号，并能够通过多种不同的方式进行数字处理。相对于传统的模拟符合而言，数字符合能够实现数据回访，以及任意的设置阈值窗口的数量、大小和位置，也能够任意调节延迟时间，以及符合分辨时间的大小，这是放射性核素计量领域的突破。但是，在一般的γ-γ数字符合测量系统中，系统修复以及更新日益困难的问题非常明显，用户也难以根据自身需求对仪器的功能做出相应的调整和优化，而且具有独立功能的电子仪器价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统及方法，利用虚拟仪器技术，以通用的计算机硬件与操作系统为依托，通过集成工具开发平台编程软件，提供结构紧凑、扩展功能强、投入成本低、开发周期短、复用性强，具有多种测量和分析功能的γ-γ数字符合测量系统及方法；用户只需要掌握简单的编程知识，就可以根据实际需求，对整个系统功能进行调整和优化。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统，包括第一探头、第一放大器、第二探头、第二放大器，第一探头的输出端与第一放大器的输入端电连接，第二探头的输出端与第二放大器的输入端电连接；其特定是还包括高速数据采集卡和虚拟仪器，所述虚拟仪器包括数据采集VI模块、能谱测量VI模块、相对时延分析VI模块、符合时间甄别VI模块，第一放大器和第二放大器的输出端均与高速数据采集卡电连接，高速数据采集卡与数据采集卡相连，其中：
高速数据采集卡：用于将第一放大器和第二放大器输出的模拟信号转换为数字信号；
数据采集VI模块：用于控制高速数据采集卡的工作参数，并采集高速数据采集卡输出的数字信号、进行滤波及定时后提供给虚拟仪器中的VI模块；
能谱测量VI模块：用于调节γ窗的大小和位置，并记录γ窗内的脉冲数；
相对时延分析VI模块：用于消除符合支路的相对平均时延，使符合分辨时间调整为最佳；
符合时间甄别VI模块：用于记录总符合事件。
作为一种优选方式，采用S-G滤波器进行滤波。
作为一种优选方式，采用恒比定时方式对脉冲信号进行定时。
进一步地，符合时间甄别VI模块还用于符合测量活度计算，通过CH1道、CH2道和符合道计数计算所测样品或源的活度。
基于同一个发明构思，本发明还提供了一种利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的方法，其特定是利用所述的利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统，包括以下步骤：
步骤A，第一放大器将第一探头采集的模拟信号进行放大和成形后输出，第二放大器将第二探头采集的模拟信号进行放大和成形后输出；
步骤B，利用数据采集VI模块控制高速数据采集卡的工作参数，高速数据采集卡将步骤A中第一放大器和第二放大器输出的模拟信号转换为数字信号；
步骤C，数据采集VI模块采集高速数据采集卡输出的数字信号、进行滤波及定时后提供给虚拟仪器中的VI模块；
步骤D，能谱测量VI模块调节γ窗的大小和位置，并记录γ窗内的脉冲数；
步骤E，相对时延分析VI模块消除符合支路的相对平均时延，使符合分辨时间调整为最佳；
步骤F，符合时间甄别VI模块记录总符合事件。
作为一种优选方式，采用S-G滤波器进行滤波。
作为一种优选方式，采用恒比定时方式对脉冲信号进行定时。
进一步地，所述步骤F中，符合时间甄别VI模块还进行符合测量活度计算，通过CH1道、CH2道和符合道计数计算所测样品或源的活度。
与现有技术相比，本发明利用虚拟仪器技术，以通用的计算机硬件与操作系统为依托，通过集成工具开发平台编程软件，提供结构紧凑、扩展功能强、投入成本低、开发周期短、复用性强，具有多种测量和分析功能的γ-γ数字符合测量系统及方法；用户只需要掌握简单的编程知识，就可以根据实际需求，对整个系统功能进行调整和优化。
附图说明
图1为本发明γ-γ数字符合测量系统结构原理图。
图2为数据采集VI模块一实施例示意图。
图3为能谱测量VI模块一实施例示意图。
图4为相对时延分析VI模块和符合时间甄别VI模块一实施例示意图。
图5为γ-γ数字符合虚拟仪器软件界面图。
图6为本发明γ-γ数字符合测量方法原理图。
图7为输入到数据采集卡的模拟脉冲信号。
图8为S-G滤波和触发比0.2时的恒比定时示例。
图9为相对时延分析谱。
其中，11为第一探头，12为第二探头，21为第一放大器，22为第二放大器，31为第一高压电源，32为第二高压电源，4为高速数据采集卡，5为虚拟仪器，51为数据采集VI模块，52为能谱测量VI模块，53为相对时延分析VI模块，54为符合时间甄别VI模块。
具体实施方式
本发明的技术原理为：根据γ-γ符合测量原理，搭建γ级联射线的测量装置，该装置保留了前端电子模块，将模拟信号进行放大和成形，在保证符合支路之间的相对时间信息不丢失的情况下，降低对后端高速数据采集卡4性能的需求；同时利用虚拟仪器技术，使用LabVIEW图形化语言编程虚拟仪器处理软件，将虚拟仪器处理软件、高速数据采集卡4和γ级联射线装置结合在一起，组成γ-γ数字符合测量系统。
如图1所示，本发明利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统包括第一探头11、第一放大器21、第二探头12、第二放大器22，第一探头11的输出端与第一放大器21的输入端电连接，第二探头12的输出端与第二放大器22的输入端电连接；还包括高速数据采集卡4和虚拟仪器5(本实施例中，选用LabVIEW作为虚拟仪器5的开发平台)，所述虚拟仪器5包括数据采集VI模块51、能谱测量VI模块52、相对时延分析VI模块53、符合时间甄别VI模块54，第一放大器21和第二放大器22的输出端均与高速数据采集卡4电连接，高速数据采集卡4与数据采集卡相连，其中：
高速数据采集卡4：用于将第一放大器21和第二放大器22输出的模拟信号转换为数字信号；
数据采集VI模块51：用于控制高速数据采集卡4的工作参数，并采集高速数据采集卡4输出的数字信号、进行滤波及定时后提供给虚拟仪器5中的VI模块；
能谱测量VI模块52：用于任意调节γ窗的大小和位置，并记录γ窗内的脉冲数；
相对时延分析VI模块53：用于消除符合支路的相对平均时延，使符合分辨时间调整为最佳；
符合时间甄别VI模块54：用于记录总符合事件；还用于符合测量活度计算，通过CH1道、CH2道和符合道计数计算所测样品或源的活度。
利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统还包括第一高压电源31和第二高压电源32，用于分别为第一探头11和第二探头12供电。
本实施例中，采用S-G滤波器进行滤波。采用恒比定时方式对脉冲信号进行定时。
γ-γ数字符合测量系统前端电子模块优选选择，保持符合支路的相对时间信息不变的基础上，调整模拟信号的时间特性和成形宽度，降低对A/D转换设备采样频率的需求。
数据采集VI模块51一实施例如图2所示，能谱测量VI模块52一实施例如图3所示，相对时延分析VI模块53和符合时间甄别VI模块54一实施例如图4所示，根据设计好的数据处理方案，将编程好的VI模块相互结合，组成具有多种测量和分析功能的虚拟仪器测量系统，与高速数据采集卡4和γ级联射线测量装置组合，实现γ-γ数字符合测量，γ-γ数字符合虚拟仪器软件界面图如图5所示。
本发明的目的是这样实现的：首先对第一探头11和第二探头12(NaI(Tl)探头)、第一放大器21和第二放大器22进行选型，调整好信号的时间特性和成形宽度后，使用高速数据采集卡4将模拟信号转换为数字信号，并在LabVIEW上编程γ-γ处理软件所需的VI模块，实现γ-γ数字符合测量：
如图6所示，本发明所述利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的方法，利用所述利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统，包括以下步骤：
步骤A，第一放大器21将第一探头11采集的模拟信号进行放大和成形后输出，第二放大器22将第二探头12采集的模拟信号进行放大和成形后输出。
步骤B，利用数据采集VI模块51控制高速数据采集卡4的工作参数，高速数据采集卡4将步骤A中第一放大器21和第二放大器22输出的模拟信号转换为数字信号。
步骤C，数据采集VI模块51采集高速数据采集卡4输出的数字信号、进行滤波及定时后提供给虚拟仪器5中的VI模块。
本实施例中，采用S-G滤波器进行滤波。
频域滤波方法会产生群时移效应，丢失脉冲信号原来的时间信息，一般的时域滤波方法会使信号变宽和变矮，而S-G时域滤波方法可以避免频率滤波方法的弊端，又能克服时域滤波方法的不足。在LabVIEW背面板调用S-G滤波器VI模块，设置合适的阶数和窗宽，使信号滤波前后形状和宽度不变，达到有效保留原信号时间和幅度信息的目的。
本实施例中，采用恒比定时方式对脉冲信号进行定时。
恒比定时不仅是一种简单且准确的定时方法，还能够有效减少时间抖动带来的影响，因此使用恒比定时方式定时脉冲信号。为了使寻峰和定时结果更为精确，使用最小二乘法拟合数字信号，降低采样频率的不足带来的影响。调用peak detectionVI模块确定滤波后数字信号的幅度值和峰值位置，并根据设置好的触发比确定定时位置。
步骤D，能谱测量VI模块52调节γ窗的大小和位置，并记录γ窗内的脉冲数。具体地，根据多道能谱测量的原理，将获取的脉冲信号峰值形成能谱，并调用能谱显示控件的游标属性节点，实时获取游标位置。游标的位置可以自由调节，两游标道数之差即为γ窗的大小，并记录γ窗内的脉冲数。
步骤E，相对时延分析VI模块53消除符合支路的相对平均时延，使符合分辨时间调整为最佳。具体地，使用相对时延分析确定符合支路的相对时延，即记录1000ns以内的符合事件，并以CH1支路与CH2支路脉冲信号的定时时间之差为横坐标，形成相对时延分析谱。相对平均时延为该谱峰值示数，时间窗应为谱峰展宽的一半。扣除相对平均时延，使符合分辨时间为最佳，可以减少偶然符合发生的概率，也能够降低探测限。
步骤F，符合时间甄别VI模块54根据确定的最佳符合分辨时间甄别符合事件，并记录总符合事件；根据符合测量活度计算公式，通过CH1道、CH2道和符合道计数计算所测样品或源的活度。
本实施例的部分数据示例如图7～图9所示。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统，包括第一探头(11)、第一放大器(21)、第二探头(12)、第二放大器(22)，第一探头(11)的输出端与第一放大器(21)的输入端电连接，第二探头(12)的输出端与第二放大器(22)的输入端电连接；其特征在于，还包括高速数据采集卡(4)和虚拟仪器(5)，所述虚拟仪器(5)包括数据采集VI模块(51)、能谱测量VI模块(52)、相对时延分析VI模块(53)、符合时间甄别VI模块(54)，第一放大器(21)和第二放大器(22)的输出端均与高速数据采集卡(4)电连接，高速数据采集卡(4)与数据采集卡相连，其中：
高速数据采集卡(4)：用于将第一放大器(21)和第二放大器(22)输出的模拟信号转换为数字信号；
数据采集VI模块(51)：用于控制高速数据采集卡(4)的工作参数，并采集高速数据采集卡(4)输出的数字信号、进行滤波及定时后提供给虚拟仪器(5)中的VI模块；
能谱测量VI模块(52)：用于调节γ窗的大小和位置，并记录γ窗内的脉冲数；
相对时延分析VI模块(53)：用于消除符合支路的相对平均时延，使符合分辨时间调整为最佳；
符合时间甄别VI模块(54)：用于记录总符合事件。
2.如权利要求1所述的利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统，其特征在于，采用S-G滤波器进行滤波。
3.如权利要求1所述的利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统，其特征在于，采用恒比定时方式对脉冲信号进行定时。
4.如权利要求1所述的利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统，其特征在于，符合时间甄别VI模块(54)还用于符合测量活度计算，通过CH1道、CH2道和符合道计数计算所测样品或源的活度。
5.一种利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的方法，其特征在于，利用如权利要求1～4任一项所述利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的系统，包括以下步骤：
步骤A，第一放大器(21)将第一探头(11)采集的模拟信号进行放大和成形后输出，第二放大器(22)将第二探头(12)采集的模拟信号进行放大和成形后输出；
步骤B，利用数据采集VI模块(51)控制高速数据采集卡(4)的工作参数，高速数据采集卡(4)将步骤A中第一放大器(21)和第二放大器(22)输出的模拟信号转换为数字信号；
步骤C，数据采集VI模块(51)采集高速数据采集卡(4)输出的数字信号、进行滤波及定时后提供给虚拟仪器(5)中的VI模块；
步骤D，能谱测量VI模块(52)调节γ窗的大小和位置，并记录γ窗内的脉冲数；
步骤E，相对时延分析VI模块(53)消除符合支路的相对平均时延，使符合分辨时间调整为最佳；
步骤F，符合时间甄别VI模块(54)记录总符合事件。
6.如权利要求5所述的利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的方法，其特征在于，采用S-G滤波器进行滤波。
7.如权利要求5所述的利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的方法，其特征在于，采用恒比定时方式对脉冲信号进行定时。
8.如权利要求5所述的利用虚拟仪器技术实现γ-γ数字符合测量的方法，其特征在于，所述步骤F中，符合时间甄别VI模块(54)还进行符合测量活度计算，通过CH1道、CH2道和符合道计数计算所测样品或源的活度。
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