CN111896995B - 基于模拟比较法的小型体源模型校准方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于模拟比较法的小型体源模型校准方法和装置，该方法包括：在小型体源模型下计算钾、铀和钍的第一窗计数率；结合模拟输入的小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量，计算各半径下的被校准仪器的第一剥离系数；计算被校准仪器的第二剥离系数；根据第一剥离系数和第二剥离系数计算剥离系数修正因子；应用剥离系数修正因子对在小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统的初始剥离系数进行修正，得到与大型模型上校准的大型γ能谱测量系统剥离系数一致的目标剥离系数；基于目标剥离系数对小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准。节约了校准成本，提升了校准效率，达到了校准结果单位统一，量值准确可靠的目的。

Description

基于模拟比较法的小型体源模型校准方法和装置

技术领域

本发明涉及电离辐射计量校准技术应用领域，具体涉及一种基于模拟比较法的小型体源模型校准方法和装置。

背景技术

航空放射性测量主标准器模型是航空放射性测量的计量标准，是铀矿资源勘查、放射性辐射环境调查、核应急监测等航空放射性元素能谱测量，以及工作计量统一、量值准确性测试过程中不可或缺的基础装置。

现有的航空放射性测量主标准器模型建于1986年，受到当时科技发展的限制，主标准器模型的单个模型面积占地面积127.3m²，重达140吨，固定放置于石家庄大郭村机场，是现有的航空放射性测量唯一的国防和国家计量标准设备。每次开展航空γ能谱仪校准工作时，必须将飞机和待校准的仪器调往该机场进行校准。

我国国土辽阔，每次开展校准工作都需要将待校准的仪器运输至该机场进行校准，造成整个校准过程成本高、工作周期长，限制了航空放射性测量的用户数量，制约了工作效率。

发明内容

有鉴于此，提供一种基于模拟比较法的小型体源模型校准方法和装置，以解决相关技术中主标准器无法移动、校准过程成本高、工作周期长、工作效率低的问题。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种基于模拟比较法的小型体源模型校准方法，该方法包括：

应用蒙特卡罗建模方法对大型γ能谱测量系统和小型体源模型分别进行模拟建模，以确定大型γ能谱测量系统的数学模型和小型体源模型的数学模型；

根据第一摆放规则摆放各个所述小型体源模型和所述大型γ能谱测量模型，以得到设定半径范围内不同半径的测量系统的模拟能谱数据，根据所述模拟能谱数据计算钾、铀和钍的第一窗计数率；

根据模拟输入的所述小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量，和，所述钾、铀和钍的第一窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算各个半径下的被校准仪器的第一剥离系数；

应用所述蒙特卡罗建模方法，对大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型分别进行建模，根据第二摆放规则摆放各个大型体源模型和大型γ能谱测量系统，以得到所述大型γ能谱测量系统在大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型上的模拟能谱数据，按照设定校准规程计算钾、铀和钍的第二窗计数率；

根据模拟输入的所述大型体源模型钾、铀和钍元素质量含量，和，所述钾、铀和钍的第二窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算被校准仪器的第二剥离系数；

根据所述第一剥离系数和所述第二剥离系数计算剥离系数修正因子；

应用剥离系数修正因子对在小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统的初始剥离系数进行修正，得到目标剥离系数，其中，所述目标剥离系数与大型模型上校准的大型γ能谱测量系统剥离系数一致；

基于所述目标剥离系数对所述小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准。

第二方面，本申请实施提供了一种基于模拟比较法的小型体源模型校准装置，该装置包括：

第一建模模块，用于应用蒙特卡罗建模方法对大型γ能谱测量系统和小型体源模型分别进行模拟建模，以确定大型γ能谱测量系统的数学模型和小型体源模型的数学模型；

第一窗计数率计算模块，用于根据第一摆放规则摆放各个所述小型体源模型和所述大型γ能谱测量模型，以得到设定半径范围内不同半径的测量系统的模拟能谱数据，根据所述模拟能谱数据计算钾、铀和钍的第一窗计数率；

第一剥离系数计算模块，用于根据模拟输入的所述小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量，和，所述钾、铀和钍的第一窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算各个半径下的被校准仪器的第一剥离系数；

第二建模和计算模块，用于应用所述蒙特卡罗建模方法，对大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型分别进行建模，根据第二摆放规则摆放各个大型体源模型和大型γ能谱测量系统，以得到所述大型γ能谱测量系统在大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型上的模拟能谱数据，按照设定校准规程计算钾、铀和钍的第二窗计数率；

第二剥离系数计算模块，用于根据模拟输入的所述大型体源模型钾、铀和钍元素质量含量，和，所述钾、铀和钍的第二窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算被校准仪器的第二剥离系数；

修正因子计算模块，用于根据所述第一剥离系数和所述第二剥离系数计算剥离系数修正因子；

修正模块，用于应用剥离系数修正因子对在小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统的初始剥离系数进行修正，得到目标剥离系数，其中，所述目标剥离系数与大型模型上校准的大型γ能谱测量系统剥离系数一致；

校准模块，用于基于所述目标剥离系数对所述小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准。

本发明解决了小型体源模型校准大型γ能谱测量系统剥离系数的技术难题，通过剥离系数校准技术的改进和升级，使现有固定式校准方法能够脱离大型航空放射性测量主标准器模型的限制，提高了大型γ能谱测量系统校准工作的机动性，除小型体源模型校准大型γ能谱仪测量系统时，由于计量标准器模型体积或密度变化造成的校准剥离系数偏差；节约了校准过程的工作成本，缩短了校准工作周期，提升了工作效率。为铀资源勘查、辐射环境航空调查、核应急航空监测等放射性元素能谱测量工作提供了快速响应的校准技术方案。达到了校准结果单位统一，量值准确可靠的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种基于模拟比较法的小型体源模型校准方法的流程图；

图2是本申请实施例中适用的一种小型体源模型与大型γ能谱仪探测器的位置关系图；

图3是本申请实施例中适用的一种小型体源模型、现有航空模型、大型γ能谱探测器相对位置关系图；

图4是本申请实施例中适用的一种剥离系数修正因子K_α随小型体源模型摆放半径的模拟计算曲线图；

图5是本申请实施例中适用的一种剥离系数修正因子K_β随小型体源模型摆放半径的模拟计算曲线图；

图6是本申请实施例中适用的一种剥离系数修正因子K_γ随小型体源模型摆放半径的模拟计算曲线图；

图7是本申请实施例提供的一种基于模拟比较法的小型体源模型校准装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例

首先对本申请的应用背景可应用场景进行说明，本发明涉及电离辐射计量校准技术应用领域，为我国铀资源勘查、辐射环境航空调查、核应急航空监测等放射性元素能谱测量，以及工作计量单位统一、量值准确性测试提供校准技术方法，为电离辐射研究和生产应用提供计量技术基础。

图1为本发明实施例提供的一种基于模拟比较法的小型体源模型校准方法的流程图，该方法可以由本发明实施例提供的基于模拟比较法的小型体源模型校准装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现。参考图1，该方法具体可以包括如下步骤：

S101、应用蒙特卡罗建模方法对大型γ能谱测量系统和小型体源模型分别进行模拟建模，以确定大型γ能谱测量系统的数学模型和小型体源模型的数学模型。

具体的，蒙特卡罗方法又称为统计建模方法，指使用随机数或伪随机数来解决很多计算问题的方法，其基本思想是，当所求解问题是某种随机事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，通过某种“实验”的方法，以这种事件出现的频率估计这一随机事件的概率，或者得到这个随机变量的某些数字特征，并将其作为问题的解。

可选的，应用蒙特卡罗建模方法对大型γ能谱测量系统和小型体源模型分别进行模拟建模，以确定大型γ能谱测量系统的数学模型和小型体源模型的数学模型，具体可以通过如下方式实现：应用蒙特卡罗建模方法，根据大型γ能谱测量系统的几何结构数据和每种制造材料的元素成分、比例和密度数据进行模拟建模，确定大型γ能谱测量系统的数学模型；应用蒙特卡罗建模方法，根据小型体源模型的几何结构、全元素化学取样分析的元素成分、比例和密度数据，确定小型体源模型的数学模型。

详细的，根据大型γ能谱测量系统几何结构数据及其每种制造材料的元素成分、比例和密度数据，进行测量系统的蒙特卡罗模拟数学建模。可采用全元素化学取样分析法对探测器周围的材料取样进行元素成分分析，对探测器结构进行成像扫描和数字化成图的方式来提高建模数据的准确性，以提高模拟精度和比较效果。根据小型体源模型的几何结构，全元素化学取样分析的元素成分、比例，以及密度测量数据，进行小型体源模型的蒙特卡罗模拟建模。

S102、根据第一摆放规则摆放各个小型体源模型和大型γ能谱测量模型，以得到设定半径范围内不同半径的测量系统的模拟能谱数据，根据模拟能谱数据计算钾、铀和钍的第一窗计数率。

可选的，第一摆放规则包括：将小型体源模型数学模型设置在设定半径范围内的正六边形角点位置，将大型γ能谱测量系统的探测器设置在正六边形原点的正上方的设定高度处。在一个具体的例子中，将小型体源模型数学模型置于半径0m～7m的正六边形角点位置，将将大型γ能谱测量系统探测器置于坐标原点正上方0.5m～1.5m高度。这样可以采用大型科学计算平台进行模拟计算，得到不同半径上的测量系统模拟能谱数据，进而计算得到钾、铀、钍窗计数率。

S103、根据模拟输入的小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量，和，钾、铀和钍的第一窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算各个半径下的被校准仪器的第一剥离系数。

其中，α_r、β_r、γ_r为第一剥离系数，接下类对剥离系数的计算过程进行说明，而第一剥离系数和第二剥离系数的计算过程均可参照该剥离系数的计算过程执行。依据JJG(军工)26-2012《航空γ能谱仪检定规程》、JJG(军工)150-2017《车载γ能谱仪检定规程》或相关作业指导书对大型γ能谱仪测量原始数据进行处理，得到被校准仪器在本底、钾、铀、钍及混合模型上测得的钾、铀、钍窗计数率，其中，本底模型用b表示，钾模型用k表示，钍模型用t表示，混合模型用m表示。

示例性的，根据钾、铀和钍的第一窗计数率和小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量建立能窗剥离系数矩阵；对能窗剥离系数矩阵进行求解，得到各个半径下的被校准仪器的第一剥离系数矩阵和能窗探测灵敏度系数矩阵；在第一剥离系数矩阵中获取相应的第一剥离系数。

在一个具体的例子中，采用本底模型法对测量数据进行环境辐射本底扣除，n_ij＝N_ij-N_bj，式中，N_bj为本底辐射环境中，被校准仪器测量的第j能窗计数率，单位s^-1；N_ij为第i模型上，被校准仪器的第j能窗计数率，单位s^-1；n_ij为第i模型上，被校准仪器第j能窗扣除本底后的净计数率，单位s^-1。i分别表示钾、铀、钍、混合模型，j分别表示K、U、Th能窗。通过解矩阵方程，对被校准仪器的能窗剥离系数矩阵A进行计算，n_ij＝C_ij×[A·S]

其中，

计算得到：

式中，n_ji为第i模型上，被校准仪器第j能窗扣除本底后的净计数率，单位s^-1；C_ji为第i模型中，第j元素的质量含量参考值，其中钾元素质量含量单位％，铀、钍元素含量单位μg/g；A为剥离系数矩阵，无量纲；S为能窗探测灵敏度矩阵，s_k为钾窗对钾元素含量的探测灵敏度，单位(s^-1)/(％)，s_u为铀窗对铀元素含量的探测灵敏度，单位(s^-1)/(μg/g)，s_t为钍窗对钍元素含量的探测灵敏度，单位(s^-1)/(μg/g)。

因此，根据模拟输入的小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量，和，钾、铀和钍的第一窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算各个半径下的被校准仪器的第一剥离系数。需要说明的是，“第一”和“第二”只是为了区分，并无实际的含义。

S104、应用蒙特卡罗建模方法，对大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型分别进行建模，根据第二摆放规则摆放各个大型体源模型和大型γ能谱测量系统，以得到大型γ能谱测量系统在大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型上的模拟能谱数据，按照设定校准规程计算钾、铀和钍的第二窗计数率。

可选的，第二摆放规则包括：将大型γ能谱测量系统设置在原点的正上方的设定高度处。

其中，采用同样的蒙特卡罗模拟建模方法，对现有大型钾、铀、钍混合航空放射性测量模型分别进行建模，将上述大型γ能谱测量系统置于模型中心点正上方，高度与前述采用的高度保持一致。采用大型科学计算平台进行模拟计算，得到大型γ能谱测量系统在钾、铀、钍、混合模型上的模拟能谱数据，进而按照校准规程要求计算钾、铀、钍窗计数率，为第二窗计数率。

在一个具体的例子中，图2示出了一种小型体源模型与大型γ能谱仪探测器的位置关系图；图3示出了一种小型体源模型、现有航空模型、大型γ能谱探测器相对位置关系图，在图3中，用来示意的较小的正六边形为小型体源模型，设置在正六边形的角点；用来示意的较大的正六边形为现有航空模型。需要说明的是，图2和图3只是举例说明，并不形成具体的限定。

S105、根据模拟输入的大型体源模型钾、铀和钍元素质量含量，和，钾、铀和钍的第二窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算被校准仪器的第二剥离系数。

其中，α₀、β₀、γ₀为第二剥离系数，具体计算方式参照S103中的表述，这里不进行赘述。

S106、根据第一剥离系数和第二剥离系数计算剥离系数修正因子。

示例性的，具体可以通过如下方式实现：将第二剥离系数和相应的第一剥离系数做商，得到各个半径下的剥离系数修正因子；根据不同半径上的剥离系数修正因子和半径大小，采用最小二乘拟合法计算得到半径与剥离系数修正因子的函数关系，以得到各个剥离系数修正因子。这样可以通过任意一个半径确定该半径对应的剥离系数修正因子。在一个具体的例子中，剥离系数修正因子表示如下：

S107、应用剥离系数修正因子对在小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统的初始剥离系数进行修正，得到目标剥离系数，其中，所述目标剥离系数与大型模型上校准的大型γ能谱测量系统剥离系数一致。

在实际的应用过程中，采用小型体源模型校准大型γ能谱仪得到的剥离系数，与现有大型航空放射性测量标准器模型校准结果存在一定的系统偏差，必须对剥离系数α、β、γ进行修正以后，才能将结果用于测量生产工作。

具体的，根据同一被校准仪器在两类不同模型上的模拟校准结果，计算小型体源模型摆放在不同半径上的剥离系数修正因子，将小型体源模型测得的剥离系数称为初始剥离系数，然后应用于半径对应的剥离系数修正因子对在小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统的初始剥离系数进行修正，得到目标剥离系数。，其中，所述目标剥离系数与大型模型上校准的大型γ能谱测量系统剥离系数一致，这样，达到了校准结果单位统一，量值准确可靠的目的。在一个具体的例子中，采用修正因子乘积法对小型体源模型校准的剥离系数进行修正：α_c＝K_α·α；β_c＝K_β·β；γ_c＝K_γ·γ；式中，α_c、β_c、γ_c分别为剥离系数α、β、γ的修正结果，无量纲；K_α、K_β、K_γ为剥离系数的修正因子，无量纲。

S108、基于目标剥离系数对小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准。

在实际的应用过程中，应用剥离系数修正因子对初始剥离系数进行修正，得到目标剥离系数，具体可以通过如下方式实现：识别初始剥离系数的半径；应用与初始剥离系数的半径对应的剥离系数修正因子对在小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统的初始剥离系数进行修正，得到目标剥离系数。

在一个具体的例子中，将小型可移动式航空放射性测量模型标准装置运往指定校准场地，以大型γ能谱仪探测器中心点地面投影为原点，以1.75m～4.75m为半径确定一个圆；将该圆内切正六边形角点位置作为小型体源模型摆放的中心点位置；在不放置任何小型体源模型的状态下，使用被校准仪器测量一次环境辐射本底；将钾、铀、钍或混合模型分别放置在预先指定的位置上，使用被校准仪器进行测量，记录测量原始数据，这样可以为计算剥离系数修正因子做准备。

本发明解决了小型体源模型校准大型γ能谱测量系统剥离系数的技术难题，通过剥离系数校准技术的改进和升级，使现有固定式校准方法能够脱离大型航空放射性测量主标准器模型的限制，提高了大型γ能谱测量系统校准工作的机动性，除小型体源模型校准大型γ能谱仪测量系统时，由于计量标准器模型体积或密度变化造成的校准剥离系数偏差；节约了校准过程的工作成本，缩短了校准工作周期，提升了工作效率。为铀资源勘查、辐射环境航空调查、核应急航空监测等放射性元素能谱测量工作提供了快速响应的校准技术方案。达到了校准结果单位统一，量值准确可靠的目的。

在上述技术方案的基础上，基于目标剥离系数对小型体源模型进行校准之前，计算被校准仪器的钾、铀和钍元素质量含量示值误差；相应的，基于目标剥离系数对小型体源模型进行校准，具体可以通过如下方式实现：若示值误差大于设定误差阈值，则基于目标剥离系数对小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准。

可选的，被校准仪器的钾、铀和钍元素质量含量为小型混合模型的测量数据。

具体的，采用混合小型模型测量数据对被校准仪器的示值误差进行检验。其中，被校准仪器的含量示值，c_m，j＝n_m，j×[A·S]^-1。

其中：

式中，n_m.j为混合模型上，被校准仪器的第j能窗计数率，单位s^-1；c_m.j为被校准仪器在混合模型上的元素含量示值，c_m.k为钾元素含量示值，单位％，c_m.u为铀元素含量示值，单位μg/g，c_m.t为钍元素含量示值，单位μg/g。

被校准仪器的钾、铀、钍元素含量示值误差表示为：

式中，δ_r.k为钾元素含量的相对示值误差百分数，δ_r.u为铀元素含量的相对示值误差百分数，δ_r.t为钍元素含量的相对示值误差百分数；C_m.k为混合模型中的钾元素含量参考值，C_m.u为混合模型中的铀元素含量参考值，C_m.t为混合模型中的钍元素含量参考值。

当δ_r.k、δ_r.u、δ_r.t中任意一个元素含量示值误差大于±5％时，认为剥离系数校准结果失败，需对被校准仪器和校准过程进行分析，查找失败原因和改进措施，并重新开展校准工作。

采用上述技术方案，得到剥离系数修正因子模拟计算结果见图4、图5和图6，图4示出了一种剥离系数修正因子K_α随小型体源模型摆放半径的模拟计算曲线图；图5示出了一种剥离系数修正因子K_β随小型体源模型摆放半径的模拟计算曲线图；图6示出了一种剥离系数修正因子K_γ随小型体源模型摆放半径的模拟计算曲线图。根据上述结果，小型体源模型放置在半径1.75m～4.75m之间的位置上时，剥离系数修正因子不超过1.00±0.10，修正引入误差较小。

另外，本申请实施例还具备以下有益效果：使用小型体源模型校准有人驾驶飞机、汽车、无人飞行器、智能机器人等平台搭载的大型γ能谱仪测量系统时，所涉及的小型体源模型的摆放方式和摆放位置，以及所采取的大型γ能谱测量系统现场校准方式；被校准仪器的剥离系数修正方法，修正因子大小，以及修正因子的确定方法；小型体源模型校准大型γ能谱测量系统的技术流程，包括：剥离系数修正因子的确定流程、不同模型摆放半径上的剥离系数修正因子的计算方法，大型γ能谱测量系统的校准流程中涉及的模型摆放半径的应用、小型体源模型校准的剥离系数的修正方法和修正量。本发明所采用的小型体源模型标准装置，外观或结构几何尺寸的高在0.5cm～50cm，直径或边长在0.5cm～50cm之间。

另外，虽然某些国内外技术机构有采用点源或面源进行大型γ能谱测量系统校准的案例，但校准效果和精度未与现有大型航空放射性测量模型标准装置作比较，为避免这些现场校准技术漏洞，本发明中的小型体源模型应尽可能覆盖点源和面源模型。

图7是本发明是实施例提供的一种基于模拟比较法的小型体源模型校准装置的结构示意图，该装置适用于执行本发明实施例提供给的一种基于模拟比较法的小型体源模型校准方法。如图7所示，该装置具体可以包括第一建模模块701、第一窗计数率计算模块702、第一剥离系数计算模块703、第二建模和计算模块704、第二剥离系数计算模块705、修正因子计算模块706、修正模块707和校准模块708。

其中，第一建模模块701，用于应用蒙特卡罗建模方法对大型γ能谱测量系统和小型体源模型分别进行模拟建模，以确定大型γ能谱测量系统的数学模型和小型体源模型的数学模型；第一窗计数率计算模块702，用于根据第一摆放规则摆放各个小型体源模型和大型γ能谱测量模型，以得到设定半径范围内不同半径的测量系统的模拟能谱数据，根据模拟能谱数据计算钾、铀和钍的第一窗计数率；第一剥离系数计算模块703，用于根据模拟输入的小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量，和，钾、铀和钍的第一窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算各个半径下的被校准仪器的第一剥离系数；第二建模和计算模块704，用于应用蒙特卡罗建模方法，对大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型分别进行建模，根据第二摆放规则摆放各个大型体源模型和大型γ能谱测量系统，以得到大型γ能谱测量系统在大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型上的模拟能谱数据，按照设定校准规程计算钾、铀和钍的第二窗计数率；第二剥离系数计算模块705，用于根据模拟输入的大型体源模型钾、铀和钍元素质量含量，和，钾、铀和钍的第二窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算被校准仪器的第二剥离系数；修正因子计算模块706，用于根据第一剥离系数和第二剥离系数计算剥离系数修正因子；修正模块707，用于应用剥离系数修正因子对在小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统的初始剥离系数进行修正，得到目标剥离系数，其中，所述目标剥离系数与大型模型上校准的大型γ能谱测量系统剥离系数一致；校准模块708，用于基于目标剥离系数对小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准。

本发明解决了小型体源模型校准大型γ能谱测量系统剥离系数的技术难题，通过剥离系数校准技术的改进和升级，使现有固定式校准方法能够脱离大型航空放射性测量主标准器模型的限制，提高了大型γ能谱测量系统校准工作的机动性，除小型体源模型校准大型γ能谱仪测量系统时，由于计量标准器模型体积或密度变化造成的校准剥离系数偏差；节约了校准过程的工作成本，缩短了校准工作周期，提升了工作效率。为铀资源勘查、辐射环境航空调查、核应急航空监测等放射性元素能谱测量工作提供了快速响应的校准技术方案。达到了校准结果单位统一，量值准确可靠的目的。

可选的，第一建模模块701具体用于：

应用蒙特卡罗建模方法对大型γ能谱测量系统和小型体源模型分别进行模拟建模，以确定大型γ能谱测量系统的数学模型和小型体源模型的数学模型，包括：

应用蒙特卡罗建模方法，根据大型γ能谱测量系统的几何结构数据和每种制造材料的元素成分、比例和密度数据进行模拟建模，确定大型γ能谱测量系统的数学模型；

应用蒙特卡罗建模方法，根据小型体源模型的几何结构、全元素化学取样分析的元素成分、比例和密度数据，确定小型体源模型的数学模型。

可选的，修正因子计算模块706具体用于：

将第二剥离系数和相应的第一剥离系数做商，得到各个半径下的剥离系数修正因子；

根据不同半径上的剥离系数修正因子和半径大小，采用最小二乘拟合法计算得到半径与剥离系数修正因子的函数关系，以得到各个剥离系数修正因子。

可选的，修正模块707具体用于：

识别初始剥离系数的半径；

应用与初始剥离系数的半径对应的剥离系数修正因子对在小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统的初始剥离系数进行修正，得到目标剥离系数。

可选的，还包括判断模块，用于在基于目标剥离系数对小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准之前，计算被校准仪器的钾、铀和钍元素质量含量示值误差；

相应的，校准模块708具体用于：

若示值误差大于设定误差阈值，则基于目标剥离系数对小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准。

可选的，被校准仪器的钾、铀和钍元素质量含量为小型混合模型的测量数据。

可选的，第一摆放规则包括：将小型体源模型数学模型设置在设定半径范围内的正六边形角点位置，将大型γ能谱测量系统的探测器设置在正六边形原点的正上方的设定高度处。

可选的，第二摆放规则包括：将大型γ能谱测量系统设置在原点的正上方的设定高度处。

可选的，第一剥离系数计算模块703具体用于：

根据钾、铀和钍的第一窗计数率和小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量建立能窗剥离系数矩阵；

对能窗剥离系数矩阵进行求解，得到各个半径下的被校准仪器的第一剥离系数矩阵和能窗探测灵敏度系数矩阵；

在第一剥离系数矩阵中获取相应的第一剥离系数。

本发明实施例提供的基于模拟比较法的小型体源模型校准装置可执行本发明任意实施例提供的基于模拟比较法的小型体源模型校准方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种基于模拟比较法的小型体源模型校准方法，其特征在于，包括：

应用蒙特卡罗建模方法对大型γ能谱测量系统和小型体源模型分别进行模拟建模，以确定大型γ能谱测量系统的数学模型和小型体源模型的数学模型；

根据第一摆放规则摆放各个所述小型体源模型和所述大型γ能谱测量系统，以得到设定半径范围内不同半径的测量系统的模拟能谱数据，根据所述模拟能谱数据计算钾、铀和钍的第一窗计数率；

根据模拟输入的所述小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量，和，所述钾、铀和钍的第一窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算各个半径下的被校准仪器的第一剥离系数；

应用所述蒙特卡罗建模方法，对大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型分别进行建模，根据第二摆放规则摆放各个大型体源模型和大型γ能谱测量系统，以得到所述大型γ能谱测量系统在大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型上的模拟能谱数据，按照设定校准规程计算钾、铀和钍的第二窗计数率；

根据模拟输入的所述大型体源模型钾、铀和钍元素质量含量，和，所述钾、铀和钍的第二窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算被校准仪器的第二剥离系数；

根据所述第一剥离系数和所述第二剥离系数计算剥离系数修正因子；

应用剥离系数修正因子对在小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统的初始剥离系数进行修正，得到目标剥离系数，其中，所述目标剥离系数与大型模型上校准的大型γ能谱测量系统剥离系数一致；

基于所述目标剥离系数对所述小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准；

所述应用蒙特卡罗建模方法对大型γ能谱测量系统和小型体源模型分别进行模拟建模，以确定大型γ能谱测量系统的数学模型和小型体源模型的数学模型，包括：

应用蒙特卡罗建模方法，根据大型γ能谱测量系统的几何结构数据和每种制造材料的元素成分、比例和密度数据进行模拟建模，确定大型γ能谱测量系统的数学模型；

应用所述蒙特卡罗建模方法，根据小型体源模型的几何结构、全元素化学取样分析的元素成分、比例和密度数据，确定小型体源模型的数学模型；

所述应用所述蒙特卡罗建模方法，对大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型分别进行建模，包括：

应用蒙特卡罗建模方法，分别根据大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型的集合结构、全元素化学取样分析的元素成分、比例和密度数据，分别确定大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型的数学模型；

所述第一摆放规则包括：将所述小型体源模型数学模型设置在设定半径范围内的正六边形角点位置，将所述大型γ能谱测量系统的探测器设置在所述正六边形原点的正上方的设定高度处；

所述第二摆放规则包括：将所述大型γ能谱测量系统设置在所述原点的正上方的设定高度处；

所述根据模拟输入的所述小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量，和，所述钾、铀和钍的第一窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算各个半径下的被校准仪器的第一剥离系数，包括：

根据所述钾、铀和钍的第一窗计数率和所述小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量建立第一能窗剥离系数矩阵；

对所述第一能窗剥离系数矩阵进行求解，得到各个半径下的被校准仪器的第一剥离系数矩阵和能窗探测灵敏度系数矩阵；

在所述第一剥离系数矩阵中获取相应的第一剥离系数；

所述根据模拟输入的所述大型体源模型钾、铀和钍元素质量含量，和，所述钾、铀和钍的第二窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算被校准仪器的第二剥离系数，包括：

根据所述钾、铀和钍的第二窗计数率和所述根据模拟输入的所述大型体源模型钾、铀和钍元素质量含量建立第二能窗剥离系数矩阵；

对所述第二能窗剥离系数矩阵进行求解，得到各个半径下的被校准仪器的第二剥离系数矩阵和能窗探测灵敏度系数矩阵；

在所述第二剥离系数矩阵中获取相应的第二剥离系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一剥离系数和所述第二剥离系数计算剥离系数修正因子，包括：

将所述第二剥离系数和相应的所述第一剥离系数做商，得到各个半径下的剥离系数修正因子；

根据不同半径上的剥离系数修正因子和半径大小，采用最小二乘拟合法计算得到半径与剥离系数修正因子的函数关系，以得到各个剥离系数修正因子。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述应用剥离系数修正因子对在小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统的初始剥离系数进行修正，得到目标剥离系数，包括：

识别所述初始剥离系数的半径；

应用与所述初始剥离系数的半径对应的剥离系数修正因子对在小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统的所述初始剥离系数进行修正，得到目标剥离系数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标剥离系数对所述小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准之前，还包括：

计算所述被校准仪器的钾、铀和钍元素质量含量示值误差；

相应的，基于所述目标剥离系数对所述小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准，包括：

若所述示值误差大于设定误差阈值，则基于所述目标剥离系数对所述小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，被校准仪器的钾、铀和钍元素质量含量为小型混合模型的测量数据。

6.一种基于模拟比较法的小型体源模型校准装置，其特征在于，包括：

第一建模模块，用于应用蒙特卡罗建模方法对大型γ能谱测量系统和小型体源模型分别进行模拟建模，以确定大型γ能谱测量系统的数学模型和小型体源模型的数学模型；包括：应用蒙特卡罗建模方法，根据大型γ能谱测量系统的几何结构数据和每种制造材料的元素成分、比例和密度数据进行模拟建模，确定大型γ能谱测量系统的数学模型；应用所述蒙特卡罗建模方法，根据小型体源模型的几何结构、全元素化学取样分析的元素成分、比例和密度数据，确定小型体源模型的数学模型；

第一窗计数率计算模块，用于根据第一摆放规则摆放各个所述小型体源模型和所述大型γ能谱测量系统，以得到设定半径范围内不同半径的测量系统的模拟能谱数据，根据所述模拟能谱数据计算钾、铀和钍的第一窗计数率；所述第一摆放规则包括：将所述小型体源模型数学模型设置在设定半径范围内的正六边形角点位置，将所述大型γ能谱测量系统的探测器设置在所述正六边形原点的正上方的设定高度处；

第一剥离系数计算模块，用于根据模拟输入的所述小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量，和，所述钾、铀和钍的第一窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算各个半径下的被校准仪器的第一剥离系数；包括：根据所述钾、铀和钍的第一窗计数率和所述小型体源模型的钾、铀和钍元素质量含量建立第一能窗剥离系数矩阵；对所述第一能窗剥离系数矩阵进行求解，得到各个半径下的被校准仪器的第一剥离系数矩阵和能窗探测灵敏度系数矩阵；在所述第一剥离系数矩阵中获取相应的第一剥离系数；

第二建模和计算模块，用于应用所述蒙特卡罗建模方法，对大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型分别进行建模，根据第二摆放规则摆放各个大型体源模型和大型γ能谱测量系统，以得到所述大型γ能谱测量系统在大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型上的模拟能谱数据，按照设定校准规程计算钾、铀和钍的第二窗计数率；所述应用所述蒙特卡罗建模方法，对大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型分别进行建模，包括：应用蒙特卡罗建模方法，分别根据大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型的集合结构、全元素化学取样分析的元素成分、比例和密度数据，分别确定大型钾、铀、钍和混合航空放射性测量模型的数学模型；所述第二摆放规则包括：将所述大型γ能谱测量系统设置在所述原点的正上方的设定高度处；

第二剥离系数计算模块，用于根据模拟输入的所述大型体源模型钾、铀和钍元素质量含量，和，所述钾、铀和钍的第二窗计数率，应用设定剥离系数计算方法，计算被校准仪器的第二剥离系数；包括：根据所述钾、铀和钍的第二窗计数率和所述根据模拟输入的所述大型体源模型钾、铀和钍元素质量含量建立第二能窗剥离系数矩阵；对所述第二能窗剥离系数矩阵进行求解，得到各个半径下的被校准仪器的第二剥离系数矩阵和能窗探测灵敏度系数矩阵；在所述第二剥离系数矩阵中获取相应的第二剥离系数；

修正因子计算模块，用于根据所述第一剥离系数和所述第二剥离系数计算剥离系数修正因子；

修正模块，用于应用剥离系数修正因子对在小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统的初始剥离系数进行修正，得到目标剥离系数，其中，所述目标剥离系数与大型模型上校准的大型γ能谱测量系统剥离系数一致；

校准模块，用于基于所述目标剥离系数对所述小型体源模型上待校准的其他大型γ能谱测量系统进行校准。

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