CN112906851B - 一种基于分段比例跳变阈值判断的计数方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分段比例跳变阈值判断的计数方法，包括：对计数器的计数值进行分段，确定每个分段区域的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；判断剂量率测量时计数器计数值所在的分段区域，根据分段区域获得与该计数值对应的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；针对剂量率测量时计数器的计数值，如果采用跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数大于采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数*计数器计数值所在分段区域的跳变触发系数，则采用跳变平滑时间进行均值平滑计算计数，否则采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算计数。本发明对计数器周围环境剂量率变化响应时间快，保证在低剂量率情况下计数器也能快速响应。
Description
技术领域
本发明涉及剂量率测量技术领域，具体涉及一种基于分段比例跳变阈值判断的计数方法。
背景技术
针对剂量率测量，多采用GM计数管(气体放电式计数管)、半导体等计数器，但是该类计数器存在计数少情况下，按计数个数的比值判断计数相对波动相对较大等特点。目前解决该技术问题通常采用加长均值平滑时间，但在加长平滑时间后会造成平滑方法响应在环境剂量变化情况下不及时，滞后严重等问题。
发明内容
本发明提供一种基于分段比例跳变阈值判断的计数方法，用以至少解决现有技术在少计数或低剂量情况下，计数相对波动较大，加长平滑时间后造成平滑方法响应在环境剂量变化情况下不及时，滞后严重的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明提供的一种基于分段比例跳变阈值判断的计数方法，包括：
根据不同剂量率条件下计数器计数值的统计特征，对计数器的计数值进行分段，确定每个分段区域的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；
判断剂量率测量时计数器计数值所在的分段区域，根据分段区域获得与该计数值对应的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；
针对剂量率测量时计数器的计数值，如果采用跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数大于采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数*计数器计数值所在分段区域的跳变触发系数，则采用跳变平滑时间进行均值平滑计算计数，否则采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算计数。
进一步，所述跳变平滑时间小于等于计数器响应时间。
进一步，对计数器的计数值进行分段之前，还包括：
采集不同剂量率条件下计数器的计数值；
对每个剂量率条件下采集的计数值进行不同时间的平滑，获得平滑后的计数值；
根据平滑前的计数值和/或平滑后的计数值，确定不同剂量率条件下的计数值的统计特征。
进一步，对剂量率测量时计数器计数值进行均值平滑计算的结果如果/>大于a，则采用/>作为所述计数器计数值的计数结果，a为自然数。
进一步，对剂量率测量时计数器计数值进行均值平滑计算的结果如果/>小于等于a且大于b，则直接采用/>作为所述计数器的计数值的计数结果，其中，b为自然数，a大于b，获得/>所需的平滑时间小于/>
进一步，判断剂量率测量时计数器计数值所在的分段区域，具体包括：
针对所述计数值，采用非跳变平滑时间进行均值平滑；
判断均值平滑后的计数值所在的分段区域。
进一步，所述统计特征包括：计数器平滑之前的计数值及平滑后的计数值相对波动大小、最大值、最小值、平均值和相对误差。
进一步，所述跳变触发系数为相对波动阈值。
进一步，每一分段区域的相对波动阈值等于该分段区域的计数最大值与均值之比。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的一种基于分段比例跳变阈值判断的计数方法，对计数器的计数值进行分段，确定每个分段区域的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；判断剂量率测量时计数器计数值所在的分段区域，根据分段区域获得与该计数值对应的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；针对剂量率测量时计数器的计数值，如果采用跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数大于采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数*计数器计数值所在分段区域的跳变触发系数，则采用跳变平滑时间进行均值平滑计算计数，否则采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算计数。相比于现有技术，采用了分段、比例跳变阈值判定方式，特别适用于少计数或低剂量率情况下的剂量计数，对计数器周围环境剂量率变化响应时间快，保证在低剂量率情况下计数器也能快速响应，解决了现有技术在少计数或低剂量情况下，计数相对波动较大，加长平滑时间后造成平滑方法响应在环境剂量变化情况下不及时，滞后严重的问题。本发明也适用于各种复杂剂量变化的情况。本发明在平滑方法实现上操作简单、运算复杂度低，非常适合在单片机等低功耗处理器上运行。
本发明对剂量率测量时计数器计数值进行均值平滑计算的结果如果/>大于a，则直接采用/>作为剂量率测量时计数器计数值的计数结果，还对剂量率测量时计数器计数值进行均值平滑计算的结果/>如果/>小于等于a且大于b，则直接采用/>作为所述剂量率测量时计数器计数值的计数结果，其中，a大于b，获得/>的平滑时间小于/>通过该技术方案，本发明采用了高剂量率、中低剂量率及低剂量率优先级分级，使得优先保障高、中剂量率情况下的响应。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为不同剂量率条件下计数相对波动曲线图；
图2为计数统计特征与跳变阈值图；
图3为本发明实施例一种基于分段比例跳变阈值判断的计数方法的流程图。
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明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例一
本发明实施例提供一种基于分段比例跳变阈值判断的计数方法，请参考图3，包括以下步骤：
步骤S101，根据不同剂量率条件下计数器计数值的统计特征，对计数器的计数值进行分段，确定每个分段区域的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；
步骤S102，判断剂量率测量时计数器计数值所在的分段区域，根据分段区域获得与该计数值对应的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；
步骤S103，针对剂量率测量时计数器的计数值，如果采用跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数大于采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数*计数器计数值所在分段区域的跳变触发系数，则采用跳变平滑时间进行均值平滑计算计数，否则采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算计数。
计数器可以采用GM管或半导体等。本发明实施例的原理是，在基于GM管或半导体等脉冲型剂量率仪中，采用函数将脉冲计数转化为剂量率。先进行计数平滑后再开展剂量率转换。平滑方法的响应速度直接反应剂量率变化速度，平滑后的计数波动大小决定着误差大小。因此平滑方法的好坏直接决定着计数器对周围剂量率变化的响应速度快慢和测量的准确性。
根据对GM管或半导体等计数器对放射性射线的响应原理，结合计数器在不同剂量率条件下，其计数的统计特征。在此以不同剂量率条件下最大或最小计数扣减平均计数后除以平均计数来衡量计数相对波动大小，其呈现出图1所示的特征。
请参考图1，在低剂量率条件下，其计数相对波动较大；在高剂量率条件下，其计数相对波动较小。为了克服计数器计数少情况下，计数相对波动较大问题，本计数方法依据GM管或半导体等计数器在低剂量情况下其计数的特点，采用了分段变长平滑时间的方式，并依据剂量率测量时计数器计数值所在的分段区域的跳变触发系数判断该计数值是否跳变，使得计数器在计数少情况下，构建的平滑方法也能快速进行响应。跳变触发系数可以是相对波动阈值，跳变触发系数也即跳变阈值。
在各分段区域内，其统计特征呈现图2的特征，在正常本底条件下，其统计均存在上下跳变阈值。当超过跳变阈值，可认为周围剂量率发生了跳变。基于各分段区域的计数值特点，在计数越少的分段，其计数相对波动(计数最大值与均值之比)会较大，计数值大的区域，其计数相对波动较小。每一分段区域的相对波动阈值等于该分段区域的计数最大值与均值之比。
本发明实施例提供的一种基于分段比例跳变阈值判断的计数方法，对计数器的计数值进行分段，确定每个分段区域的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；判断剂量率测量时计数器计数值所在的分段区域，根据分段区域获得与该计数值对应的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；针对剂量率测量时计数器的计数值，如果采用跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数大于采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数*计数器计数值所在分段区域的跳变触发系数，则采用跳变平滑时间进行均值平滑计算计数，否则采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算计数。
相比于现有技术，采用了分段、比例跳变阈值判定方式，特别适用于少计数或低剂量率情况下的剂量计数，对计数器周围环境剂量率变化响应时间快，保证在低剂量率情况下计数器也能快速响应，解决了现有技术在少计数或低剂量情况下，计数相对波动较大，加长平滑时间后造成平滑方法响应在环境剂量变化情况下不及时，滞后严重的问题。本发明也适用于各种复杂剂量变化的情况。本发明实施例在实现上操作简单、运算复杂度低，非常适合在单片机等低功耗处理器上运行。
实施例二
本发明实施例中，对计数器的计数值进行分段之前，还包括：
采集不同剂量率条件下计数器的计数值；
对每个剂量率条件下采集的计数值进行不同时间的平滑，获得平滑后的计数值；
根据平滑前的计数值和/或平滑后的计数值，确定不同剂量率条件下的计数值的统计特征。
实施例三
本发明实施例对剂量率测量时计数器计数值进行均值平滑计算的结果如果大于a，则采用/>作为所述计数器计数值的计数结果，a为自然数；对剂量率测量时计数器计数值进行均值平滑计算的结果/>如果/>小于等于a且大于b，则直接采用/>作为所述计数器的计数值的计数结果，其中，b为自然数，a大于b，获得/>所需的平滑时间小于/>
本发明实施例中，大于a可以认为是一个分段区域，小于等于a且大于b可以认为是一个分段区域，并且a和b分别是高剂量率计数和中剂量率计数。针对剂量率测量时计数器计数值进行均值平滑计算的结果如果/>大于a，则判定为高剂量率计数，直接采用/>作为所述剂量率测量时计数器计数值的计数结果；针对剂量率测量时计数器计数值进行均值平滑计算的结果/>如果/>小于等于a且大于b，则判定为中剂量率计数，直接采用/>作为所述剂量率测量时计数器计数值的计数结果。通过该技术方案，本发明实施例采用了高剂量率、中低剂量率及低剂量率优先级分级，使得优先保障高、中剂量率情况下的响应。本发明实施例中，均值平滑时间可以是5s。
实施例四
本发明实施例中，判断剂量率测量时计数器计数值所在的分段区域，具体包括：
针对所述计数值，采用非跳变平滑时间进行均值平滑；
判断均值平滑后的计数值所在的分段区域。
本发明实施例的前提是剂量率测量时计数器计数值属于低剂量率计数范围，低剂量率计数值需要加长均值平滑时间，因此得先采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算计数，判断均值平滑后的计数值所在的分段区域，再进行之后的步骤。
实施例五
本发明实施例中，所述统计特征包括：计数器平滑之前计数值及平滑后的计数值相对波动大小、最大值、最小值、平均值和相对误差。
实施例六
本发明实施例以型号为ZP1202的GM管为例。
首先采集不同剂量率条件下GM管的计数值，取一个相对较大的样本，样本数据需要大于1000，对每个剂量率条件下采集的计数值进行不同平滑时间的平滑，最长平滑时间为60s，获得平滑后的计数值，根据平滑前的计数值和/或平滑后的计数值，确定不同剂量率条件下的计数值的统计特征，
1、1uSv/h剂量条件下，采用5s平滑其最大值为：4.2，最小值：0.4，均值：2.3，误差82％；采用50s平滑其最大值为：2.54，最小值：1.9，均值：2.22，误差14.1％。
2、5uSv/h剂量条件下，采用5s平滑其最大值为：14.6，最小值：4.6，均值：9.6，误差52％；采用50s平滑其最大值为：9.78，最小值：8.32，均值：9.05，误差8％。
3、30uSv/h剂量条件下，采用5s平滑其最大值为：64.8，最小值：41.4，均值：53.1，误差22％；采用10s平滑其最大值为：61，最小值：44.6，均值：52.8，误差15.53％；采用50s平滑其最大值为：57.08，最小值：50.18，均值：53.63，误差6.4％；
4、50uSv/h剂量条件下，采用5s平滑其最大值为：102.4，最小值：72.8，均值：87.6，误差16.9％；采用1os平滑其最大值为：98.4，最小值：76.7，均值：87.55，误差12.4％；采用50s平滑其最大值为：90.88，最小值：84.06，均值：87.47，误差3.9％；
5、100uSv/h剂量条件下，采用5s平滑其最大值为：192.6，最小值：149.6，均值：171.1，误差12.6％；采用10s平滑其最大值为：188.8，最小值：159，均值：173.9，误差8.6％。
设为50次均值平滑，/>为5次均值平滑，/>为10次均值平滑，其中，n表示均值平滑的次数，每一秒进行一次平滑，所以50次平滑表示平滑时间是50秒，5次平滑表示平滑时间是5秒，10次平滑表示平滑时间是10秒。
如果剂量率测量时计数器计数值为高剂量率计数和中剂量率计数，并且不进行分段，即可实现对高剂量率计数和中剂量率计数进行优先响应，具体的，
1、当时，直接采用/>作为计数进行剂量率计算；
2、当时，采用/>作为计数进行剂量率计算。
再对低剂量率计数进行响应，具体的，
步骤S101，根据不同剂量率条件下计数器计数值的统计特征，对计数器的计数值进行分段，确定每个分段区域的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；
步骤S102，判断剂量率测量时计数器计数值所在的分段区域，根据分段区域获得与该计数值对应的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；
步骤S103，针对剂量率测量时计数器的计数值，如果采用跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数大于采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数*计数器计数值所在分段区域的跳变触发系数，则采用跳变平滑时间进行均值平滑计算计数，否则采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算计数。
本发明实施例中，针对的范围，此范围属于低计数范围，该范围的5个分段区域的跳变平滑时间都是5s，5个分段区域的非跳变平滑时间都是50s，5个分段区域的跳变触发系数分别是k1，k2，k3，k4，k5。本实施例中，跳变平滑时间等于计数器响应时间，保证在低剂量率情况下计数器也能快速响应，相对误差决定了非跳变平滑时间，跳变触发系数与其所属分段区域的计数值统计特性相对误差有关，由其所属分段区域的统计特征计算得到。在其他实施例中，所述跳变平滑时间小于计数器响应时间，使计数器对周围环境剂量率变化响应时间快。
3、当时，属于低计数范围，其计数波动较大。此时过程中分为爬升和下降，要求爬升速度快，下降速度快，在稳定的时候数值准确，波动小。低剂量率计数值需要加长均值平滑时间，因此得先采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算计数，判断均值平滑后的计数值所在的分段区域，再进行之后的步骤，
当平均计数在50以上时，如果/>或/>(/>为0时，将/>赋值为0.22)，采用/>为剂量率计算计数，否则采用/>K1取值1.4；
当平均计数在10以上及50以下时，如果/>或/>(/>为0时，将/>赋值为0.22)，采用/>为剂量率计算计数，否则采用/>其中k2取值1.6；
当平均计数在2以上及10以下时，如果/>或/>(/>为0时，将/>赋值为0.22)，采用/>为剂量率计算计数，否则采用/>其中k3取值2；
当平均计数在0.15以上及2以下时，如果/>或/>(/>为0时，将/>赋值为0.22)，采用/>为剂量率计算计数，否则采用/>其中k4取值6；
当平均计数在0.15以下时，如果/>或/>(/>为0时，将赋值为0.22)，采用/>为剂量率计算计数，否则采用/>其中k5取值15；
试验结果：环境剂量率从0.1uSv/h跳变到1uSv/h及以上，计数器响应时间不超过5s；计数器在剂量大于300uSv/h以后，其响应时间均不超过5s；计数器剂量率本底在70uSv/h-300uSv/h之间的响应在10s以内；其固有误差小于15％。
本领域普通技术人员可以理解实现上述事实和方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，涉及的程序或者所述的程序可以存储于一计算机所可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：此时引出相应的方法步骤，所述的存储介质可以是ROM/RAM、磁碟、光盘等等
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于分段比例跳变阈值判断的计数方法，其特征在于，包括：
采集不同剂量率条件下计数器的计数值；
对每个剂量率条件下采集的计数值进行不同时间的平滑，获得平滑后的计数值；
根据平滑前的计数值和/或平滑后的计数值，确定不同剂量率条件下的计数值的统计特征；
对剂量率测量时计数器计数值进行均值平滑计算的结果，如果/>大于a，则采用/>作为所述计数器计数值的计数结果，a为自然数；
对剂量率测量时计数器计数值进行均值平滑计算的结果，如果/>小于等于a且大于b，则直接采用/>作为所述计数器的计数值的计数结果，其中，b为自然数，a大于b，获得/>所需的平滑时间小于/>；
如果小于等于b，则根据不同剂量率条件下计数器计数值的统计特征，对计数器的计数值进行分段，确定每个分段区域的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；
判断剂量率测量时计数器计数值所在的分段区域，根据分段区域获得与该计数值对应的跳变平滑时间、非跳变平滑时间和跳变触发系数；
针对剂量率测量时计数器的计数值，如果采用跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数大于采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算的计数*计数器计数值所在分段区域的跳变触发系数，则采用跳变平滑时间进行均值平滑计算计数，否则采用非跳变平滑时间进行均值平滑计算计数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跳变平滑时间小于等于计数器响应时间。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，判断剂量率测量时计数器计数值所在的分段区域，具体包括：
针对所述计数值，采用非跳变平滑时间进行均值平滑；
判断均值平滑后的计数值所在的分段区域。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述统计特征包括：计数器平滑之前的计数值及平滑后的计数值相对波动大小、最大值、最小值、平均值和相对误差。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跳变触发系数为相对波动阈值。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，每一分段区域的相对波动阈值等于该分段区域的计数最大值与均值之比。
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| CN112906851A (zh) | 2021-06-04 |
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