CN112987070A - 探测信号处理方法、装置及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种探测信号处理方法、装置及电路，在获取到辐射探测探头的探测信号后，在探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测探测信号对应的辐射粒子数，并根据辐射粒子数确定探测信号对应的探测信息，在探测信号对应的剂量率大于剂量限定值时，根据探测信号确定对应的探测信息。在剂量率小于等于剂量限定值时，通过辐射粒子数计算准确的探测信息。在剂量率大于剂量限定值时，直接通过电信号形式的探测信号确定对应的探测信息。基于此，通过辐射粒子计数和电信号处理两种方式协同工作，拓宽对辐射探测探头的探测信号处理量程。
Description
技术领域
本发明涉及辐射探测技术领域，特别是涉及一种探测信号处理方法、装置及电路。
背景技术
辐射探测是一种通过辐射探测器观察特定对象的微观现象的技术手段。其中，辐射探测器是辐射探测的核心设备，其主要是利用粒子与物质的相互作用的原理，将核辐射和粒子的微观现象表征为可观察的宏观现象。传统的辐射探测器主要有气体电离探测器、半导体探测器和闪烁探测器三大类。
其中，辐射探测探头是辐射探测器的核心部件，辐射探测探头在探测辐射信号时，将辐射粒子转换为与粒子数对应的电信号，即给出电信号形式的探测信号到处理设备，通过处理设备对该电信号的处理得到探测信息。然而，由于被测现场的辐射强度变化较大，辐射探测探头给出的电信号波动范围大，容易超出处理设备的信号处理范围，影响探测信息的准确性。
发明内容
基于此，有必要针对被测现场的辐射强度变化较大，辐射探测探头给出的电信号波动范围大，容易超出处理设备的信号处理范围，影响探测信息的准确性的缺陷，提供一种探测信号处理方法、装置及电路。
一种探测信号处理方法，包括步骤：
获取辐射探测探头的探测信号；
在所述探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测所述探测信号对应的辐射粒子数，并根据所述辐射粒子数确定所述探测信号对应的探测信息；
在所述探测信号对应的剂量率大于所述剂量限定值时，根据所述探测信号确定对应的探测信息。
上述的探测信号处理方法，在获取到辐射探测探头的探测信号后，在探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测探测信号对应的辐射粒子数，并根据辐射粒子数确定探测信号对应的探测信息，在探测信号对应的剂量率大于剂量限定值时，根据探测信号确定对应的探测信息。在剂量率小于等于剂量限定值时，通过辐射粒子数计算准确的探测信息。在剂量率大于剂量限定值时，直接通过电信号形式的探测信号确定对应的探测信息。基于此，通过辐射粒子计数和电信号处理两种方式协同工作，拓宽对辐射探测探头的探测信号处理量程。
在其中一个实施例中，所述检测所述探测信号对应的辐射粒子数的过程，包括步骤：
将所述探测信号转换为输出脉冲；
根据所述输出脉冲的数量确定所述辐射粒子数。
在其中一个实施例中，所述根据所述探测信号确定对应的探测信息的过程，包括步骤：
将所述探测信号转换为数字信号；
根据所述数字信号确定对应的探测信息。
一种探测信号处理装置，包括：
信号获取模块，用于获取辐射探测探头的探测信号；
第一处理模块，用于在所述探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测所述探测信号对应的辐射粒子数，并根据所述辐射粒子数确定所述探测信号对应的探测信息；
第二处理模块，用于在所述探测信号对应的剂量率大于所述剂量限定值时，根据所述探测信号确定对应的探测信息。
上述的探测信号处理装置，在获取到辐射探测探头的探测信号后，在探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测探测信号对应的辐射粒子数，并根据辐射粒子数确定探测信号对应的探测信息，在探测信号对应的剂量率大于剂量限定值时，根据探测信号确定对应的探测信息。在剂量率小于等于剂量限定值时，通过辐射粒子数计算准确的探测信息。在剂量率大于剂量限定值时，直接通过电信号形式的探测信号确定对应的探测信息。基于此，通过辐射粒子计数和电信号处理两种方式协同工作，拓宽对辐射探测探头的探测信号处理量程。
一种探测信号处理电路，包括脉冲模式电路和电流模式电路；其中，所述脉冲模式电路和所述电流模式电路均用于获取辐射探测探头的探测信号；
所述脉冲模式电路包括前置放大单元和次级主放大单元；所述前置放大单元的输入端用于在所述辐射探测探头的剂量率小于等于剂量限定值时获取所述辐射探测探头的探测信号；所述前置放大单元的输出端用于通过所述次级主放大单元连接外部处理器；
所述电流模式电路包括所述电流测量单元和所述电流转换单元；所述电流测量单元的输入端用于在所述辐射探测探头的剂量率大于剂量限定值时获取所述辐射探测探头的探测信号，所述电流测量单元的输出端用于通过所述电流转换单元连接外部处理器。
上述的探测信号处理电路，在获取到辐射探测探头的探测信号后，在探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测探测信号对应的辐射粒子数，并根据辐射粒子数确定探测信号对应的探测信息，在探测信号对应的剂量率大于剂量限定值时，根据探测信号确定对应的探测信息。在剂量率小于等于剂量限定值时，通过辐射粒子数计算准确的探测信息。在剂量率大于剂量限定值时，直接通过电信号形式的探测信号确定对应的探测信息。基于此，通过辐射粒子计数和电信号处理两种方式协同工作，拓宽对辐射探测探头的探测信号处理量程。
在其中一个实施例中，所述脉冲模式电路还包括幅度甄别单元和单稳态触发单元；
所述前置放大单元的输出端用于依次通过所述次级主放大单元、幅度甄别单元和单稳态触发单元连接外部处理器。
在其中一个实施例中，还包括设置在芯片外壳内的内置处理器；
所述前置放大单元的输出端通过所述次级主放大单元连接所述内置处理器；所述电流测量单元的输出端通过所述电流转换单元连接内置处理器。
在其中一个实施例中，所述前置放大单元包括电荷灵敏放大器，所述次级主放大单元包括成形滤波电路。
在其中一个实施例中，所述幅度甄别单元包括甄别器或第一模数转换电路，所述单稳态触发单元包括单稳态触发电路。
在其中一个实施例中，所述电流测量单元包括跨阻放大器或电流采样电路；所述电流转换单元可选用第二模数转换电路。
在其中一个实施例中，还包括升压模块；
其中，所述升压模块用于接入芯片级电压，并对所述芯片级电压作升压处理，将升压后的所述芯片级电压为所述辐射探测电路提供偏压。
附图说明
图1为一实施方式的探测信号处理方法流程图；
图2为另一实施方式的探测信号处理方法流程图；
图3为一实施方式的探测信号处理装置模块结构图；
图4为一实施方式的探测信号处理电路模块结构图；
图5为一实施方式的脉冲模式电路图；
图6为一实施方式的前置放大单元设计电路图；
图7为一实施方式的次级主放大单元设计电路图；
图8为另一实施方式的探测信号处理电路模块结构图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种探测信号处理方法。
图1为一实施方式的探测信号处理方法流程图，如图1所示，一实施方式的探测信号处理方法包括步骤S100至S102：
S100，获取辐射探测探头的探测信号；
获取辐射探测探头输出的电信号形式的探测信号。其中，探测信号为模拟信号。
S101，在所述探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测所述探测信号对应的辐射粒子数，并根据所述辐射粒子数确定所述探测信号对应的探测信息；
其中，探测信号的电信号大小与剂量率呈正相关，剂量率包括电流值或电荷值。剂量限定值包括预设电流值或预设电荷值。作为一个较优的实施方式，剂量限定值选用预设电荷值。检测所述探测信号对应的辐射粒子数可根据探测信号对应的电荷数确定辐射粒子数。
在其中一个实施例中，图2为另一实施方式的探测信号处理方法流程图，如图2所示，步骤S101中检测所述探测信号对应的辐射粒子数的过程，包括步骤S200和S201：
S200，将所述探测信号转换为输出脉冲；
S201，根据所述输出脉冲的数量确定所述辐射粒子数。
其中，辐射探测探头在探测辐射时，入射的辐射粒子数不同，对应的探测信号强度有差异。基于此，将探测信号转换为输出脉冲，并根据对应的输出脉冲的数量确定辐射粒子数。在探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，通过输出脉冲的数量确定所述辐射粒子数，以辐射粒子数表征探测信息可较为精准地确定探测信号对应的探测信息。
S102，在所述探测信号对应的剂量率大于所述剂量限定值时，根据所述探测信号确定对应的探测信息。
其中，通过探测信号中的电信号表征对应的探测信息，可扩大探测信息表征的辐射强度的范围，提高探测信号的处理量程。
在其中一个实施例中，如图2所示，步骤S102中根据所述探测信号确定对应的探测信息的过程，包括步骤S300和S301：
S300，将所述探测信号转换为数字信号；
S301，根据所述数字信号确定对应的探测信息。
其中，将探测信号转换为数字信号，便于后续对数字信号的计算处理。通过数字信号确定对应的探测信息。
上述任一实施例的探测信号处理方法，在获取到辐射探测探头的探测信号后，在探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测探测信号对应的辐射粒子数，并根据辐射粒子数确定探测信号对应的探测信息，在探测信号对应的剂量率大于剂量限定值时，根据探测信号确定对应的探测信息。在剂量率小于等于剂量限定值时，通过辐射粒子数计算准确的探测信息。在剂量率大于剂量限定值时，直接通过电信号形式的探测信号确定对应的探测信息。基于此，通过辐射粒子计数和电信号处理两种方式协同工作，拓宽对辐射探测探头的探测信号处理量程。
本发明实施例还提供一种探测信号处理装置。
图3为一实施方式的探测信号处理装置模块结构图，如图3所示，一实施方式的探测信号处理装置包括模块1000、模块1001和模块1002
信号获取模块1000，用于获取辐射探测探头的探测信号；
第一处理模块1001，用于在所述探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测所述探测信号对应的辐射粒子数，并根据所述辐射粒子数确定所述探测信号对应的探测信息；
在其中一个实施例中，第一处理模块1001包括模块2000和模块2001：
脉冲转换模块2000，用于将所述探测信号转换为输出脉冲；
脉冲计数模块2001，用于根据所述输出脉冲的数量确定所述辐射粒子数。
第二处理模块1002，用于在所述探测信号对应的剂量率大于所述剂量限定值时，根据所述探测信号确定对应的探测信息。
在其中一个实施例中，第二处理模块1002包括模块3000和模块3001：
电信号转换模块3000，用于将所述探测信号转换为数字信号；
信号计算模块3001，用于根据所述数字信号确定对应的探测信息。
上述任一实施例的探测信号处理装置，在获取到辐射探测探头的探测信号后，在探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测探测信号对应的辐射粒子数，并根据辐射粒子数确定探测信号对应的探测信息，在探测信号对应的剂量率大于剂量限定值时，根据探测信号确定对应的探测信息。在剂量率小于等于剂量限定值时，通过辐射粒子数计算准确的探测信息。在剂量率大于剂量限定值时，直接通过电信号形式的探测信号确定对应的探测信息。基于此，通过辐射粒子计数和电信号处理两种方式协同工作，拓宽对辐射探测探头的探测信号处理量程。
基于如上所述的示例，在一个实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现如上述各实施例中的任意一种探测信号处理方法。
上述计算机设备，在获取到辐射探测探头的探测信号后，在探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测探测信号对应的辐射粒子数，并根据辐射粒子数确定探测信号对应的探测信息，在探测信号对应的剂量率大于剂量限定值时，根据探测信号确定对应的探测信息。在剂量率小于等于剂量限定值时，通过辐射粒子数计算准确的探测信息。在剂量率大于剂量限定值时，直接通过电信号形式的探测信号确定对应的探测信息。基于此，通过辐射粒子计数和电信号处理两种方式协同工作，拓宽对辐射探测探头的探测信号处理量程。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述各探测信号处理方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
据此，在一个实施例中还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如上述各实施例中的任意一种探测信号处理方法。
上述计算机存储介质，通过其存储的计算机程序，在获取到辐射探测探头的探测信号后，在探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测探测信号对应的辐射粒子数，并根据辐射粒子数确定探测信号对应的探测信息，在探测信号对应的剂量率大于剂量限定值时，根据探测信号确定对应的探测信息。在剂量率小于等于剂量限定值时，通过辐射粒子数计算准确的探测信息。在剂量率大于剂量限定值时，直接通过电信号形式的探测信号确定对应的探测信息。基于此，通过辐射粒子计数和电信号处理两种方式协同工作，拓宽对辐射探测探头的探测信号处理量程。
本发明实施例还提供一种探测信号处理电路。
图4为一实施方式的探测信号处理电路模块结构图，如图4所示，一实施方式的探测信号处理电路包括脉冲模式电路100和电流模式电路101；
所述脉冲模式电路100包括前置放大单元200和次级主放大单元201；所述前置放大单元200的输入端用于在所述辐射探测探头的剂量率小于等于剂量限定值时获取辐射探测探头的探测信号；所述前置放大单元200的输出端用于通过所述次级主放大单元201连接外部处理器；
所述电流模式电路101包括所述电流测量单元300和所述电流转换单元301；所述电流测量单元300的输入端用于在所述辐射探测探头的剂量率大于剂量限定值时获取所述辐射探测探头的探测信号，所述电流测量单元300的输出端用于通过所述电流转换单元301连接外部处理器。
在其中一个实施例中，辐射探测探头输出的探测信号为电离电荷信号，探测信号并无雪崩放大过程，探测信号的电荷量通常为0.1fC～100fC量级，正比于电离辐射沉积能量。在剂量率小于等于剂量限定值时，通过脉冲模式电路100获取辐射探测探头的探测信号，其输出脉冲数与探测信号对应的X/γ光子数或中子数相同，外部处理器计算得到探测结果；而当剂量率大于剂量限定值，会超过脉冲模式电路100计数率上限，此时采用电流模式电路101，将测量到的电流转换为电压，通过外部处理器计算探测结果。基于此，通过脉冲读出模式和电流读出模式协同工作，实现对辐射的宽量程探测。
在其中一个实施例中，脉冲模式电路100可选用JFET与晶体管等分立器件组合电路、JFET与运放等组合电路或基于CMOS工艺的专用集成电路。作为一个较优的实施方式，脉冲模式电路100选用基于CMOS工艺的专用集成电路。图5为一实施方式的脉冲模式电路图，如图5所示，在基于CMOS工艺的专用集成电路下，前置放大单元200包括电荷灵敏放大器400。电荷灵敏放大器400用于将电荷信号转换为电压信号，作为第一级放大，其噪声性能和频率特性对电路特性影响最大。次级主放大单元201包括成形滤波电路401。作为一个较优的实施方式，成形滤波电路401可选用带通滤波器，用于滤除无关频带的信号，提高输出信号的信噪比。在其中一个实施例中，幅度甄别单元502包括比较器402，通过比较器402输出数字信号。
作为一个较优的实施方式，为获得低噪声、低功耗和合适的增益带宽等，在电路图设计阶段可根据理论计算及仿真结果，选择合适的制程，逐步调整各晶体管的宽长比等参数。由于在集成电路内部实现高阻值电阻较为困难，可通过设计泄放电路泄放掉基于CMOS工艺的专用集成电路中各反馈电容上积累的电荷。
在其中一个实施例中，图6为一实施方式的前置放大单元设计电路图，如图6所示，一实施方式的前置放大单元200具有获得低噪声、低功耗和合适的增益带宽等有益效果。
在其中一个实施例中，图7为一实施方式的次级主放大单元设计电路图，如图7所示，一实施方式的次级主放大单元201可有效地提高次级主放大单元201的输出信号的信噪比。
在其中一个实施例中，图8为另一实施方式的探测信号处理电路模块结构图，如图8所示，脉冲模式电路100还包括幅度甄别单元502和单稳态触发单元503；
所述前置放大单元200的输出端用于依次通过所述次级主放大单元201、幅度甄别单元502和单稳态触发单元503连接外部处理器。
所述前置放大单元200的输出端通过所述次级主放大单元201连接所述内置处理器；所述电流测量单元300的输出端通过所述电流转换单元301连接外部处理器。
在其中一个实施例中，如图8所示，另一实施方式的探测信号处理电路还包括内置处理器504，内置处理器504用于替换外部处理器，实现另一实施方式的探测信号处理电路的探测结果自计算，提高另一实施方式的探测信号处理电路的通用性。
在其中一个实施例中，幅度甄别单元502可选用甄别器或第一模数转换电路，并在甄别器或第一模数转换电路后级配置电压比较电路，以输出LVCMOS数字信号至单稳态触发单元503。
在其中一个实施例中，单稳态触发单元503可选用单稳态触发电路。单稳态触发单元503接收幅度甄别单元502输出的数字信号，将幅度甄别单元502输出的数字信号转换为脉冲信号，并将脉冲信号给到外部或内置处理器，以便于外部或内置处理器通过脉冲信号计算辐射探测结果。
在其中一个实施例中，电流测量单元300可选用跨阻放大器或电流采样电路，用于将带电粒子探测探头200和/或中子探测探头201的电流信号转换为电压输出，作为一个较优的实施方式，在电流测量单元300的后级还配置有滤波电路，以滤除电流测量单元300的电压输出中的高频噪声。
在其中一个实施例中，电流转换单元301可选用第二模数转换电路，用于将电流测量单元300的电压输出转换为数字信号，以便于外部或内置处理器通过该数字信号计算辐射探测结果。
在其中一个实施例中，如图8所示，另一实施方式的探测信号处理电路还包括升压模块600；
其中，升压模块600用于接入芯片级电压，并对芯片级电压作升压处理，将升压后的芯片级电压为辐射探测探头提供偏压。
在其中一个实施例中，升压模块600可选用变压器线圈或升压芯片。作为一个较优的实施方式，升压模块600选用升压芯片。
上述任一实施例的探测信号处理电路，在获取到辐射探测探头的探测信号后，在探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测探测信号对应的辐射粒子数，并根据辐射粒子数确定探测信号对应的探测信息，在探测信号对应的剂量率大于剂量限定值时，根据探测信号确定对应的探测信息。在剂量率小于等于剂量限定值时，通过辐射粒子数计算准确的探测信息。在剂量率大于剂量限定值时，直接通过电信号形式的探测信号确定对应的探测信息。基于此，通过辐射粒子计数和电信号处理两种方式协同工作，拓宽对辐射探测探头的探测信号处理量程。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种探测信号处理方法，其特征在于，包括步骤：
获取辐射探测探头的探测信号；
在所述探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测所述探测信号对应的辐射粒子数，并根据所述辐射粒子数确定所述探测信号对应的探测信息；
在所述探测信号对应的剂量率大于所述剂量限定值时，根据所述探测信号确定对应的探测信息。
2.根据权利要求1所述的探测信号处理方法，其特征在于，所述检测所述探测信号对应的辐射粒子数的过程，包括步骤：
将所述探测信号转换为输出脉冲；
根据所述输出脉冲的数量确定所述辐射粒子数。
3.根据权利要求1所述的探测信号处理方法，其特征在于，所述根据所述探测信号确定对应的探测信息的过程，包括步骤：
将所述探测信号转换为数字信号；
根据所述数字信号确定对应的探测信息。
4.一种探测信号处理装置，其特征在于，包括：
信号获取模块，用于获取辐射探测探头的探测信号；
第一处理模块，用于在所述探测信号对应的剂量率小于等于剂量限定值时，检测所述探测信号对应的辐射粒子数，并根据所述辐射粒子数确定所述探测信号对应的探测信息；
第二处理模块，用于在所述探测信号对应的剂量率大于所述剂量限定值时，根据所述探测信号确定对应的探测信息。
5.一种探测信号处理电路，其特征在于，包括脉冲模式电路和电流模式电路；其中，所述脉冲模式电路和所述电流模式电路均用于获取辐射探测探头的探测信号；
所述脉冲模式电路包括前置放大单元和次级主放大单元；所述前置放大单元的输入端用于在所述辐射探测探头的剂量率小于等于剂量限定值时获取所述辐射探测探头的探测信号；所述前置放大单元的输出端用于通过所述次级主放大单元连接外部处理器；
所述电流模式电路包括所述电流测量单元和所述电流转换单元；所述电流测量单元的输入端用于在所述辐射探测探头的剂量率大于剂量限定值时获取所述辐射探测探头的探测信号，所述电流测量单元的输出端用于通过所述电流转换单元连接外部处理器。
6.根据权利要求5所述的探测信号处理电路，其特征在于，所述脉冲模式电路还包括幅度甄别单元和单稳态触发单元；
所述前置放大单元的输出端用于依次通过所述次级主放大单元、幅度甄别单元和单稳态触发单元连接外部处理器。
7.根据权利要求5所述的探测信号处理电路，其特征在于，还包括设置在芯片外壳内的内置处理器；
所述前置放大单元的输出端通过所述次级主放大单元连接所述内置处理器；所述电流测量单元的输出端通过所述电流转换单元连接内置处理器。
8.根据权利要求5所述的探测信号处理电路，其特征在于，所述前置放大单元包括电荷灵敏放大器，所述次级主放大单元包括成形滤波电路。
9.根据权利要求5所述的探测信号处理电路，其特征在于，所述幅度甄别单元包括甄别器或第一模数转换电路，所述单稳态触发单元包括单稳态触发电路。
10.根据权利要求5所述的探测信号处理电路，其特征在于，所述电流测量单元包括跨阻放大器或电流采样电路；所述电流转换单元可选用第二模数转换电路。
11.根据权利要求5至10任意一项所述的探测信号处理电路，其特征在于，还包括升压模块；
其中，所述升压模块用于接入芯片级电压，并对所述芯片级电压作升压处理，将升压后的所述芯片级电压为所述辐射探测电路提供偏压。
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