CN115327608A - 增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法 - Google Patents

增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法，属于放射性核素测量技术领域，包括：在海水放射性传感器使用前，基于选定的天然核素，采用伽马能谱测量并寻峰的方式，进行增益‑道址关系标定和温度‑道址关系标定，分别建立增益‑道址对应关系和温度‑道址对应关系；以及在海水放射性传感器投入使用后，结合建立的增益‑道址对应关系和温度‑道址对应关系，分别执行增益校正过程和道址校正过程，并在测量时间累计到达增益调节时间设定阈值或遇到极端天气时，重新执行增益校正过程，使海水放射性传感器重新进入当前温度标准工作状态后，再执行道址校正过程，由此可以提高伽马能谱的温度漂移校正效果。

Description

增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法
技术领域
本发明属于放射性核素测量技术领域，具体地说，是涉及一种增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法。
背景技术
海水放射性含量是评价海水生态环境的一项重要指标，是进行海水生态环境评估和海洋科学实验的重要依据。目前，对海水放射性含量进行长期监测主要采用海水原位伽马能谱测量方法。其中，基于碘化钠晶体探测方法研制而成的海水放射性传感器凭借其良好的性能和较低的成本等优势，已经成为目前国内外进行海水放射性含量监测的主流方式。
但是，海水放射性传感器中的碘化钠晶体、光电倍增管和电子元器件等部分均具有温度效应，在海上长期原位工作过程中容易受到温度变化的影响，导致所测量的伽马能谱产生温度漂移，从而给后续的伽马能谱解析工作带来困难。因此，为了保证海水放射性传感器在海上长期工作过程中测量结果的准确性和可信度，需要对海水放射性传感器测量得到的伽马能谱进行温度漂移校正。
现阶段，大部分伽马能谱温度漂移校正方法都需要引入参考源，参考源会在伽马能谱中形成参考峰，并以此作为温度漂移校正的基准。但是，海水放射性含量是低水平或极低水平的，引入参考源不可避免的会对海水实测伽马能谱产生一定程度的干扰，继而影响伽马能谱解析的准确性。
在自然环境中广泛分布着放射性物质，包括从地球起源时就存在的天然放射性核素和人类核实验产生的人工放射性核素。其中，在天然放射性核素中，钾元素中的40K核素和铊元素中的208Tl核素相对含量较高，能够在伽马能谱中产生较为明显的天然特征峰，因此，可以使用40K核素和208Tl核素代替参考源，对发生温度漂移的伽马能谱进行校正。
发明内容
本发明针对海水放射性传感器测量得到的伽马能谱提出了一种温度漂移校正方法，旨在解决引入参考源的现有伽马能谱温度漂移校正方法，会对伽马能谱产生干扰，进而影响伽马能谱解析的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法，包括：
在海水放射性传感器投入使用前，基于选定的天然核素，采用伽马能谱测量并寻峰的方式，进行增益-道址关系标定和温度-道址关系标定，分别建立增益-道址对应关系和温度-道址对应关系；
在海水放射性传感器投入使用后，分别执行增益校正过程和道址校正过程，其中：
所述增益校正过程包括：
测量一个短周期的伽马能谱并寻峰；
计算选定天然核素在当前温度的实测特征峰道址与当前温度的标准特征峰道址的偏移量，并结合所述增益-道址对应关系确定出增益调整量；
根据所述增益调整量，调节海水放射性传感器的增益，使海水放射性传感器进入当前温度标准工作状态；
所述道址校正过程包括：
在每一个设定的短周期内，利用海水放射性传感器对待测海水进行伽马能谱测量；
在每一个短周期结束时，提取海水放射性传感器在该短周期内测得的海水温度以及伽马能谱中的全部道址
Figure 163857DEST_PATH_IMAGE001
；
计算所述全部道址的校正值
Figure 663103DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，
Figure 509574DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 950920DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 344992DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 647928DEST_PATH_IMAGE007
为校正系数；T为温度；
存储校正后的短周期伽马能谱，并将其与之前已经校正的短周期伽马能谱按照时间顺序依次累加保存，从而获得已经消除温度漂移的长周期伽马能谱；
在测量时间累计到达增益调节时间设定阈值或遇到极端天气时，重新执行所述增益校正过程，使海水放射性传感器重新进入当前温度标准工作状态后，再执行所述道址校正过程。
在本申请的一些实施例中，在增益校正过程中，可以利用公式
Figure 37321DEST_PATH_IMAGE008
计算出道址偏移量
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；利用公式
Figure 961153DEST_PATH_IMAGE010
计算出增益调整量
Figure 186729DEST_PATH_IMAGE011
；其中，
Figure 417990DEST_PATH_IMAGE012
为选定的天然核素在当前温度的实测特征峰道址；
Figure 927469DEST_PATH_IMAGE013
为选定的天然核素在当前温度的标准特征峰道址，不同温度的标准特征峰道址由所述温度-道址对应关系确定；
Figure 287781DEST_PATH_IMAGE014
由所述增益-道址对应关系确定。
在本申请的一些实施例中，在提取所述海水放射性传感器在每一个短周期结束时测得的海水温度时，可以将海水放射性传感器在该短周期测得的海水温度的平均值作为所述海水温度，以提高海水温度测量的准确性。
在本申请的一些实施例中，所述增益-道址关系标定过程可以包括：
将海水放射性传感器整体放入水浴式温度试验箱中；
调整温度试验箱的温度，使海水放射性传感器测量环境的实际温度稳定在参考温度，所述参考温度为海水放射性传感器在能量刻度时的环境温度；
按照设定的增益变化幅度，逐渐增大或减小海水放射性传感器的增益，并在每一个设定的增益点分别测量伽马能谱并寻找选定天然核素的特征峰道址，直至到达传感器增益的极限值时结束；
根据设定的增益点和与其对应的特征峰道址，建立增益-道址对应关系，拟合出增益-道址曲线。
在本申请的一些实施例中，在每一个设置的增益点，可以利用海水放射性传感器在该温度点进行多次伽马能谱测量，计算选定天然核素在多次伽马能谱测量中的特征峰道址的平均值，以消除偶然误差的影响。
在本申请的一些实施例中，在增益-道址关系标定过程中，所选定的天然核素可以是在海水中普遍大量存在的钾元素中的40K核素。
在本申请的一些实施例中，采用上述增益-道址关系标定过程拟合出的增益-道址曲线通常为直线，可以将直线斜率记为
Figure 653DEST_PATH_IMAGE014
，以用于所述增益调整量的计算。
在本申请的一些实施例中，所述温度-道址关系标定过程可以包括：
将海水放射性传感器整体放入水浴式温度试验箱中；
调整温度试验箱的温度，使海水放射性传感器测量环境的实际温度在设定的温度调节范围内等梯度变化，形成至少4个温度点，且其中一个温度点为参考温度，所述参考温度为海水放射性传感器在能量刻度时的环境温度；
对不同温度下海水放射性传感器测量得到的伽马能谱进行寻峰，找到不同温度下伽马能谱中所选定的天然核素的特征峰道址；
利用所设定的不同温度点和其对应的特征峰道址建立温度-道址对应关系。
在本申请的一些实施例中，所述校正系数可以采用以下方式确定：
利用建立的温度-道址对应关系，将不同温度与不同温度所对应的特征峰道址分别代入以下温度校正函数f(T)，计算校正系数
Figure 363501DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 868432DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 806170DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 990026DEST_PATH_IMAGE007
：
Figure 438456DEST_PATH_IMAGE015
；
其中，PE R 为参考温度下选定天然核素的特征峰道址；PE T 为参考温度以外的其他温度点T下选定天然核素的特征峰道址。
在本申请的一些实施例中，为了提高道址校正算法的准确度，在确定所述校正系数时，可以选定两个天然核素；在每一个设定的温度点，利用海水放射性传感器在该温度点进行多次伽马能谱测量，分别计算两个选定天然核素在多次伽马能谱测量中的特征峰道址的平均值，使用不同温度下选定天然核素各自特征峰道址的平均值建立温度-道址对应关系，将两组对应关系分别代入温度校正函数f(T)，计算得到两组校正系数，取两组校正系数的平均值作为所述
Figure 922527DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 296746DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 108844DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 610232DEST_PATH_IMAGE007
，以提高道址校正值计算公式的合理性。
在本申请的一些实施例中，为了使道址校正算法在整个能谱范围内都能实现准确校正，在选择两种天然核素时，应在伽马能谱的整个道址范围内选择一个道址在前的天然核素和一个道址在后的天然核素。例如，针对整个能谱范围在1~1024道的情况，其中一种天然核素应选择在所述参考温度时的特征峰道址的准确值在450道之前，例如钾元素中的40K核素；另外一种天然核素应选择在所述参考温度时的特征峰道址的准确值在700道之后，例如铊元素中的208Tl核素。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果主要体现在：
本发明针对海水放射性传感器测量得到的伽马能谱提出的温度漂移校正方法，利用天然核素在伽马能谱中所形成的特征峰，通过增益-道址关系标定，建立增益-道址对应关系，以确定出增益校正算法的参数，从而在海水放射性传感器累计工作时间过长或者遇到极端天气时，以选定天然核素的寻峰结果为基础，通过增益校正算法计算并调整传感器的增益，将传感器重新校正到当前温度标准工作状态，提高了海水放射性传感器工作的稳定性。
本发明的温度漂移校正方法，利用天然核素在伽马能谱中所形成的特征峰，通过温度-道址关系标定，建立温度-道址对应关系，以确定出道址校正算法的参数，在对发生温度漂移的伽马能谱进行短周期校正时，道址校正算法无需对发生温度漂移的伽马能谱进行寻峰，仅需获取海水温度，就可对伽马能谱的全部道址完成校正，校正过程简单、速度快。
本发明的温度漂移校正方法，不需要引入参考源，解决了参考源引入对伽马能谱解析造成影响的问题，可以保证海水放射性传感器在海上长期运行期间测量能谱的准确性和可信度。
本发明的温度漂移校正方法，适用领域广，既可以应用在基于碘化钠晶体探测方法的海水放射性传感器，对于其他晶体类型和应用场合的放射性传感器也同样适用。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是对海水放射性传感器进行增益-道址关系标定的过程流程图；
图2是对海水放射性传感器进行温度-道址关系标定的过程流程图；
图3是海水放射性传感器在投入使用后所执行的温度漂移校正方法的总体流程图；
图4是图3中的增益校正过程的流程图；
图5是图3中的道址校正过程的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。
本实施例的海水放射性传感器温度漂移校正方法，将自然环境（特别是海水环境）中普遍且大量存在的40K核素在伽马能谱测量中所形成的特征峰作为参考峰，通过增益-道址关系标定，建立增益-道址对应关系；将自然环境中普遍且大量存在的40K核素和208Tl核素在伽马能谱测量中所形成的特征峰作为参考峰，通过温度-道址关系标定，建立温度-道址对应关系。通过构建增益校正算法和道址校正算法，对海水放射性传感器在实际应用过程中测量得到的发生温度漂移的伽马能谱数据进行校正，利用校正后的伽马能谱数据进行能谱解析，可以保证海水中放射性核素监测结果的准确性。
本实施例的海水放射性传感器为基于碘化钠晶体探测方法设计的传感器，为了使传感器在使用过程中能够克服温度变化带来的伽马能谱漂移问题，在这种海水放射性传感器投入使用前，首先进行增益-道址关系标定和温度-道址关系标定。
所述增益-道址关系标定就是在参考温度（如25℃）下，改变海水放射性传感器的增益，在不同增益下进行伽马能谱测量并寻峰，找到不同增益下伽马能谱中选定天然放射性核素的特征峰道址，建立增益与特征峰道址的定性和定量关系，进而确定出增益校正算法中的参数值。
具体而言，如图1所示，可以包括以下过程：
S101、将海水放射性传感器放入温度试验箱。
本实施例的温度试验箱采用水浴式温度试验箱。在海水放射性传感器投入使用前，首先将其整体放入温度试验箱的水浴中，并将温度测量模块安装在海水放射性传感器的内部且紧贴碘化钠晶体的表面，以实时准确地测量出海水放射性传感器测量环境的实际温度。
S102、控制温度试验箱的温度，使海水放射性传感器测量环境的实际温度稳定在参考温度，所述参考温度为海水放射性传感器在能量刻度时的环境温度，例如25℃。即，在参考温度下，对海水放射性传感器进行增益-道址关系标定。
例如，可以控制温度试验箱的水浴温度，使通过温度测量模块检测到的温度稳定在25℃，稳定时长最好不小于1小时。然后，在25℃的测量环境下，对海水放射性传感器进行增益-道址关系标定。
S103、按照设定的增益变化幅度，逐渐增大或减小海水放射性传感器的增益，以形成多个设定的增益点。
在本实施例中，可以将增益变化幅度设置为100，控制海水放射性传感器的增益从最小值以100为变化幅度逐渐增大，以形成多个设定的增益点；或者控制海水放射性传感器的增益从最大值以100为变化幅度逐渐减小，以形成多个设定的增益点。
S104、在每一个设定的增益点，分别测量伽马能谱并寻找选定天然核素的特征峰道址。
在增益-道址关系标定过程中，选定的天然核素仅为一种，且为温度-道址关系标定过程中所选定的两种天然核素的其中一种。由于海水放射性环境的特殊性质，本实施例选择40K核素作为增益-道址关系标定过程中选定的天然核素。
具体而言，在每一个设定的增益点，利用海水放射性传感器进行伽马能谱测量，每次能谱测量时长的选择可以根据实际使用需要确定，原则上是能够在伽马能谱中准确地找到选定天然核素的特征峰即可。例如，找到40K核素的特征峰，确定其特征峰道址。
为了消除试验过程中偶然误差的影响，可以在每一个设定的增益点下，分别进行多次伽马能谱测量。在某些实施例中，可以在每一个设定增益点下分别做6组实验，得到6组伽马能谱数据。根据在每一个设定的增益点寻峰找到的选定天然核素的平均特征峰道址，建立增益-道址对应关系。
S105、在满足增益变化结束条件后，根据建立的增益-道址对应关系，拟合增益-道址曲线，确定增益校正算法的系数。
在本实施例中，可以将增益变化的结束条件设置为：在增益变化过程中，按照增益变化幅度设置的增益点，已经到达传感器增益的极限值时，结束增益变化过程。
例如，增益点从传感器增益最小值按照100的变化幅度依次增大增益，增大至传感器增益最大值时结束增益变化过程；或者增益点从传感器增益最大值按照100的变化幅度依次减小增益，减小至传感器增益最小值时结束增益变化过程。
在增益变化过程结束后，可以根据建立的增益-道址对应关系，拟合出增益-道址曲线。在本实施例中，所述增益-道址曲线通常为一次函数曲线，即，直线，计算直线的斜率
Figure 89755DEST_PATH_IMAGE014
，以作为后期增益校正算法中所需使用到的一个系数。
将系数
Figure 136340DEST_PATH_IMAGE014
导入海水放射性传感器，完成增益-道址关系标定过程。
所述温度-道址关系标定就是将海水放射性传感器整体放入到温度试验箱内，通过控制实验箱温度变化，在不同温度下进行伽马能谱测量。对不同温度下得到的伽马能谱进行寻峰，找到不同温度下伽马能谱中选定天然放射性核素的特征峰道址，建立不同温度下特征峰道址与温度的定性和定量关系，进而确定出道址校正算法中的参数值。
具体而言，如图2所示，可以包括以下过程：
S201、将海水放射性传感器放入温度试验箱。
本实施例的温度试验箱采用水浴式温度试验箱，在海水放射性传感器投入使用前，首先将其整体放入温度试验箱的水浴中，并将温度测量模块安装在海水放射性传感器的内部且紧贴碘化钠晶体的表面，这样可以实时和准确地测量出海水放射性传感器测量环境的实际温度。
S202、设定多个温度点，控制温度试验箱中的水浴温度，使海水放射性传感器测量环境的实际温度分别到达每一个设定的温度点。
为了使道址校正算法能够更好地适应海水放射性传感器实际工作时的海水温度环境，可以根据海水的实际温度变化范围确定温度试验箱的温度调节范围，并根据所述温度调节范围设置温度变化梯度，以确定出至少4个温度点。
例如，可以将温度调节范围设置在-10℃~50℃之间，设置温度变化梯度为5℃，这样可以确定出13个温度点。
在设定的温度点中，应包括一个参考温度。
通过温度试验箱改变海水放射性传感器所处的水浴温度，根据温度测量模块检测海水放射性传感器测量环境的实际温度，使测量环境的实际温度依次到达每一个设定的温度点。
S203、利用海水放射性传感器在每一个设定的温度点进行伽马能谱测量。
在调整温度试验箱的水浴温度到达某一设定的温度点时，应综合考虑海水放射性传感器的发热及外壳导热等因素的影响，在水浴温度稳定一段时间后再进行伽马能谱的测量。
在本实施例中，可以设置水浴温度的稳定时间大于等于1小时，以确保海水放射性传感器的环境温度稳定后，再进行伽马能谱测量。对于海水放射性传感器单次能谱测量的持续时间，可以根据海水放射性传感器在投入使用后所设置的短周期时长确定，例如，可以设置为1小时。
为了消除试验过程中偶然误差的影响，可以在每一个设定的温度点下，分别进行多次伽马能谱测量。在某些实施例中，可以在每一个设定温度点下分别做6组实验，得到6组伽马能谱数据。
S204、对不同温度下海水放射性传感器测量得到的伽马能谱进行寻峰，找到不同温度下伽马能谱中所选定的天然核素的特征峰道址。
在本实施例中，为了提高特征峰道址测量的准确性，可以从每一个设定温度点下多次测量得到的多个伽马能谱中分别提取出所选定的天然核素的特征峰道址，对提取出的多个特征峰道址求平均，将计算出的平均值作为该温度点下选定天然核素的特征峰道址。
在本实施例中，可以将参考温度（例如25℃）下所选定的天然核素的特征峰道址记为PE R ；将参考温度以外的其他温度点下所选定的天然核素的特征峰道址记为PE T 。这里的PE R 和PE T 均为特征峰道址的平均值。
为了使伽马能谱的校正效果更加准确，本实施例选定两种天然核素，分别计算两种天然核素在不同设定温度点下的特征峰道址PE R 和PE T 。
为了使道址校正算法在整个能谱范围内都能实现准确校正，在选择两种天然核素时，应在伽马能谱的整个道址范围内选择一个道址比较靠前的天然核素和一个道址比较靠后的天然核素。例如，针对整个能谱范围在1~1024道的情况，其中一种天然核素可以选择在参考温度时的特征峰道址的准确值在450道之前的放射性核素，另外一种天然核素可以选择在参考温度时的特征峰道址的准确值在700道之后的放射性核素。
在某些实施例中，可以选择在所述参考温度时，特征峰道址在400道的40K核素和道址在712道的208Tl核素作为选定的两种天然核素。这两种天然核素在自然环境中普遍且大量存在，因此，能够在伽马能谱中形成明显的特征峰。
在对不同温度下海水放射性传感器多次测量得到的伽马能谱进行寻峰时，分别找出相同温度点下每一次测量所得到的伽马能谱中40K核素的特征峰道址以及208Tl核素的特征峰道址。相同温度点下，40K核素和208Tl核素的特征峰道址取该温度点下多次测量得到的特征峰道址的平均值，可以分别记为PE R_K 和PE T_K 、PE R_Tl 和PE T_Tl 。其中，PE R_K 和PE R_Tl 分别表示参考温度下40K核素和208Tl核素的特征峰道址；PE T_K 和PE T_Tl 分别表示参考温度以外的其他温度点下40K核素和208Tl核素的特征峰道址。
S205、建立不同温度下选定天然核素的特征峰道址PE T 与温度T的对应关系。
根据设定的温度点和各温度点下选定天然核素的特征峰道址PE T ，建立温度-道址对应关系。
在本实施例，对于选定的天然核素为40K核素和208Tl核素的情况，可以分别针对40K核素建立其温度-道址对应关系，针对208Tl核素建立其温度-道址对应关系。
S206、构建温度校正函数，根据建立的温度-道址对应关系确定温度校正函数中的校正系数。
温度校正函数通常可以使用一次、二次或者更高阶的多项式关系拟合。在本实施例中，使用三次多项式函数关系拟合。具体而言，可以利用选定天然核素在参考温度以外的其他温度点的平均特征峰道址与参考温度下的平均特征峰道址的比值关系结合温度进行拟合，从而建立起温度校正函数，并确定某一台海水放射性传感器的校正函数的具体参数值。
在本实施例中，建立温度校正函数：
Figure 294789DEST_PATH_IMAGE016
；
其中，f(T)为温度校正函数；PE R 为参考温度下选定的天然核素的特征峰道址；PE T 表示参考温度以外的其它温度点下选定的天然核素的特征峰道址；T为温度，代入公式计算的是参考温度以外的其它温度点；p 0 , p 1 , p 2 , p 3 为校正系数。
为了提高道址校正算法的准确度，针对选定的天然核素为两种的情况，可以将建立的两种天然核素的温度-道址对应关系分别代入温度校正函数f(T)，计算得到两组校正系数，取两组校正系数的平均值作为校正系数
Figure 52398DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 855269DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 56443DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 577554DEST_PATH_IMAGE007
。
具体而言，针对两种天然核素分别为40K核素和208Tl核素的情况，可以首先根据建立的40K核素的温度-道址对应关系，将40K核素的特征峰道址PE R_K 、PE T_K 与除参考温度以外的剩余12个温度点T依次代入温度校正函数f(T)，即：
Figure 404434DEST_PATH_IMAGE017
；
从而形成12个四元一次方程，以拟合出校正系数p 0k , p 1k , p 2k , p 3k 的值。
然后，根据建立的208Tl核素的温度-道址对应关系，将208Tl核素的特征峰道址PE R_Tl 、PE T_Tl 与除参考温度以外的剩余12个温度点T依次代入温度校正函数f(T)，即：
Figure 717603DEST_PATH_IMAGE018
；
从而形成12个四元一次方程，以拟合出校正系数p 0Tl , p 1Tl , p 2Tl , p 3Tl 的值。
利用以下平均值计算公式，计算出校正系数
Figure 105991DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 239032DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 761280DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 178224DEST_PATH_IMAGE007
：
Figure 986780DEST_PATH_IMAGE019
；i=0,1,2,3。
即：
Figure 92270DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure 746105DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
。
由此，便可确定出以温度T为变量的一元三次多项式温度校正函数f(T)。
以上，为海水放射性传感器在投入使用前所需完成的温度-道址关系标定以及温度校正函数f(T)的建立过程。
由于相同的温度变化对不同道址的影响具有相同的比例关系，即，道址数大，道址随温度变化的数值就大，反之亦然。因此，发生温度漂移的伽马能谱可以使用如下关系进行校正,即，对漂移伽马能谱的全部道址全新计算：
Figure 775414DEST_PATH_IMAGE024
；
其中，CH TC 表示在温度T时，漂移伽马能谱校正后的全部道址，即，道址校正值；CH T 表示在温度T时，漂移伽马能谱校正前的全部道址。
将计算得到的温度校正函数f(T)代入上述道址校正公式，从而得到最终的道址校正算法公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
。
在这里，
Figure 223713DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 347658DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 70763DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 353977DEST_PATH_IMAGE007
为已知量。
将上述道址校正算法公式导入海水放射性传感器，之后，便可在海水放射性传感器执行道址校正过程中使用。
在海水放射性传感器投入正常使用后，便可以利用增益校正算法和道址校正算法对海水放射性传感器测量得到的伽马能谱进行原位、实时地温度漂移校正，以输出校正后的准确伽马能谱。
具体过程如图3所示，可以包括以下步骤：
S301、执行增益校正过程，将海水放射性传感器校正到当前温度标准工作状态。
将已经导入增益校正算法和道址校正算法的海水放射性传感器部署至待测海水中，开机后，首先执行一次增益校正过程，将海水放射性传感器校正到当前温度标准工作状态。
本实施例的增益校正过程可以包括以下步骤，如图4所示：
S401、测量一个短周期的伽马能谱并寻峰。
设置一个短周期，例如1小时，在该短周期内利用海水放射性传感器对待测海水进行伽马能谱测量，并从测量得到的伽马能谱中找到选定天然核素的特征峰道址。这里的选定天然核素即在进行增益-道址关系标定过程中选定的天然核素，例如40K核素。
S402、计算选定天然核素在当前温度的实测特征峰道址与当前温度的标准特征峰道址的偏移量；
在这里，当前温度的实测特征峰道址为在海水中实际测量并寻峰得到的特征峰道址；当前温度的标准特征峰道址为在温度-道址对应关系中的相同温度的特征峰道址。
将选定天然核素（例如40K核素）在当前温度的实测特征峰道址记为
Figure 19182DEST_PATH_IMAGE012
， 将选定天然核素在当前温度的标准特征峰道址记为
Figure 489478DEST_PATH_IMAGE013
，计算道址偏移量
Figure 281853DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure 419573DEST_PATH_IMAGE026
；
S403、计算增益调整量，调整海水放射性传感器的增益。
在本实施例中，可以由增益调整量与特征峰道址偏移量的关系得：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
；
其中，ΔGA为增益调整量；k为已知量，即，通过增益-道址关系标定确定出的拟合曲线斜率。
由此，便可得到增益调整量计算公式：
Figure 85041DEST_PATH_IMAGE028
。
当ΔGA为正值时，表示应增大海水放射性传感器的增益；当ΔGA为负值时，表示应减小海水放射性传感器的增益。
S404、重新测量一个短周期的伽马能谱并寻峰。
海水放射性传感器在进行增益调整后，在一个短周期内重新测量伽马能谱，并寻找选定天然核素（例如40K核素）的特征峰道址。
S405、计算选定天然核素在当前温度的实测特征峰道址与当前温度的标准特征峰道址的偏移量。
此步骤可以参照步骤S402的执行过程。
S406、根据选定天然核素在当前温度的实测特征峰道址与当前温度的标准特征峰道址的偏移量确定是否结束增益校正过程。
在本实施例中，若海水放射性传感器在增益校正后通过测量，得到的选定天然核素在当前温度的实测特征峰道址与其当前温度的标准特征峰道址的偏移量
Figure 308212DEST_PATH_IMAGE009
大于±1道，则返回步骤S403，重新计算增益调整量ΔGA，并进一步调整海水放射性传感器的增益。若道址偏移量
Figure 887967DEST_PATH_IMAGE009
小于等于±1道，则结束增益校正过程。此时，海水放射性传感器进入当前温度标准工作状态。
S302、执行道址校正过程，以获得校正后的伽马能谱数据。
本实施例的道址校正过程可以包括以下步骤，如图5所示：
S501、设置一个短周期；
当海水放射性传感器在海上原位运行时，将长时间的测量周期分成若干个时间相等的短周期，例如，设置为1小时。这里的短周期最好与海水放射性传感器在温度-道址关系标定过程中进行单次伽马能谱测量时的测量时间一致，通过配置标定条件与实测条件一致，可以保证校正算法的适用性，进而提高校正结果的准确性。
S502、利用海水放射性传感器对待测海水进行伽马能谱测量；
采用基于碘化钠晶体的探测方法对待测海水进行伽马能谱测量，使用安装于海水放射性传感器内部的温度测量模块自动测量并记录当前海水的实时温度。
S503、在每一个短周期结束时，提取海水放射性传感器在该短周期内测得的海水温度以及伽马能谱所对应的全部道址；
海水放射性传感器在短周期内测量的海水温度有可能发生小幅变化，为了使短周期温度更具参考性，可以取短周期的温度平均值作为海水温度T。例如，可以取短周期开始时刻的温度、中间时刻的温度以及结束时刻的温度进行求平均运算，进而得到该短周期内的海水温度T。
根据实际工作海域水温变化情况所设置的短周期时间阈值，每到达一次短周期阈值，自动记录一个短周期的伽马能谱测量数据和其对应的全部道址。
S504、在每一个短周期结束时，利用道址校正算法对漂移伽马能谱的全部道址进行校正，以获得校正后的伽马能谱；
在每一个短周期结束时，利用导入海水放射性传感器的道址校正算法公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
；
计算出全部道址的校正值。其中，T为短周期内的海水温度平均值；
Figure 208090DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 450983DEST_PATH_IMAGE002
分别为发生温度漂移的伽马能谱校正前的全部道址和校正后的全部道址。
对发生温度漂移的伽马能谱的全部道址完成校正后，便可形成校正后的伽马能谱。
S505、存储校正后的短周期伽马能谱，并与之前已校正的伽马能谱累加，形成长周期伽马能谱；
在每一个短周期结束时，可以将该短周期校正后的伽马能谱储存，并自动与之前已经校正的短周期伽马能谱按照时间顺序依次累加保存，由此便可生成长时间连续的且已消除温度漂移的准确伽马能谱。
S303、在海水放射性传感器的测量时间累计到达增益调节时间设定阈值时，或者遇到极端天气时，返回步骤S301，重新执行增益校正过程，使海水放射性传感器重新进入当前温度标准工作状态。然后，再执行道址校正过程。
在本实施例中，针对测量时间累计到达的增益调节时间设定阈值可以设置为7天，或者根据实际情况具体确定。所述极端天气可以包括气温骤变、强降水、大风浪等情况，可以利用安装在浮标（海水放射性传感器所搭载的浮标）上的各类传感器的检测数据自动识别。
当海水放射性传感器的测量时间累计到达增益调节时间设定阈值或者遇到极端天气时，可以认为当前温度的实测能谱已经较大地偏离了当前温度的标准能谱状态，即，选定天然核素在当前温度的实测特征峰道址已经较大地偏离了当前温度的标准特征峰道址，此时可以让海水放射性传感器自动进行一次增益校正过程，以重新将传感器校正至当前温度标准工作状态后，再继续进行能谱测量。
如果连续工作时间未达到设定阈值，并且没有遇到极端天气，则传感器不需要执行增益校正过程，保持当前温度标准工作状态继续测量，执行道址校正过程即可。
当海水放射性传感器的测量任务结束后，或者需要提取伽马能谱时，利用累加保存的伽马能谱，便可得到校正后的长周期伽马能谱，以满足能谱解析的需求。
本实施例针对海水放射性传感器测量得到的伽马能谱提出的温度漂移校正方法，无需引入参考源。完成增益-道址关系标定后，在使用增益校正方法时，仅需在海水伽马能谱中对40K核素进行寻峰，通过增益校正算法计算并调整传感器增益，即可完成增益校正；完成温度-道址关系标定后，在使用道址校正方法时，校正算法仅与测量环境的实际温度T有关，无需对漂移伽马能谱进行寻峰，直接对漂移伽马能谱的道址使用道址校正算法重新计算，就能够完成道址校正。通过结合增益校正方法和道址校正方法，可以保证海水放射性传感器在海上长期运行期间测量输出的伽马能谱的有效性和准确性。
当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法，其特征在于，
在海水放射性传感器使用前，基于选定的天然核素，采用伽马能谱测量并寻峰的方式，进行增益-道址关系标定和温度-道址关系标定，分别建立增益-道址对应关系和温度-道址对应关系；
在海水放射性传感器投入使用后，分别执行增益校正过程和道址校正过程：
所述增益校正过程包括：
测量一个短周期的伽马能谱并寻峰；
计算选定天然核素在当前温度的实测特征峰道址与当前温度的标准特征峰道址的偏移量，并结合所述增益-道址对应关系确定出增益调整量；
根据所述增益调整量，调节海水放射性传感器的增益，使海水放射性传感器进入当前温度标准工作状态；
所述道址校正过程包括：
在每一个设定的短周期内，利用海水放射性传感器对待测海水进行伽马能谱测量；
在每一个短周期结束时，提取海水放射性传感器在该短周期内测得的海水温度以及伽马能谱中的全部道址
Figure 120030DEST_PATH_IMAGE001
；
计算所述全部道址的校正值
Figure 137664DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，
Figure 288023DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 132220DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 659016DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 796736DEST_PATH_IMAGE007
为校正系数；T为温度；
存储校正后的短周期伽马能谱，并将其与之前已经校正的短周期伽马能谱按照时间顺序依次累加保存，从而获得已经消除温度漂移的长周期伽马能谱；
在测量时间累计到达增益调节时间设定阈值或遇到极端天气时，重新执行所述增益校正过程，使海水放射性传感器重新进入当前温度标准工作状态后，再执行所述道址校正过程。
2.根据权利要求1所述的增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法，其特征在于，在所述增益校正过程中，
利用以下公式计算道址偏移量
Figure 399887DEST_PATH_IMAGE008
：
Figure 357479DEST_PATH_IMAGE009
；
其中，
Figure 687966DEST_PATH_IMAGE010
为选定的天然核素在当前温度的实测特征峰道址；
Figure 680193DEST_PATH_IMAGE011
为选定的天然核素在当前温度的标准特征峰道址，不同温度的标准特征峰道址由所述温度-道址对应关系确定；
利用以下公式计算增益调整量
Figure 687201DEST_PATH_IMAGE012
：
Figure 397668DEST_PATH_IMAGE013
；
其中，
Figure 531846DEST_PATH_IMAGE014
由所述增益-道址对应关系确定。
3.根据权利要求2所述的增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法，其特征在于，所述增益-道址关系标定过程包括：
将海水放射性传感器整体放入水浴式温度试验箱中；
控制温度试验箱的温度，使海水放射性传感器测量环境的实际温度稳定在参考温度，所述参考温度为海水放射性传感器在能量刻度时的环境温度；
按照设定的增益变化幅度，逐渐增大或减小海水放射性传感器的增益，并在每一个设定的增益点分别测量伽马能谱并寻找选定天然核素的特征峰道址，直至到达传感器增益的极限值时结束；
根据设定的增益点和与其对应的特征峰道址，建立增益-道址对应关系，拟合出增益-道址曲线。
4.根据权利要求3所述的增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法，其特征在于，
所述增益-道址曲线为直线，将直线斜率记为
Figure 378579DEST_PATH_IMAGE014
，用于所述增益调整量的计算；
在每一个设定的增益点，利用海水放射性传感器在该增益点进行多次伽马能谱测量，以选定天然核素在多次伽马能谱测量中的特征峰道址的平均值作为每一个增益点的特征峰道址；
在所述增益-道址关系标定过程中，所述选定的天然核素为钾元素中的40K核素。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法，其特征在于，所述温度-道址关系标定过程包括：
将海水放射性传感器整体放入水浴式温度试验箱中；
调整温度试验箱的温度，使海水放射性传感器测量环境的实际温度在设定的温度调节范围内等梯度变化，形成至少4个温度点，且其中一个温度点为参考温度；
对不同温度下海水放射性传感器测量得到的伽马能谱进行寻峰，找到不同温度下伽马能谱中所选定的天然核素的特征峰道址；
利用所设定的不同温度点和其对应的特征峰道址建立温度-道址对应关系。
6.根据权利要求5所述的增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法，其特征在于，所述校正系数的确定过程包括：
利用建立的温度-道址对应关系，将不同温度与不同温度所对应的特征峰道址分别代入以下温度校正函数f(T)，计算校正系数
Figure 57953DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 114771DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 928006DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 292164DEST_PATH_IMAGE007
：
Figure 267074DEST_PATH_IMAGE015
；
其中，PE R 为参考温度下选定天然核素的特征峰道址；PE T 为参考温度以外的其他温度点T下选定天然核素的特征峰道址。
7.根据权利要求6所述的增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法，其特征在于，在所述温度-道址关系标定过程中，所选定的天然核素包括两个，在每一个设定的温度点，利用海水放射性传感器在该温度点进行多次伽马能谱测量，分别计算两个选定天然核素在多次伽马能谱测量中的特征峰道址的平均值，使用不同温度下选定天然核素各自特征峰道址的平均值建立温度-道址对应关系，将两组对应关系分别代入温度校正函数f (T)，计算得到两组校正系数，取两组校正系数的平均值作为所述
Figure 76767DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 428113DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 124805DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 270616DEST_PATH_IMAGE007
。
8.根据权利要求7所述的增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法，其特征在于，针对整个能谱范围在1~1024道的情况，在选择两个天然核素时，其中一个天然核素在所述参考温度时的特征峰道址的准确值在450道之前，另外一个天然核素在所述参考温度时的特征峰道址的准确值在700道之后。
9.根据权利要求8所述的增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法，其特征在于，在所述温度-道址关系标定过程中，所述两个选定天然核素分别为钾元素中的40K核素和铊元素中的208Tl核素。
10.根据权利要求1所述的增益调节与周期性相结合的海水伽马能谱温漂校正方法，其特征在于，在提取所述海水放射性传感器在每一个短周期结束时测得的海水温度时，所述海水温度为海水放射性传感器在该短周期测得的海水温度的平均值。
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