CN116660970B - 一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及辐射测量技术领域，具体公开了一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别方法及系统，所述的方法包括：步骤S1：探测器信号输入至主电子学，经过调理放大后输送至ADC中，ADC将模拟信号转换成数字信号送至FPGA中进行处理，获得长门积分值和短门积分值；步骤S2：获取长门积分值和短门积分值；计算出脉冲甄别值PSD；步骤S3：以所述的脉冲甄别值PSD为纵坐标，以峰值或者长门积分值Qlong除以长门区间长度作为横坐标，绘制PSD能谱图；步骤S4：根据所述的PSD能谱图得出中子和伽马脉冲的具体位置坐标。本发明可以提高中子伽马混合辐射的甄别能力。
Description
技术领域
本发明涉及辐射测量技术领域，具体公开了一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别方法及系统。
背景技术
在核裂变堆安全监测与控制、聚变堆诊断、核退役以及其他科研、工业、安检中的核技术应用等场合，都经常会涉及到中子、伽马辐射的测量。而且在这些应用场景中，中子辐射环境往往都有伴随有伽马辐射一起出现，对于这种混合辐射的情况下，想要准确的测量出中子剂量率和伽马剂量率，难度比较高。
在一种现有的中子、伽马辐射测量方法中，分为两部分，一部分是通过使用对中子敏感对伽马有抑制的探测器来测量中子辐射，例如裂变电离室中子通量探测系统、BF3中子剂量监测系统等；另一部分是通过使用对中子辐射不敏感对伽马辐射灵敏的探测器来测量伽马辐射，例如高压氩气电离室伽马剂量监测系统。最后，再将二者统合到一起，从而完成中子、伽马混合辐射场测量。但是采用这种方式，设备体积大，不利于进行精确的位置分辨测量和核成像。
而在另一种现有的测量技术中，利用一个同时对中子和伽马辐射都有响应的探测器，例如液体闪烁体探测器、固体闪烁体探测器（CLLB、CLYC）等。但是这种技术虽然解决了设备设备体积大，不利于进行精确的位置分辨测量和核成像的问题，但是因为采用同一个探测器同时测量中子和伽马辐射，因此在两种脉冲的甄别上存在一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别方法及系统，解决上述技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别方法，包括以下步骤：
步骤S1：探测器信号输入至主电子学，经过调理放大后输送至ADC中，ADC将模拟信号转换成数字信号送至FPGA中进行处理，获得长门积分值Qlong和短门积分值Qshort；
步骤S2：获取长门积分值Qlong和短门积分值Qshort，根据公式：
；
计算出脉冲甄别值PSD；
步骤S3：以所述的脉冲甄别值PSD为纵坐标，以峰值或者长门积分值Qlong除以长门区间长度作为横坐标，绘制PSD能谱图；
步骤S4：根据所述的PSD能谱图对中子伽马混合辐射脉冲信号中的中子脉冲信号和伽马脉冲信号进行甄别。
作为本发明进一步的方案：所述的步骤S1具体包括：
步骤S11：探测器获取原始脉冲信号，通过调理放大后输送至ADC中；
步骤S12：调理放大后的原始脉冲信号经ADC模数转换后生成数字脉冲信号；
步骤S13：将所述的数字脉冲信号减去一个预设的基线值并生成第一数字脉冲信号，用于减少不同探测器对信号基线带来的影响；
步骤S14：将所述的第一数字脉冲信号数据放入存储区中进行一定时间的数据量存储，所述的存储区是利用FPGA内部资源RAM实现的，能够根据地址来寻找前一时刻的值；
步骤S15：调用所述的存储区中的数据，对每个脉冲都进行基线计算，得出当前脉冲的基线值；
步骤S16：将所述的第一数字脉冲信号减去所述的基线值，生成第二数字脉冲信号；
步骤S17：将所述的第二数字脉冲信号与预设的触发阈值进行比较，如果述的第二数字脉冲信号过阈了，则所述的第一数字脉冲信号为有效信号；
步骤S18：当所述的第一数字脉冲信号为有效信号时，根据长门和短门的取值计算所述的第一数字脉冲信号的长门积分值Qlong和短门积分值Qshort。
作为本发明进一步的方案：在所述的步骤S15中，所述的基线计算具体包括以下步骤：
步骤S151：获取第一实际脉冲波形；
步骤S152：判断脉冲波形形状；
步骤S153：根据脉冲波形形状选取合适的脉冲值进行累加，求均值后得出当前脉冲的基线值。
作为本发明进一步的方案：在所述的步骤S18中，所述的长门和短门的取值的具体计算方法如下所示：
步骤S181：获取数字脉冲信号波形；
步骤S182：设定有效脉冲区间（S0，Sn-1），其中S0表示有效脉冲区间的起点，等于触发阈值减去预设的预触发值；Sn-1表示有效脉冲区间的终点，等于S0与预设的记录长度之和；
步骤S183：设定短门区间为（S0+K1，Sn-1-K2），设定长门区间为（S0+K1，Sn-1-K3），其中K1，K2和K3为预设的常数值且K1，K2和K3大于0。
作为本发明进一步的方案：所述的步骤S1还包括：
步骤S19：当所述的第一数字脉冲信号不为有效信号时，重新获取原始脉冲信号并覆盖存储区中原先的数据。
作为本发明进一步的方案：在所述的步骤S3中，所述的峰值的获取方法具体如下所示：
步骤S31：获取所述的第二数字脉冲信号；
步骤S32：当所述的第二数字脉冲信号为正脉冲时，取其波峰值作为峰值；
步骤S33：如果所述的第二数字脉冲信号为负脉冲时，取其波谷值作为峰值。
作为本发明进一步的方案：在所述的步骤S18中，在计算所述的第一数字脉冲信号的长门积分值Qlong和短门积分值Qshort时，还需要进行数据延迟，延迟时间为基线计算和过阈判断的时间总和。
一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别系统，包括：
探测器：用于获取原始脉冲信号；
主电子学：用于原始脉冲信号的调理放大；将调理放大后的原始脉冲信号进行数模转换，生成数字脉冲信号；
一次减基线模块：将所述的数字脉冲信号减去一个预设的基线值并生成第一数字脉冲信号；
存储区：将所述的第一数字脉冲信号数据放入存储区中进行一定时间的数据量存储，所述的存储区是利用FPGA内部资源RAM实现的，能够根据地址来寻找前一时刻的值；
基线计算模块：调用所述的存储区中的数据，对每个脉冲都进行基线计算，得出当前脉冲的基线值；
二次减基线模块：将所述的第一数字脉冲信号减去所述的基线值，生成第二数字脉冲信号；
寻峰模块：
过阈判断模块：将所述的第二数字脉冲信号与预设的触发阈值进行比较，如果述的第二数字脉冲信号过阈了，则所述的第一数字脉冲信号为有效信号；
延迟模块：在计算所述的第一数字脉冲信号的长门积分值Qlong和短门积分值Qshort时，还需要进行数据延迟，延迟时间为基线计算和过阈判断的时间总和；
积分计算模块：当所述的第一数字脉冲信号为有效信号时，根据长门和短门的取值计算所述的第一数字脉冲信号的长门积分值Qlong和短门积分值Qshort；
PSD能谱图绘制模块：取长门积分值Qlong和短门积分值Qshort，根据公式：
；
计算出脉冲甄别值PSD；
以所述的脉冲甄别值PSD为纵坐标，以峰值或者长门积分值Qlong除以长门区间长度作为横坐标，绘制PSD能谱图；
脉冲甄别模块：根据所述的PSD能谱图对中子伽马混合辐射脉冲信号中的中子脉冲信号和伽马脉冲信号进行甄别。
本发明的有益效果：本发明和现有技术中其他的甄别方法相比，本系统通过高采样率和多次减基线的方式，提高了PSD计算的准确度，使整套系统的FOM（品质因子）值大于2，能量分辨率小于5%，能有效提高甄别的准确率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别系统的结构示意图；
图2为中子或伽马的单一辐射波形图；
图3是本发明中中子伽马的混合辐射波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3所示，本发明为一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别方法，包括以下步骤：
步骤S1：探测器信号输入至主电子学，经过调理放大后输送至ADC中，ADC将模拟信号转换成数字信号送至FPGA中进行处理，获得长门积分值Qlong和短门积分值Qshort；
步骤S11：探测器获取原始脉冲信号，通过调理放大后输送至ADC中；
步骤S12：调理放大后的原始脉冲信号经ADC模数转换后生成数字脉冲信号；
步骤S13：将所述的数字脉冲信号减去一个预设的基线值并生成第一数字脉冲信号，用于减少不同探测器对信号基线带来的影响；
步骤S14：将所述的第一数字脉冲信号数据放入存储区中进行一定时间的数据量存储，所述的存储区是利用FPGA内部资源RAM实现的，能够根据地址来寻找前一时刻的值；
步骤S15：调用所述的存储区中的数据，对每个脉冲都进行基线计算，得出当前脉冲的基线值；
步骤S16：将所述的第一数字脉冲信号减去所述的基线值，生成第二数字脉冲信号；
步骤S17：将所述的第二数字脉冲信号与预设的触发阈值进行比较，如果述的第二数字脉冲信号过阈了，则所述的第一数字脉冲信号为有效信号；
步骤S18：当所述的第一数字脉冲信号为有效信号时，根据长门和短门的取值计算所述的第一数字脉冲信号的长门积分值Qlong和短门积分值Qshort；
步骤S19：当所述的第一数字脉冲信号不为有效信号时，重新获取原始脉冲信号并覆盖存储区中原先的数据；
步骤S2：获取长门积分值Qlong和短门积分值Qshort，根据公式：
；
计算出脉冲甄别值PSD；
步骤S3：以所述的脉冲甄别值PSD为纵坐标，以峰值或者长门积分值Qlong除以长门区间长度作为横坐标，绘制PSD能谱图；
步骤S4：根据所述的PSD能谱图得出中子和伽马脉冲的具体位置坐标。
在本发明一种优选的实施例中，在所述的步骤S15中，所述的基线计算具体包括以下步骤：
步骤S151：获取第一实际脉冲波形；
步骤S152：判断脉冲波形形状；
步骤S153：根据脉冲波形形状选取合适的脉冲值进行累加，求均值后得出当前脉冲的基线值。
在本实施例中，参考图2，通过第一实际脉冲波形的实际形状，来获取所述的第一实际脉冲波形的基线，此时的基线是指脉冲信号中的参考基准水平或参考电平，在脉冲信号中，脉冲基线表示脉冲开始之前的稳定状态或初始状态；并根据预先设定的触发阈值计算出基线与触发阈值之间的门偏移的值，所述的门偏移的值等于短门区间起点到触发阈值之间的差值；
以脉冲起点与触发阈值之间的长度作为预触发的长度，并以预触发的长度作为基线计算的起始区域，往前推门偏移的值作为基线计算的终止区域，将起始区域和终止区域中的脉冲值进行累加，最后除以第一实际脉冲波形的基线的值，即得出本次基线计算中当前脉冲的基线值。
在本发明一种优选的实施例中，在所述的步骤S18中，所述的长门和短门的取值的具体计算方法如下所示：
步骤S181：获取数字脉冲信号波形；
步骤S182：设定有效脉冲区间（S0，Sn-1），其中S0表示有效脉冲区间的起点，等于触发阈值减去预设的预触发值；Sn-1表示有效脉冲区间的终点，等于S0与预设的记录长度之和；
步骤S183：设定短门区间为（S0+K1，Sn-1-K2），设定长门区间为（S0+K1，Sn-1-K3），其中K1，K2和K3为预设的常数值且K1，K2和K3大于0。
在本实施例中，值得注意的是，K1，K2和K3的取值，K1和门偏移的值有关，S0+K1等于触发阈值减去门偏移的值，门偏移的值通过预设得到，而短门区间的设置需要将有效脉冲区间中的整个波谷或者整个波峰包含在内，而长门区间需要将有效脉冲区间中大部分的脉冲信号包含在内。K1、K2、K3的长度需要根据不同的放射源或者不同的前放做调整，并不是一成不变的。一般来说在使用之前，我们需要知道具体信号的形状，改信号形状可以使用示波器来观看。
在本发明一种优选的实施例中，在所述的步骤S3中，所述的峰值的获取方法具体如下所示：
步骤S31：获取所述的第二数字脉冲信号；
步骤S32：当所述的第二数字脉冲信号为正脉冲时，取其波峰值作为峰值；
步骤S33：如果所述的第二数字脉冲信号为负脉冲时，取其波谷值作为峰值。
在本发明一种优选的实施例中，在所述的步骤S18中，在计算所述的第一数字脉冲信号的长门积分值Qlong和短门积分值Qshort时，还需要进行数据延迟，延迟时间为基线计算和过阈判断的时间总和。
一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别系统，包括：
探测器：用于获取原始脉冲信号；
主电子学：用于原始脉冲信号的调理放大；将调理放大后的原始脉冲信号进行数模转换，生成数字脉冲信号；
一次减基线模块：将所述的数字脉冲信号减去一个上位机下发的预设基线值并生成第一数字脉冲信号；
存储区：将所述的第一数字脉冲信号数据放入存储区中进行一定时间的数据量存储，所述的存储区是利用FPGA内部资源RAM实现的，能够根据地址来寻找前一时刻的值；
基线计算模块：调用所述的存储区中的数据，对每个脉冲都进行基线计算，得出当前脉冲的基线值；
二次减基线模块：将所述的第一数字脉冲信号减去所述的基线值，生成第二数字脉冲信号；
寻峰模块：获取第二数字脉冲信号的波峰值或者波谷值作为峰值；
过阈判断模块：将所述的第二数字脉冲信号与预设的触发阈值进行比较，如果述的第二数字脉冲信号过阈了，则所述的第一数字脉冲信号为有效信号；
延迟模块：在计算所述的第一数字脉冲信号的长门积分值Qlong和短门积分值Qshort时，还需要进行数据延迟，延迟时间为基线计算和过阈判断的时间总和；
积分计算模块：当所述的第一数字脉冲信号为有效信号时，根据长门和短门的取值计算所述的第一数字脉冲信号的长门积分值Qlong和短门积分值Qshort；
PSD能谱图绘制模块：取长门积分值Qlong和短门积分值Qshort，根据公式：
；
计算出脉冲甄别值PSD；
以所述的脉冲甄别值PSD为纵坐标，以峰值或者长门积分值Qlong除以长门区间长度作为横坐标，绘制PSD能谱图；
脉冲甄别模块：根据所述的PSD能谱图对中子伽马混合辐射脉冲信号中的中子脉冲信号和伽马脉冲信号进行甄别。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：探测器信号输入至主电子学，经过调理放大后输送至ADC中，ADC将模拟信号转换成数字信号送至FPGA中进行处理，获得长门积分值Qlong和短门积分值Qshort；
步骤S2：获取长门积分值Qlong和短门积分值Qshort，根据公式：
；
计算出脉冲甄别值PSD；
步骤S3：以所述的脉冲甄别值PSD为纵坐标，以峰值或者长门积分值Qlong除以长门区间长度作为横坐标，绘制PSD能谱图；
步骤S4：根据所述的PSD能谱图对中子伽马混合辐射脉冲信号中的中子脉冲信号和伽马脉冲信号进行甄别；
所述的步骤S1具体包括：
步骤S11：探测器获取原始脉冲信号，通过调理放大后输送至ADC中；
步骤S12：调理放大后的原始脉冲信号经ADC模数转换后生成数字脉冲信号；
步骤S13：将所述的数字脉冲信号减去一个预设的基线值并生成第一数字脉冲信号，用于减少不同探测器对信号基线带来的影响；
步骤S14：将所述的第一数字脉冲信号数据放入存储区中进行一定时间的数据量存储，所述的存储区是利用FPGA内部资源RAM实现的，能够根据地址来寻找前一时刻的值；
步骤S15：调用所述的存储区中的数据，对每个脉冲都进行基线计算，得出当前脉冲的基线值；
步骤S16：将所述的第一数字脉冲信号减去所述的基线值，生成第二数字脉冲信号；
步骤S17：将所述的第二数字脉冲信号与预设的触发阈值进行比较，如果述的第二数字脉冲信号过阈了，则所述的第一数字脉冲信号为有效信号；
步骤S18：当所述的第一数字脉冲信号为有效信号时，根据长门和短门的取值计算所述的第一数字脉冲信号的长门积分值Qlong和短门积分值Qshort；
在所述的步骤S15中，所述的基线计算具体包括以下步骤：
步骤S151：获取第一实际脉冲波形；
步骤S152：判断脉冲波形形状；
步骤S153：根据脉冲波形形状选取合适的脉冲值进行累加，求均值后得出当前脉冲的基线值。
2.根据权利要求1所述的一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别方法，其特征在于，在所述的步骤S18中，所述的长门和短门的取值的具体计算方法如下所示：
步骤S181：获取数字脉冲信号波形；
步骤S182：设定有效脉冲区间（S0，Sn-1），其中S0表示有效脉冲区间的起点，等于触发阈值减去预设的预触发值；Sn-1表示有效脉冲区间的终点，等于S0与预设的记录长度之和；
步骤S183：设定短门区间为（S0+K1，Sn-1-K2），设定长门区间为（S0+K1，Sn-1-K3），其中K1，K2和K3为预设的常数值且K1，K2和K3大于0。
3.根据权利要求1所述的一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别方法，其特征在于，所述的步骤S1还包括：
步骤S19：当所述的第一数字脉冲信号不为有效信号时，重新获取原始脉冲信号并覆盖存储区中原先的数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别方法，其特征在于，在所述的步骤S3中，所述的峰值的获取方法具体如下所示：
步骤S31：获取所述的第二数字脉冲信号；
步骤S32：当所述的第二数字脉冲信号为正脉冲时，取其波峰值作为峰值；
步骤S33：如果所述的第二数字脉冲信号为负脉冲时，取其波谷值作为峰值。
5.根据权利要求1所述的一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别方法，其特征在于，在所述的步骤S18中，在计算所述的第一数字脉冲信号的长门积分值Qlong和短门积分值Qshort时，还需要进行数据延迟，延迟时间为基线计算和过阈判断的时间总和。
6.一种基于中子伽马混合辐射的脉冲甄别系统，其特征在于，包括：
探测器：用于获取原始脉冲信号；
主电子学：用于原始脉冲信号的调理放大；将调理放大后的原始脉冲信号进行数模转换，生成数字脉冲信号；
一次减基线模块：将所述的数字脉冲信号减去一个的预设基线值并生成第一数字脉冲信号；
存储区：将所述的第一数字脉冲信号数据放入存储区中进行一定时间的数据量存储，所述的存储区是利用FPGA内部资源RAM实现的，能够根据地址来寻找前一时刻的值；
基线计算模块：调用所述的存储区中的数据，对每个脉冲都进行基线计算，得出当前脉冲的基线值；
二次减基线模块：将所述的第一数字脉冲信号减去所述的基线值，生成第二数字脉冲信号；
寻峰模块：获取第二数字脉冲信号的波峰值或者波谷值作为峰值；
过阈判断模块：将所述的第二数字脉冲信号与预设的触发阈值进行比较，如果述的第二数字脉冲信号过阈了，则所述的第一数字脉冲信号为有效信号；
延迟模块：在计算所述的第一数字脉冲信号的长门积分值Qlong和短门积分值Qshort时，还需要进行数据延迟，延迟时间为基线计算和过阈判断的时间总和；
积分计算模块：当所述的第一数字脉冲信号为有效信号时，根据长门和短门的取值计算所述的第一数字脉冲信号的长门积分值Qlong和短门积分值Qshort；
PSD能谱图绘制模块：取长门积分值Qlong和短门积分值Qshort，根据公式：
；
计算出脉冲甄别值PSD；
以所述的脉冲甄别值PSD为纵坐标，以峰值或者长门积分值Qlong除以长门区间长度作为横坐标，绘制PSD能谱图；
脉冲甄别模块：根据所述的PSD能谱图对中子伽马混合辐射脉冲信号中的中子脉冲信号和伽马脉冲信号进行甄别。
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2023
- 2023-07-07 CN CN202310830165.0A patent/CN116660970B/zh active Active
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