HU210832B - Method for processing signals and adaptive implementation of said method for nuclear spectrometers - Google Patents
Method for processing signals and adaptive implementation of said method for nuclear spectrometers Download PDFInfo
- Publication number
- HU210832B HU210832B HU861886A HU188686A HU210832B HU 210832 B HU210832 B HU 210832B HU 861886 A HU861886 A HU 861886A HU 188686 A HU188686 A HU 188686A HU 210832 B HU210832 B HU 210832B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- signal
- time
- voltage jump
- signals
- nuclear
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims description 23
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 title claims description 9
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 16
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 10
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract description 13
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 16
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
- G01N23/20091—Measuring the energy-dispersion spectrum [EDS] of diffracted radiation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/04—Measuring peak values or amplitude or envelope of ac or of pulses
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Description
A találmány tárgya jelfeldolgozási eljárás, melynek során nukleáris detektor-előerősítő rendszerből származó, lépcsőzetesen egymásra ülő, időben és amplitúdóban véletlenszerűen változó feszültségugrás-jeleket dolgozunk fel. A feszültségugrás-jelek detektálására és kezdetük meghatározására jelfelismerő áramkört alkalmazunk. Egy-egy feszültségugrás-jel kezdetétől minden jelre azonos hosszúságú - célszerűen a nukleáris spektrométereknél szokásos jelformálási idő tartományába eső - jelformálási időt határozunk meg úgy, hogy a jelformálási idő végét a feszültségugrás-jelek kezdeteikor újraindított elektronikus időmérő kimeneti jelével jelezzük.
A találmány tárgya továbbá az előzőekben ismertetett jelfeldolgozási eljárás adaptív megvalósítási módja.
Az eljárások széles körben alkalmazhatók a nukleáris és a nukleáris módszereken alapuló kutatások, anyagvizsgálatok és diagnosztika területén.
A jelenleg ismeretes, korszerű, jó energia-feloldású, félvezető nukleáris spektrométerek három jól elkülöníthető részből állnak:
A detektor és a kiszajú előerősítő alkotják az ún. mérőfejet.
A belőle származó, kis amplitúdójú, időben és amplitúdóban véletlenszerűen változó, a detektor és az előerősítő zajával modulált jelek erősítésére és a zaj szűrésére - és így a spektrométer energia-feloldásának javítására - szolgál a spektrometriai erősítő, amelybe általában alapvonal-visszaállítót (lásd később) és újabban pile-up eliminátort (lásd később) is beépítenek. Ezeket a több funkciójú egységeket analóg jelfeldolgozónak szokás nevezni.
Ma még kizárólag analóg módszereket használnak a zaj „on-line” szűrésére.
A zajszűrő-jelfeldolgozó kimenetén megjelenő zajszűrt jelek nagyság szerinti osztályozása és csoportosítása (az energia-spektrum gyűjtése) sokcsatornás amplitúdó-analizátorral történik. Ez elvégzi a kimeneti jeleknek az analóg-digitális átalakítását, és az így kapott számoknak megfelelő csatornák (memória-címek) tartalmát inkrementálva a spektrum gyűjtését is.
A zajszűrő-jelfeldolgozó tehát ajél/zaj viszony - és ezzel az energia-feloldás - javítására szolgál. Adott detektor (félvezető detektor, impulzus-ionizációs kamra stb.) és előerősítő esetében a zaj spektrális eloszlása is adott. Kimutatták, hogy a jel/zaj viszony javítása csak egy bizonyos elvi határig lehetséges ún. cusp-szűrő alkalmazásával. Ez a szűrő a gyakorlatban nem realizálható, de mint ideális vonatkoztatási alap alkalmas a megvalósítható szűrők jellemzésére. Az ezekkel elérhető zaj/jel arány (az ún. cusp-faktor) 1,016-1,3 közötti. [E S. Goulding, Nucl. Instr. Meth. 100 (1972) 493.]
A zajszűrés leggyakrabban GR felül- és RG aluláteresztő szűrőkkel történik. Ezek a sávszélességet korlátozva a jel/zaj viszonyt javítják. (A nukleáris elektronikában alkalmazott nómenklatúra ezeket szívesebben nevezi CR differenciáló és RC integráló áramkörnek annak ellenére, hogy hatásuk csak közelíti a valódi differenciálást és integrálást.)
Ezek a differenciáló és integráló fokozatok lehetnek passzív vagy aktív kialakításúak. Ma a legelteqedtebb a semi-Gauss jelformálás, ahol passzív diferenciálást és kétfokozatú aktív integrálást alkalmaznak.
A fenti szűrők az ún. időben állandó paraméterű szűrőkhöz tartoznak, mivel paramétereik (időállandójuk, erősítésük) a mérés ideje alatt nem változik.
A bemeneti jel kezdetétől a szűrők kimenetén megjelenő (felerősített) analóg jel maximumáig mért időtartamot (jelformálási idő, shaping time, peaking time) a szűrők időállandója határozza meg. A maximum időpillanatának megfelelő jel-nagyságot (amplitúdót) dolgozzuk fel a sokcsatornás amplitúdó-analizátorral. A továbbiakban jelformálási idő alatt mindig egy jel tényleges zajszűrésére fordított időtartamot fogjuk érteni.
Adott szűrő esetén közismerten mindig beállítható olyan optimális jelformálási idő, amely a legjobb jel/zaj viszonyt adja. Ezt az időt a detektor-előerősítő rendszer fő zaj-komponenseinek (soros és párhuzamos vagy másképpen delta és step zajok) aránya szabja meg. [V. Radeka, Nucleonics 23.7 (1965) 52]
A fenti szűrők esetében egy formált jel maximuma azaz a jelformálási idő után a jelformáló erősítő kimenete még hosszú idő (az ún. lecsengési idő) múlva éri csak el a nyugalmi alapszintet. Ha ezalatt véletlenül újabb jel érkezik, annak amplitúdóját nem tudjuk pontosan megmérni, mivel azt az előző jel eltorzítja. Ezért a kis intenzitásoknál mérhető energiafeloldás a bemeneti intenzitást növelve romlik.
Ezt a problémát ún. alapvonal visszaállító (baseline restorer) alkalmazásával igyekeznek csökkenteni, ami - nevének megfelelően - az alapszintre való beállás gyorsítására szolgál.
Az alapvonal visszaállító nem küszöböli ki azt a jelenséget, hogy az egymást nagyon gyorsan, a jelfor-. málási idő 0-5-szörösén belül követő jelek amplitúdója mindenképpen torzul. Ennek hatására a spektrumban a valóságban nem létező energiájú ún. pile-up vonalak és a spektrum folytonos hátterét növelő ún. pile-up kontinuum jelennek meg. A valódi spektrum helyett tehát egy durván eltorzítottat kapunk. Minél nagyobb a mérendő intenzitás (minél gyorsabban szeretnénk mérni), annál nagyobb a spektrum torzulása.
A jelenség kiküszöbölésére kifejlesztett ún. pile-up eliminátorok megakadályozzák egy jel feldolgozását a sokcsatornás amplitúdó-analizátor számára akkor, ha a jelhez tartozó jelformálási idő vége előtt újabb jel érkezett, vagy ha az egy előző jel kezdete és a maximuma (szűrés utáni maximum) után beiktatott ún. védő-idő vége között érkezett. A védő-idő (protection time) általában a peaking time 4-6-szorosa.
Sajnos ennek az az ára, hogy nagy forráserősség esetében a kimeneti hasznos intenzitás a bemeneti mérendő intenzitás törtrésze lesz. Ez az adott statisztikai pontosságú vizsgálat elvégzéséhez szükséges mérési idő növekedésén túl súlyos problémát jelent akkor, ha a vizsgált sugárzás esetében az abszolút intenzitás kvantitatív meghatározására is szükség van.
A teljes foglaltsági vagy holtidőt egy jel esetében a
HU 210 832 Β jelformálási idő és a fent említett védő-idő összege adja:
Tb = Tp+Tpr [1] ahol:
Tb: a teljes foglaltsági vagy holtidő
Tp: a jelformálási idő
Tpr: a védő-idő
Folytonos sugárzások (pl. radioaktív forrás, gyorsítókkal keltett magreakciók, folytonos gerjesztésű röntgen-fluoreszcencia analízis stb.) esetében a torzításmentesen megmérhető kimeneti hasznos intenzitást a bemeneti (mérendő) intenzitás függvényében a következő kifejezés adja:
Rki = Re-Cn>+TP)R [2] ahol:
Rtó: a kimeneti hasznos intenzitás
R: a bemeneti (mérendő) intenzitás
Látható, hogy Tb és Tp a kitevőben szerepelnek. Tehát nagy bemeneti intenzitás esetén csökkentésük a kimeneti intenzitás exponenciális növekedését eredményezhetné. (A ma tipikusan alkalmazott szűrőknél Tb = 5Tp.)
A hasznos kimeneti intenzitás növelése érdekében fejlesztették ki az időben változó paraméterű zajszűrőjelfeldolgozó rendszereket. Ezeknél a zajszűrést végző áramkörök paraméterei egy jel feldolgozása során automatikusan megváltoznak azért, hogy a jelformálási idő után a lehető legrövidebb idő alatt visszaállítható legyen az alapvonal.
Az időben változó paraméterű zaj szűrés egyik eljárása, hogy a zajok szűrésére (átlagolására) a jel kezdetétől a jelformálási idő végéig bekapcsolt (kapuzott) valódi integrátor szolgál. Az átlagos, zajszűrt alapvonal visszaállítására az integrátor bemenetén valamilyen (CR, kapcsolt CR, késleltető vonalas stb.) differenciától! használnak.[K. Kandiah, G. White, IEEE Trans. Nucl.Sci. NS-28 1 (1981)613]
Kidolgoztak időben folytonosan változó paraméterű szűrőt is [T. Lakatos, Proc. X. Int. Symp. Nucl. Electr. 10-16. Apr. 1980. Dresden, ZfK-433 1 (1981) 204]. Itt a jelformálási idő alatt fellépő zajok átlagolására és a jelformálási idő után az átlagos alapvonal gyors visszaállítására olyan RC integrátor szolgál, melynek időállandója a jel kezdetétől a jelformálási idő végéig, majd a jelformálási idő után a védő-idő végéig folyamatosan egy kezdeti kis értéktől a jelformálási idővel arányos nagyságú értékre változik. Ez a megoldás egyaránt lehetővé teszi a jó jel-zaj arány elérését és az alapvonal gyors visszaállítását. Az egyes pillanatértékek súlyát a jelformálási idő végén itt az adott pillanatbeli időállandó nagysága és az adott pillanattól a jelformálási idő végéig eltelt idő határozza meg.
A fenti két szűrőtípussal az időben változatlan paraméterieknél jobb energiafeloldás érhető el nagy beütésszámoknál is, feltéve, hogy a védő-idő a jelformálási időnek legalább kétszerese. (Az optimális jelformálási idő az ismert különböző típusú szűrők esetén csak kis eltérést mutat.) Mivel a védő-idő rövidebb, a jelfeldolgozási sebesség itt lényegesen nagyobb, mint az időben változatlan paraméterű rendszerekké.
A legtöbb alapvonal visszaállító, minden időben változó paraméterű szűrő és pile-up eliminátor esetében szükség van a jel kezdetének detektálására. Ezt a feladatot ún. jelfelismerő (más elnevezés szerint időzítő) áramkörökkel oldják meg. Ezek többnyire a széles körben alkalmazott feszültség-komparátorok kiegészítve a lassú változások detektálását megakadályozó bemeneti RC differenciáló áramkörökkel. A detektálási küszöb-feszültséget (komparálási szintet) célszerűen úgy állítják be, hogy a zajok ne okozzanak hamis kimeneti jeleket.
Időben változó paraméterű szűrőknél és pile-up eliminátoroknál szükség van a jelformálási idő végének jelzésére is. Erre a célra természetszerűen alkalmas bármely a jel kezdetekor újraindított elektronikus időmérő, akár analóg (pl. monostabil multivibrátor) akár digitális (pl. megfelelő frekvenciával léptetett preszetelhető számláló) megoldású, amely a beállított jelformálási idő letelte után megfelelő kimeneti jelet szolgáltat.
Bármennyire is eltérnek a ma alkalmazott zajszűrők felépítésüket tekintve, működésükben közös és hátrányos, hogy egy jel szűrése után a következő jel előtt szükség van az átlagos alapvonal visszaállásának kivárására (védő-idő). Kimenetükön a jelamplitúdó a jelformálási idő végén következő matematikai összefüggéssel adható meg:
S = J PW(t)J(t)dt
Ahol W(t) a súlyfüggvény, J(t) a jel a szűrő bemenetén, Tp pedig a szűrt jel maximumának időpillanata, azaz a jelformálási idő. Az egyes szűrőkhöz más-más súlyfüggvény tartozik.
Ez az összefüggés is rámutat a ma használatos zaj szűrési módszerek fenti hátrányos tulajdonságára, kimutatva, hogy a kimeneti jelek nagyságát még az illető jelet viszonylag hosszú idővel megelőző impulzusok is befolyásolják. (Hiszen az integrálás a °°-ben indul.)
Összefoglalva megállapíthatjuk, hogy a ma használatos jelszűrési eljárásokkal kis bemeneti intenzitás esetén jól megközelíthető az adott mérőfejjel elvben elérhető optimális energia-feloldás, de ez? a bemeneti intenzitást növelve romlik. Másrészt a nagy foglaltsági idő miatt jelentős impulzusszám veszteség lép fel. Ezt tovább fokozza a sokcsatornás amplitúdó-analizátorok konverziós holt-ideje. így nem lehetséges pontos kvantitatív mérések gyors elvégzése. Ez az időveszteségen kívül jelentős költségnövekedést eredményez pl. akkor, ha a felhasználó drága üzemidejű gyorsító berendezéssel végez méréseket.
Különös gondot jelent az impulzusszám veszteség korrekciója.
Ez a veszteség egy korszerű félvezető röntgen spektrométernél Tp=20 ps és 104 imp/s bemeneti intenzitás esetén pl. 70 %, de 5X104 imp/s-nál már 99,75 %.
A cél a találmány szerinti eljárások kidolgozásával
HU 210 832 Β a fenti hátrányok kiküszöbölése, és az eddig ismert jelfeldolgozási eljárásoknál lényegesen nagyobb jelfeldolgozási (spektrum gyűjtési) sebesség elérése. Másszóval az, hogy jelentősen csökkentsük az adott statisztikus pontosságú energia-spektrum gyűjtéséhez szükséges mérési időt.
Cél továbbá az, hogy a találmány szerinti eljárást realizáló elrendezéssel csökkentsük a komplex nukleáris spektrométerek előállítási költségét, és növeljük azok megbízhatóságát.
A feladat olyan zajszűrési, azaz jelfeldolgozási eljárás kidolgozása, amely lényegesen kisebb - lehetőleg 0 - védő-időt igényel a feldolgozott jelek között úgy, hogy ennek ellenére jó jel/zaj arány és az ismert megoldásokénál kisebb intenzitás-függő feloldásromlás legyen elérhető.
A feladat megoldásához több felismerés vezetett:
Az egyik, hogy ha detektor-előerősítő rendszer lépcsőzetesen egymásra ülő feszültség-ugrás jelei esetében nem törekszünk az egyes jelek feldolgozása után a rögzített átlagos szintű alapvonal visszaállítására, hanem az egyes jeleket megelőző különböző átlagos feszültségszinteket úgy kezeljük, mint az illető jel alapvonalát, akkor nincs szükség védő-időre. Ez nagy intenzitások mérésénél a jelfeldolgozási sebesség exponenciális növekedését eredményezi.
A másik, hogy ha a zajszűrést a jelek közötti véges időtartamra korlátozzuk, akkor elmarad az intenzitásfüggő feloldásromlás.
A harmadik, hogy jó jel/zaj viszonyt érhetünk el, ha a súlyfüggvényt a jel keletkezési pillanatára nézve szimmetrikusra választjuk.
A negyedik, hogy a fenti felismerések alkalmazása lehetővé teszi ún. adaptív jelfeldolgozás (ismertetése később) megvalósítását, ami a jelfeldolgozási sebesség további megtöbbszörözését eredményezi úgy, hogy az energiafeloldás nagy intenzitásoknál is csak olyan mértékben romlik, mint az az ismert megoldásoknál megszokott. Adaptív jelfeldolgozást megvalósítani az ismert eljárásokkal elvileg sem lehetséges.
Az ötödik felismerés az, hogy a fenti felismeréseken alapuló eljárás kiválóan alkalmas arra, hogy a ma kizárólag használt analóg megoldások helyett digitális technika alkalmazásával valósítsuk meg. Ez azzal a további előnnyel is jár, hogy nincs szükség a nukleáris méréstechnikában használatos drága, precíziós, analóg-digitális átalakítókra. így egyúttal azok konverziós holt-ideje is automatikusan elmarad, lehetővé téve az eljárással elérhető nagy jelfeldolgozási sebesség teljes kihasználását.
A találmány tehát egyrészt a bevezetőben ismertetett jelfeldolgozási eljárás nukleáris spektrométerekhez, amelynél a találmány szerint a zajos feszültségugrás-jelek pillanatértékeit gyors A/D átalakítóval - célszerűen a mintavételi törvénynek megfelelő frekvenciával - kvantáljuk. Az így kapott bináris jelkombinációkat egy első tároló áramkör egymást követő címeire beíijuk úgy, hogy valamennyi cím felhasználása esetén a legkorábban megcímzett címtől újrakezdve folytatjuk a beírást. A feszültség-ugrás jelek kezdetei utáni és előtti tárolt pillanatértékekből logikai és aritmetikai áramkörök segítségével vagy a jelformálási idővel azonos hosszúságú időintervallumból a feszültségugrás-jelek kezdete utáni illetve előtti, időben szimmetrikusan vett pillanatértékek különbségeinek súlyozott átlagát képezzük, vagy a jelformálási idővel azonos hosszúságú időintervallumokból vett, a feszültségugrás-jelek kezdete utáni illetve előtti pillanatértékek súlyozott átlagát külön-külön képezve ezen súlyozott átlagok különbségét képezzük. Az így előállított bináris jelkombinációval mint címmel kijelöljük egy második tároló áramkör egyes tárrészeit, végül a kijelölt egyes tárrészek tartalmát aritmetikai áramkörökkel inkrementáljuk. A találmány szerint továbbá a fenti jelfeldolgozási eljárás adaptív megvalósítási módjánál, amennyiben valamely feszültségugrás-jel a megelőző feszültségugrás-jelet a meghatározott jelformálási időn belül követi, akkor a jelformálási idő végét az elektronikus időmérő kimeneti jele helyett a későbbi feszültségugrás-jel kezdetével jelezzük, és a jelfeldolgozást az így adódó új jelformálási idővel azonos hosszúságú időintervallumokból vett pillanatértékekkel végezzük el.
Az eljárást a következőkben rajz segítségével ismertetjük részletesen, ahol az 1. ábrán ún. pulzált töltés-kompenzálású detektor-előerősítő rendszer kimeneti jelsorozatának egy részlete látható. Az egymást véletlenszerűen követő jeleknek egy-egy lépcső (feszültségugrás) felel meg. (A zajok ábrázolásától az egyszerűség kedvéért eltekintettünk.) Egy tetszőleges jel előtti véges hosszúságú maximálisan az előző jeltől számított intervallumot az illető jelhez tartozó alapvonal A], A2.. .intervallumnak tekintünk. A jeleket követő véges hosszúságú Jj, J2... intervallumok hossza egy előre beállított, tetszőleges hosszúságú jelformálási idővel egyenlő.
A Tp jelformálási idővel azonos hosszúságú Taí-Tjí időintervallumokban a jelamplitúdóra jellemző Aj, Jj pillanatértékek határozhatók meg.
Az eljárást célszerű digitális-elektronikai eszközökkel megvalósítani. Digitális technika alkalmazásának igen nagy előnye, hogy nincs szükség a hagyományos sokcsatornás amplitúdó analizátorok alkalmazására, mivel az eljárás szerint megvalósított digitális jelfeldolgozó kimenetén közvetlenül megkapjuk a jelek amplitúdójával arányos nagyságú bináris számoknak megfelelő soros vagy párhuzamos digitális jelkombinációkat. Ez közvetlenül, vagy közvetve mint sokcsatornás amplitúdó-analizátor csatomacím alkalmazható, azaz: egy memória egység így megcímzett bájtjának tartalmát inkrementáljuk.
Az eljárás digitális megvalósítása esetében a súlyozott átlag a következő matematikai összefüggéssel írható le:
n
i=l ahol Wj az i-edik súly, Jj a jel utáni, Aj pedig a jel előtti i-edik pillanatérték, Sd a súlyozott átlag.
A találmány szerinti eljárások esetében nem a más te4
HU 210 832 B rületeken már alkalmazott digitális szűrési eljárások valamelyikét használtuk fel. Márcsak azért sem, mert itt célszerűen nem a kimeneti szűrt jelet állítjuk elő. A feladatot úgy oldottuk meg, hogy a jelfeldolgozás végeredménye minden jel esetében egyetlen bináris érték, melyet a rendszer kimeneti vezetékein megjelenő soros vagy párhuzamos digitális jelkombinációként állít elő, és amelynek nagysága a zajszűrt jel amplitúdójával egyenesen arányos. Ez közvetve vagy közvetlenül mint analizátor csatomacím használható fel, úgy, ahogy korábban leírtuk.
Az találmány szerinti eljárást a digitális technika alkalmazásával úgy valósítjuk meg, hogy a detektorelőerősítő rendszer analóg kimeneti szintjét folyamatosan - a mintavételi törvénynek megfelelő vagy azt megközelítő sebességgel - kvantáljuk, gyors analógdigitális átalakító felhasználásával. A kvantált pillanatértékeket egy gyűrűs memóriában tároljuk egymás után úgy, hogy a legújabb értékkel mindig felülírjuk a legrégebben beírt értéket. Amikor egy jel érkezik, akkor - aritmetikai és logikai áramkörökkel - a következő műveletsort hajtjuk végre: Az új pillanatértékhez tartozó első kvantált mennyiségből kivonjuk a memóriában a jel előtt tárolt utolsó értéket. Az így kapott bináris kombinációt logikai tárba írjuk, majd sorra képezzük a jel keletkezésére szimmetrikusan vett pillanatértékek különbségeit, és ezeknek az értékeknek és a fenti logikai tár tartalmának algebrai különbségét képezve azt egy kiválasztott súlyfüggvény megfelelő diszkrét értékével szorozva hozzáadjuk a tár tartalmához, így képezve a jel pillanatértékeinek súlyozott átlagát.
Az eljárás úgy is megvalósítható, hogy a következőképpen járunk el: A kvantált pillanatértékeket egy gyűrűs memóriában tároljuk egymás után úgy, hogy a legújabb értékkel mindig felülírjuk a legrégebben beírt értéket. Amikor egy jel érkezik, akkor képezzük a jel utáni első és a jel előtti utolsó pillanatértékek különbségét. Ezt a különbséget egy kiválasztott súlyfüggvény első diszkrét értékével megszorozva egy - a jel érkezésekor törölt - tár (továbbiakban összeg-tár) tartalmához hozzáadjuk. A súlyfüggvény értékeit pl. a kvantálást vezérlő órajeleket számláló számlálóval vagy előzetesen tárolva visszaolvasással állíthatjuk elő. A fenti kvantált pillanatértéket a gyűrűs memóriába írjuk. A következő - a jelhez tartozó második - kvantálás után a gyűrűs memóriában az előző -2. (mínusz második) címről olvassuk ki az ott tárolt értéket, és ezt vonjuk ki az újabb kvantálás eredményéből. Az új különbséget a súlyfüggvény második diszkrét értékével szorozva az összeg-tár tartalmához hozzáadjuk, és az új kvantált pillanatértéket a következő gyűrűs-memória címre beírjuk. Az eljárást minden jel esetében az előre beállított jelformálási idő végéig folytatjuk. így képezzük az összeg-tárban a jel keletkezésének pillanatára szimmetrikusan kiválasztott kvantált pillanatértékek különbségeinek súlyozott összegét. A tár kimenetén a jelformálási idő végén megjelenő digitális értéket közvetlenül vagy közvetve mint sokcsatornás analizátor csatorna-címet használjuk fel. Nagysága adott jelformálási idő esetén csak a jel amplitúdójának lesz a függvénye.
Egy újabb tár - a súlyösszeg tár - felhasználásával elérhetjük, hogy a kimeneti digitális érték független legyen a jelformálási időtől. A súlyösszeg-tárat a jelek kezdetekor töröljük, majd a jelformálási idő alatt sorra hozzáadjuk a felhasznált súlyok értékét. A jelformálási idő végén az összeg-tár tartalmát elosztjuk a súlyöszszeg-tár tartalmával, és az osztó kimenetén így keletkező digitális érték adja közvetlenül vagy közvetve az adott jelhez tartozó csatomacímet.
Ez a megoldás azzal az előnnyel jár, hogy ha két jel az előre beállított jelformálási időnél rövidebb időközzel követi egymást, akkor sem szükséges azok feldolgozását tiltani. Ebben az esetben automatikusan az első jel kezdetétől a második jel kezdetéig eltelt időt veszszük aktuális jelformálási időnek.
Ezzel lehetővé válik az ún. adaptív (a bemeneti jelsorozathoz alkalmazkodó) zajszűrés megvalósítása, amivel a jelfeldolgozási sebesség többszörösre növelhető.
Az eljárás egy másik foganatosítási mód szerint is megvalósítható: A kimeneti bináris kombinációt (digitális értéket) mint címet úgy képezzük, hogy külön-külön előállítjuk a jel utáni, a jelformálási idővel egyező hosszúságú intervallumból vett és a jel előtti, a jelformálási idővel egyező hosszúságú intervallumból vett, tárolt kvantált pillanatértékek súlyozott átlagát, és képezzük ezen átlagok különbségét.
A fent ismertetett eljárás szerinti zajszűrés egyik foganatosítási módja esetében sem szükséges védő-idő alkalmazása. Ez a fentiek ismeretében az 1. ábra alapján könnyen belátható:
Az eljárás alkalmazása során az 1. ábrán látható 2. jel esetében a jel utáni szűrési J2 intervallum egy részét kétszeresen is felhasználjuk, mivel az a harmadik jel előtti - a harmadik jel szempontjából alapvonalnak számító - A3 intervallumnak is része. A 4. jelet az 5. jel éppen a jelformálási idő múlva követi. így a 4. jel utáni J4 intervallum a 4. jel része, de egyúttal teljes egészében felhasználható mint az 5. jel alapvonal A5 intervalluma is. így érjük el, hogy a teljes foglaltsági idő a jelformálási időre redukálódik.
Ebből következik a találmányhoz fűződő legelőnyösebb hatás, az igen nagy jelfeldolgozási sebesség. A korábbi példában szereplő Tp = 20 ps jelformálási idő és 5X104 imp/s intenzitás esetén az impulzusszám veszteség itt csak 86,5%, azaz a jelfeldolgozás sebessége 54-szer nagyobb, mint a ma használatos korszerű spektrométerek esetében. Az eljárás adaptív változatát alkalmazva ez az érték még megtöbbszöröződik. Az elérhető energia-feloldás ugyanolyan jó, mint a korszerű időben változó paraméterű jelfeldolgozók esetében, sőt, nem adaptív működés esetén ez független a bemeneti intenzitástól. Az eljárás alkalmazása esetén nincs szükség a nukleáris amplitúdó analizátorok használatára.
Claims (2)
- SZABADALMI IGÉNYPONTOK1. Jelfeldolgozási eljárás nukleáris spektrométerekhez, melynek során nukleáris detektor-előerősítő rendszerből származó, lépcsőzetesen egymásra ülő, időbenHU 210 832 Β és amplitúdóban véletlenszerűen változó feszültségugrás-jeleket dolgozunk fel;a fesziiltségugrás-jelek detektálására és kezdetük meghatározására jelfelismerő áramkört alkalmazunk; egy-egy feszültségugrás-jel kezdetétől minden jelre azonos hosszúságú - célszerűen a nukleáris spektrométereknél szokásos jelformálási idő tartományába eső jelformálási időt határozunk meg úgy, hogy a jelformálási idő végét a feszültségugrás-jelek kezdeteikor újraindított elektronikus időmérő kimeneti jelével jelezzük, azzal jellemezve, hogy a zajos feszültségugrás-jelek pillanatértékeit (Aj, Jj) gyors A/D átalakítóval - célszerűen a mintavételi törvénynek megfelelő frekvenciával - kvantáljuk: az így kapott bináris jelkombinációkat egy első tároló áramkör egymást követő címeire beíijuk úgy, hogy valamennyi cím felhasználása esetén a legkorábban megcímzett címtől újrakezdve folytatjuk a beírást; a feszültség-ugrás jelek kezdetei utáni és előtti tárolt pillanatértékekből (Jj, Aj) logikai és aritmetikai áramkörök segítségével vagy a jelformálási idővel (Tp) azonos hosszúságú időintervallumokból (Tjj, TAi) a feszültségugrás-jelek kezdete utáni, illetve előtti, időben szimmetrikusan vett pillanatértékek (Jj, Aj) különbségeinek súlyozott átlagát képezzük, vagy a jelformálási idővel (Tp) azonos hosszúságú időintervallumokból (Tjj, Táj) vett, a feszültségugrás-jelek kezdete utáni illetve előtti pillanatértékek (Jj, Aj) súlyozott átlagát külön-külön képezve ezen súlyozott átlagok különbségét képezzük; az így előállított bináris jelkombinációval mint címmel kijelöljük egy második tároló áramkör egyes tárrészeit;végül a kijelölt egyes térrészek tartalmát aritmetikai áramkörökkel inkrementáljuk. (Elsőbbsége: 1986. 05. 07.)
- 2. Az 1. igénypont szerinti jelfeldolgozási eljárás adaptív megvalósítási módja, azzal jellemezve, hogy amennyiben valamely feszültségugrás-jel a megelőző feszültségugrás-jelet a meghatározott jelformálási időn (Tp) belül követi, akkor a jelformálási idő (Tp) végét az elektronikus időmérő kimeneti jele helyett a későbbi feszültségugrás-jel kezdetével jelezzük, és a jelfeldolgozást az így adódó új jelformálási idővel (Tp) azonos hosszúságú időintervallumokból (Tjj, TAi) vett pillanatértékekkel (Jj, Aj) végezzük el. (Elsőbbsége: 1989. 04. 13.)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU861886A HU210832B (en) | 1986-05-07 | 1986-05-07 | Method for processing signals and adaptive implementation of said method for nuclear spectrometers |
| IT8720362A IT1208038B (it) | 1986-05-07 | 1987-05-04 | Procedimento di elaborazione disegnali per spettrometri nucleari. |
| GB8710696A GB2197464B (en) | 1986-05-07 | 1987-05-06 | Signal processing method for nuclear spectrometers |
| US07/289,398 US5005146A (en) | 1986-05-07 | 1988-12-20 | Signal processing method for nuclear spectrometers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU861886A HU210832B (en) | 1986-05-07 | 1986-05-07 | Method for processing signals and adaptive implementation of said method for nuclear spectrometers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUT43740A HUT43740A (en) | 1987-11-30 |
| HU210832B true HU210832B (en) | 1995-08-28 |
Family
ID=10956688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU861886A HU210832B (en) | 1986-05-07 | 1986-05-07 | Method for processing signals and adaptive implementation of said method for nuclear spectrometers |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5005146A (hu) |
| GB (1) | GB2197464B (hu) |
| HU (1) | HU210832B (hu) |
| IT (1) | IT1208038B (hu) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04199908A (ja) * | 1990-11-29 | 1992-07-21 | Mitsubishi Electric Corp | パルス整形フィルタ |
| US5349193A (en) * | 1993-05-20 | 1994-09-20 | Princeton Gamma Tech, Inc. | Highly sensitive nuclear spectrometer apparatus and method |
| EP0880821B1 (en) * | 1995-08-14 | 2003-12-17 | William K. Warburton | Method and apparatus for digitally based high speed x-ray spectrometer |
| US5684850A (en) * | 1995-08-14 | 1997-11-04 | William K. Warburton | Method and apparatus for digitally based high speed x-ray spectrometer |
| US5873054A (en) * | 1995-08-14 | 1999-02-16 | William K. Warburton | Method and apparatus for combinatorial logic signal processor in a digitally based high speed x-ray spectrometer |
| US5870051A (en) * | 1995-08-14 | 1999-02-09 | William K. Warburton | Method and apparatus for analog signal conditioner for high speed, digital x-ray spectrometer |
| US5774522A (en) * | 1995-08-14 | 1998-06-30 | Warburton; William K. | Method and apparatus for digitally based high speed x-ray spectrometer for direct coupled use with continuous discharge preamplifiers |
| US6433524B1 (en) | 2001-03-15 | 2002-08-13 | Rosemount Aerospace Inc. | Resistive bridge interface circuit |
| FR2879305B1 (fr) * | 2004-12-15 | 2007-06-29 | Commissariat Energie Atomique | Traitement d'un signal representatif de rayonnement |
| FR2888644B1 (fr) * | 2005-07-12 | 2007-09-14 | Commissariat Energie Atomique | Traitement ameliore d'un signal representatif de rayonnement |
| US7294840B2 (en) * | 2006-03-01 | 2007-11-13 | Nucsafe, Inc. | Apparatus and method for reducing microphonic susceptibility in a radiation detector |
| US20100098216A1 (en) * | 2008-10-17 | 2010-04-22 | Moxtek, Inc. | Noise Reduction In Xray Emitter/Detector Systems |
| EP2653891A1 (en) | 2012-04-19 | 2013-10-23 | Fei Company | Method for analyzing an EDS signal |
| CN107783173B (zh) * | 2017-10-24 | 2019-06-11 | 东华理工大学 | 一种数字化核能谱测量系统中的脉冲矩形成形方法 |
| CN112327347B (zh) * | 2020-10-29 | 2022-11-18 | 中广核久源（成都）科技有限公司 | 曲率可调的数字化核脉冲成形系统 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3622765A (en) * | 1969-06-27 | 1971-11-23 | Varian Associates | Method and apparatus for ensemble averaging repetitive signals |
| US3626168A (en) * | 1969-07-07 | 1971-12-07 | Boeing Co | Measuring correlation, amplitude probability and probability density distributions, and signal response averaging |
| CH598573A5 (hu) * | 1975-09-01 | 1978-04-28 | Greiner Electronic Ag |
-
1986
- 1986-05-07 HU HU861886A patent/HU210832B/hu not_active IP Right Cessation
-
1987
- 1987-05-04 IT IT8720362A patent/IT1208038B/it active
- 1987-05-06 GB GB8710696A patent/GB2197464B/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-12-20 US US07/289,398 patent/US5005146A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT1208038B (it) | 1989-06-01 |
| US5005146A (en) | 1991-04-02 |
| GB2197464A (en) | 1988-05-18 |
| GB2197464B (en) | 1991-05-08 |
| IT8720362A0 (it) | 1987-05-04 |
| HUT43740A (en) | 1987-11-30 |
| GB8710696D0 (en) | 1987-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5774522A (en) | Method and apparatus for digitally based high speed x-ray spectrometer for direct coupled use with continuous discharge preamplifiers | |
| HU210832B (en) | Method for processing signals and adaptive implementation of said method for nuclear spectrometers | |
| JP2008501954A (ja) | Ｘ線及び核分光システムにおける検出限界を向上するための方法及び装置 | |
| US5393982A (en) | Highly sensitive nuclear spectrometer apparatus and method | |
| Georgiev et al. | Digital pulse processing in high resolution, high throughput, gamma-ray spectroscopy | |
| JP5815532B2 (ja) | 放射線検出器によって供給される信号を処理するためのデバイス | |
| JP2008501954A5 (hu) | ||
| US5347129A (en) | System for determining the type of nuclear radiation from detector output pulse shape | |
| JP4083802B2 (ja) | デジタルベースの高速ｘ線スペクトロメータについての方法 | |
| WO2003080224A2 (en) | High dynamic range analog-to-digital converter | |
| JP2004529367A (ja) | Ｘ線及び核分光システムにおける基線補正方法及び装置 | |
| Jordanov et al. | Digital pulse processor using moving average technique | |
| EP0324063B1 (en) | Automatic pole-zero adjustment circuit for an ionizing radiation spectroscopy system | |
| Saxena et al. | Digital pulse deconvolution with adaptive shaping for real-time high-resolution high-throughput gamma spectroscopy | |
| Drndarevic et al. | Digital signal processing for high rate gamma-ray spectroscopy | |
| Chrien et al. | Noise and pileup suppression by digital signal processing | |
| Simões et al. | A new digital signal processing technique for applications in nuclear spectroscopy | |
| Pavelek et al. | Fast digital spectrometer for mixed radiation fields | |
| US4021667A (en) | High speed pulse processing | |
| Kantor et al. | Detection of true Gaussian shaped pulses at high count rates | |
| Statham et al. | Quantitative analysis with an energy‐dispersive detector using a pulsed electron probe and active signal filtering | |
| US20200355836A1 (en) | Holistic digital gamma-ray spectroscopy methods and instrumentation for high-throughput high-resolution applications | |
| JP3103047B2 (ja) | 核分光システムにおけるパルス波形調整及び弁別方法 | |
| US5354991A (en) | Apparatus and method for detecting full-capture radiation events | |
| Lakatos | Noise and resolution with digital filtering for nuclear spectrometry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HMM4 | Cancellation of final prot. due to non-payment of fee | ||
| HRH9 | Withdrawal of annulment decision | ||
| HMM4 | Cancellation of final prot. due to non-payment of fee |