JP5698352B2 - 核放射パルス幅のディジタル化方法及びシステム - Google Patents
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Description
定比率タイミング回路を用いて前記核事件エネルギー検知器が出力する対象パルス信号に対して定比率タイミング処理を行い、今回の核事件の到着時刻Tdを示す定比率タイミング信号を出力するステップと、
整形回路を用いて前記対象パルス信号に対して整形処理を行って対象整形信号を得るステップと、
前記Tdと予め決められた時間差ΔTがある時刻Toから、対象整形信号とダイナミック閾値信号の同じ時刻での値を比較し、当該ダイナミック閾値信号の値が当該対象整形信号の値よりも小さい方から小さくなくなるように変化した時刻を今回の核事件の過閾値時刻Totとするステップと、
前記Tdと前記Totとの間の時間の長さをディジタル量に変換するステップと、を含み、
前記ダイナミック閾値信号が、
本発明に係る核パルス幅ディジタル化システムは、核事件エネルギー検知器と、整形回路と、定比率タイミング手段と、比較器回路と、時間ディジタル変換(TDC)手段とを含み、
前記核事件エネルギー検知器の出力端が整形回路及び定比率タイミング回路の入力端のそれぞれに接続され、前記定比率タイミング手段が定比率タイミング回路を含み、前記時間ディジタル変換(TDC)手段がTDC回路を含み、
前記整形回路は、前記核事件エネルギー検知器の出力する対象パルス信号に対して整形処理を行い、対象整形信号を出力し、
前記定比率タイミング回路は、前記核事件エネルギー検知器の出力する対象パルス信号に対して定比率タイミング処理を行い、今回の核事件の到着時刻Tdを示す定比率タイミング信号を出力し、
前記比較器回路は、前記Tdと予め定められた時間差があるTo時刻から、対象整形信号とダイナミック閾値信号の同じ時刻での値を比較し、前記ダイナミック閾値信号の値が前記対象整形信号の値より小さい方から小さくなくなるように変化したとき、今回の核事件の過閾値時刻Totを示すパルス信号を出力し、
前記TDC回路は、前記Tdを記録し、前記Totを記録し、前記Tdと前記Totとの間の時間の長さをディジタル量に変換し、
前記ダイナミック閾値信号は、
核事件エネルギー検知器が出力する対象電流信号に基づいて、前記対象電流信号の到着時刻Tdを示す定比率タイミング信号を生成するステップと、
前記対象電流信号に対して整形処理を行って対象整形信号を得るステップと、
前記対象電流信号の到着時刻Tdと予め決められた時間差ΔTがある時刻Toから、前記対象整形信号とダイナミック閾値信号の同じ時刻での値を比較し、時刻Totで、当該ダイナミック閾値信号が当該対象整形信号よりも小さい方から小さくなくなるように変化すれば、当該時刻Totを過閾値時刻とするステップと、
上記時刻Tdと時刻Totとの間の時間の長さをディジタル量に変換し、当該ディジタル量を核放射パルス幅のディジタル化値とするステップと、を含み、
任意2つの、幅がVot1とVot2である前記対象整形信号に対して、上記ダイナミック閾値信号は、
前記整形回路は、前記核事件エネルギー検知器が出力する対象電流信号に対して整形処理を行って、対象整形信号を出力し、
前記定比率タイミング回路は、前記核事件エネルギー検知器が出力する対象電流信号に対して定比率タイミング処理を行って、今回の核事件の到着時刻Tdを示す定比率タイミング信号を出力し、
前記比較器回路は、前記Tdと予め決められた時間差ΔTがある時刻Toから、前記対象整形信号とダイナミック閾値信号との同じ時刻での値を比較し、前記ダイナミック閾値信号が前記対象整形信号よりも小さい方から小さくなくなるように変化した過閾値時刻である時刻Totで、当該過閾値時刻Totを示すパルス信号を出力し、
前記TDC回路は、時刻TdとTotを記録し、前記時刻TdとTotとの間の時間の長さをディジタル量に変換し、
前記ダイナミック閾値信号は、
本発明では、上記方法を実行できる核放射パルス幅ディジタル化システムも提供する。図5は、当該システムの1つの実施例の構成を示し、具体的には、核事件エネルギー検知器1と、整形回路2と、定比率タイミング手段3と、比較器回路4と、時間ディジタル変換(TDC)手段5とが含まれ、核事件エネルギー検知器1の出力端が、整形回路2と定比率タイミング回路3のそれぞれの入力端に接続し、定比率タイミング手段が、上記定比率タイミング回路を含み、時間ディジタル変換TDC手段5がTDC回路を含む。
本発明では、ダイナミック閾値信号が
一.予め記憶された一連のディジタル閾値電圧値に基づいてダイナミック閾値信号を生成する。
図9aを参照すると、上記の一連のディジタル閾値電圧値の生成に関するフローは、以下の通りである。
図9aに係る実施例において、Nが5である。
本実施例において、整形信号のピーク到着時刻を時間原点として設定する。
図9bを参照すると、上記の一連のディジタル閾値電圧値を生成するフローが以下の通りである:
図9bに示す実施例の3つのダイナミック閾値曲線D1-D3に対応する最大時間測定値は、それぞれ156ns、312.5ns及び625nsである。
本実施例においては、対象整形信号のピーク到着時刻を時間原点とする。
本実施例において、Nは5である。当然、当業者は、精度及び他の必要に応じて時間間隔ΔT及びNの値を適宜に設定でき、ここは詳しく説明しない。
核事件エネルギー検知器の種類、パラメータ及び対象粒子に応じて、ハードウェア回路により検知器が粒子を検知する信号の取得過程をシミュレートして、当該核事件エネルギー検知器が出力する対象信号と形状が同じである電圧信号または電流信号を生成して、核事件エネルギー検知器の出力信号の整形回路と同じ整形回路による整形を行い、当該信号のピーク到着時刻にて、別の回路により生成した線形ランプ電圧信号に乗算して、アンプ回路によりバッファー・増幅された後、連続的なダイナミック閾値信号になる。以下は、本明細書の実施例を結合しながら当該方法の原理を説明する。
と正比例する:
以上により、本発明は、核事件エネルギー検知器のフロントエンド読み出し回路を顕著に増加しない上に、時間ディジタル変換技術を利用して、核放射パルス信号の電圧の幅の値を過閾値時間量に変換して、エネルギー信号のディジタル化を実現する。
Claims (39)
- 核事件エネルギー検知器と、定比率タイミング回路と、整形回路とを利用し、
定比率タイミング回路を用いて前記核事件エネルギー検知器が出力する対象パルス信号に対して定比率タイミング処理を行い、今回の核事件の到着時刻Tdを示す定比率タイミング信号を出力するステップと、
整形回路を用いて前記対象パルス信号に対して整形処理を行って対象整形信号を得るステップと、
比較器回路が、前記Tdと予め決められた時間差ΔTがある時刻Toから、対象整形信号とダイナミック閾値信号の同じ時刻での値を比較し、当該ダイナミック閾値信号の値が、当該対象整形信号の値よりも小さい値から、当該対象整形信号の値以上の値に変化した時刻を今回の核事件の過閾値時刻Totとするステップと、
時間ディジタル変換(TDC)回路が、前記Tdと前記Totとの間の時間の長さをディジタル量に変換するステップと、を含み、
前記ダイナミック閾値信号が、
- 前記対象整形信号と前記ダイナミック閾値信号との同じ時刻での値を比較する前に、前記ダイナミック閾値信号を生成するステップを更に含む、ことを特徴とする請求項1に記載の核パルス幅ディジタル化方法。
- 前記ダイナミック閾値信号を生成するステップは、
予め記憶された一連のディジタル閾値電圧値に基づいて前記ダイナミック閾値信号を生成するステップを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の核パルス幅ディジタル化方法。 - 前記予め記憶された一連の前記ディジタル閾値電圧値に基づいて前記ダイナミック閾値信号を生成するステップに先立って、
時間間隔ΔTと、一連の前記ディジタル閾値電圧値の個数N(ただし、Nは1以上の正整数である。)を確定するステップと、
SNの幅をAとし、S1の幅をA/Nとし、S2からSN-1までの幅をA/NずつインクリメントするようにN個の前記整形信号S1-SNを選択するステップと、
前記整形信号のある時刻を時間原点Ts1とするステップと、
前記整形信号SM のTs1+MΔT(ただし、前記Mは正整数であり、1≦M≦N)時刻に対応する電圧値を前記ディジタル閾値電圧値として記憶するステップと、をさらに含む、ことを特徴とする請求項3に記載の核パルス幅ディジタル化方法。 - 予め記憶された一連の前記ディジタル閾値電圧値に基づいて前記ダイナミック閾値信号を生成する前記ステップは、
前記予め定められた時間間隔で予め記憶した一連の前記ディジタル閾値電圧値を順次に読み出して、ディジタルーアナログ変換によってアナログ信号に変換するステップと、
前記アナログ信号をローパスフィルタリングして増幅することによって、前記ダイナミック閾値信号を得るステップと、を含む、ことを特徴とする請求項4に記載の核パルス幅ディジタル化方法。 - 前記TdとTotとの間の時間の長さをディジタル量に変換するステップは、
前記核事件エネルギー検知器の出力する前記対象パルス信号が固定閾値以上の値を有するとき、前記TdとTotとの間の時間の長さをディジタル量に変換するステップを含む、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の核パルス幅ディジタル化方法。 - 前記整形処理は、アクティブ積分整形処理である、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の核パルス幅ディジタル化方法。
- 核事件エネルギー検知器と、整形回路と、定比率タイミング手段と、比較器回路と、時間ディジタル変換(TDC)手段とを含み、
前記核事件エネルギー検知器の出力端が整形回路及び定比率タイミング回路の入力端のそれぞれに接続され、前記定比率タイミング手段が定比率タイミング回路を含み、前記時間ディジタル変換(TDC)手段がTDC回路を含み、
前記整形回路は、前記核事件エネルギー検知器の出力する対象パルス信号に対して整形処理を行い、対象整形信号を出力し、
前記定比率タイミング回路は、前記核事件エネルギー検知器の出力する対象パルス信号に対して定比率タイミング処理を行い、今回の核事件の到着時刻Tdを示す定比率タイミング信号を出力し、
前記比較器回路は、前記Tdと予め定められた時間差があるTo時刻から、前記対象整形信号とダイナミック閾値信号の同じ時刻での値を比較し、前記ダイナミック閾値信号の値が、前記対象整形信号の値よりも小さい値から、前記対象整形信号の値以上の値に変化したとき、今回の核事件の過閾値時刻Totを示すパルス信号を出力し、
前記TDC回路は、前記Tdを記録し、前記Totを記録し、前記Tdと前記Totとの間の時間の長さをディジタル量に変換し、
前記ダイナミック閾値信号は、
前記Tot1がある核事件の整形信号と前記ダイナミック閾値信号を比較して得られた過閾値時刻であり、Vot1が前記整形信号の幅であり、Tot2が異なる核事件の前記整形信号と前記ダイナミック閾値信号を比較して得られた過閾値時刻であり、前記Vot2が前記異なる核事件の前記整形信号の幅である、ことを特徴とする核パルス幅ディジタル化システム。 - 前記ダイナミック閾値信号を生成するダイナミック閾値生成手段をさらに含む、ことを特徴とする請求項8に記載の核パルス幅ディジタル化システム。
- 前記定比率タイミング手段は、
前記核事件エネルギー検知器の出力する対象パルス信号が一定の立ち上がりタイミング閾値より高い値を有するとき、予識別信号を出力する予識別回路をさらに含み、
前記TDC手段は、
前記予識別信号を受信したとき、前記TDC回路の動作を指示する指示手段をさらに含む、ことを特徴とする請求項8に記載の核パルス幅ディジタル化システム。 - 核放射パルス幅を線形的に時間の長さに変換し、当該時間の長さを測定することによって核放射パルス信号のディジタル化を実現する核放射パルス幅のディジタル化方法であって、
核事件エネルギー検知器が出力する対象電流信号に基づいて、前記対象電流信号の到着時刻Tdを示す定比率タイミング信号を生成するステップと、
整形回路を用いて前記対象電流信号に対して整形処理を行って対象整形信号を得るステップと、
前記対象電流信号の到着時刻Tdと予め決められた時間差ΔTがある時刻Toから、前記対象整形信号とダイナミック閾値信号の同じ時刻での値を比較し、時刻Totで、当該ダイナミック閾値信号の値が、当該対象整形信号の値よりも小さい値から、当該対象整形信号の値以上の値に変化すれば、当該時刻Totを過閾値時刻とするステップと、
上記時刻Tdと時刻Totとの間の時間の長さをディジタル量に変換し、当該ディジタル量を核放射パルス幅のディジタル化値とするステップと、を含み、
任意2つの、幅がVot1とVot2である前記対象整形信号に対して、上記ダイナミック閾値信号は、
- 定比率タイミング信号を生成するステップは、
前記対象電流信号に対して定比率タイミング処理を行って、前記定比率タイミング信号を得る方式、
前記核事件エネルギー検知器が出力するタイミング電流信号に基づいて、前記タイミング電流信号に対して定比率タイミング処理を行って、前記定比率タイミング信号を得る方式、
前記対象電流信号に対して整形処理を行って前記整形信号を生成してから、当該整形信号に対して定比率タイミング処理を行って、前記定比率タイミング信号を得る方式、のいずれか1つである、ことを特徴とする請求項11に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。 - 前記時刻Toは、前記対象整形信号のピーク到着時刻である、ことを特徴とする請求項11に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。
- 前記整形処理は、前記対象電流信号に対して積分処理を行って電圧信号を得る、ことを特徴とする請求項11に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。
- 前記対象整形信号と1つの前記ダイナミック閾値信号を比較するステップに先立って、当該ダイナミック閾値信号を生成するステップを含む、ことを特徴とする請求項11に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。
- 前記ダイナミック閾値信号を生成するステップにおいて、
予め記憶された一連のディジタル閾値電圧値に基づいて前記ダイナミック閾値信号を生成する、ことを特徴とする請求項15に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。 - 前記一連のディジタル閾値電圧値に基づいて前記ダイナミック閾値信号を生成するステップにおいて、前記一連の閾値電圧値をディジタルーアナログ変換しローパスフィルタリングする、ことを特徴とする請求項16に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。
- 前記一連のディジタル閾値電圧値は、前記核事件エネルギー検知器の特性と前記整形回路のパラメータに基づいて算出される、ことを特徴とする請求項16に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。
- 前記一連のディジタル閾値電圧値を生成するステップは、
i) 前記時間差ΔTと前記一連のディジタル閾値電圧値の個数N(Nは1以上の正整数である。)を確定するステップと、
ii) 前記整形信号SNの幅をAとし、前記整形信号S1の幅をA/Nとし、前記整形信号S2〜SN-1の幅をA/Nずつインクリメントするように、形状が前記対象整形信号と同じであるN個の前記整形信号S1〜SNを選択するステップと、
iii) 前記時刻Toを設定するステップと、
iv) 前記整形信号SMのTo+MΔT(前記Mが正整数であり、1≦M≦N)時刻に対応する電圧値をディジタル閾値電圧値として記憶して前記一連のディジタル閾値電圧値を得るステップと、を含む、ことを特徴とする請求項18に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。 - 前記一連のディジタル閾値電圧値を生成するステップは、
i) システムの最大測定可能な信号の幅の値に対応する所望の過閾値時間である最大時間測定値Tmaxを確定するステップと、
ii) 前記時刻Toを設定するステップと、
iii) 前記時間差ΔTを確定するステップと、
iv) 式(Tmax-To)/ΔTに基づいてディジタル閾値電圧値の個数N(Nが1以上の正整数)を確定するステップと、
v) 前記整形信号SNの幅をAとし、前記整形信号S1の幅をA/Nとし、前記整形信号S2〜SN-1の幅をA/Nずつインクリメントするように、形状が前記対象整形信号と同じであるN個の前記整形信号S1
〜SNを選択するステップと、
vi) 前記整形信号SMのTo+MΔT(ただし、Mが正整数であり、1≦M≦N)時刻に対応する電圧値をディジタル閾値電圧値として記憶して前記一連のディジタル閾値電圧値を得るステップと、を含む、ことを特徴とする請求項18に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。 - 前記ダイナミック閾値信号を生成するステップにおいて、ダイナミック閾値生成回路により前記ダイナミック閾値信号をリアルタイムに生成する、ことを特徴とする請求項15に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。
- 前記ダイナミック閾値信号を生成するステップは、
線形ランプ電圧信号と、形状が前記対象整形信号と同じである前記整形信号とを乗算することによって行われる、ことを特徴とする請求項21に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。 - 前記整形信号は、そのピーク到着時刻から前記線形ランプ電圧信号と乗算される、ことを特徴とする請求項22に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。
- 前記整形信号のピーク到着時刻で、前記線形ランプ電圧信号はゼロである、ことを特徴とする請求項23に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。
- アナログ回路により前記対象電流信号と形状が同じである電流信号を生成し、前記整形回路と同じ別の前記整形回路により当該電流信号に対して整形処理を行って、前記線形ランプ電圧信号と乗算される前記整形信号を得る、ことを特徴とする請求項24に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。
- 前記線形ランプ電圧信号と前記整形信号とを乗算して得られた信号を増幅してバッファーすることによって前記ダイナミック閾値信号を得る、ことを特徴とする請求項25に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。
- 増幅ゲインを変化することによって異なる変化レートの前記ダイナミック閾値信号を得るステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項26に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。
- 核事件エネルギー検知器と、整形回路と、定比率タイミング手段と、比較器回路と、時間ディジタル変換(TDC)手段とを含み、前記核事件エネルギー検知器の出力端が整形回路及び定比率タイミング回路の入力端のそれぞれに接続され、前記定比率タイミング手段が定比率タイミング回路を含み、前記時間ディジタル変換(TDC)手段がTDC回路を含み、
前記整形回路は、前記核事件エネルギー検知器が出力する対象電流信号に対して整形処理を行って、対象整形信号を出力し、
前記定比率タイミング回路は、前記核事件エネルギー検知器が出力する対象電流信号に対して定比率タイミング処理を行って、今回の核事件の到着時刻Tdを示す定比率タイミング信号を出力し、
前記比較器回路は、前記Tdと予め決められた時間差ΔTがある時刻Toから、前記対象整形信号とダイナミック閾値信号との同じ時刻での値を比較し、前記ダイナミック閾値信号の値が、前記対象整形信号の値よりも小さい値から、前記対象整形信号の値以上の値に変化した過閾値時刻である時刻Totで、当該過閾値時刻Totを示すパルス信号を出力し、
前記TDC回路は、時刻TdとTotを記録し、前記時刻TdとTotとの間の時間の長さをディジタル量に変換し、
前記ダイナミック閾値信号は、
- 前記定比率タイミング手段は、前記対象電流信号が立ち上がりタイミング閾値より高い値を有するとき、予識別信号を出力する予識別回路をさらに含む、ことを特徴とする請求項28に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。
- 前記TDC手段は、前記予識別信号を受信したとき、前記TDC回路の動作を指示する指示手段をさらに含む、ことを特徴とする請求項29に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。
- 前記ダイナミック閾値信号を生成するダイナミック閾値生成回路をさらに含む、ことを特徴とする請求項28に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。
- 前記ダイナミック閾値生成回路は、メモリと、ディジタルーアナログ変換回路と、ローパスフィルタとを含み、
前記メモリは、予め算出された一連のディジタル閾値電圧値を記憶し、
前記ディジタルーアナログ変換回路は、静的な前記メモリに接続され、静的な前記メモリから読み出した一連のディジタル閾値電圧値を受信し、当該一連のディジタル閾値電圧値をアナログ信号に変換してローパスフィルタに出力し、
前記ローパスフィルタは、前記ディジタルーアナログ変換回路に接続され、前記アナログ信号をローパスフィルタリングして、ダイナミック閾値電圧信号を生成する、ことを特徴とする請求項31に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。 - 前記メモリは、静的な前記メモリであり、静的な前記メモリの書込みと読み出しを制御するリードライト論理モジュールに接続される、ことを特徴とする請求項32に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。
- 前記ダイナミック閾値生成回路は、
前記対象整形信号と形状が同じである前記整形信号を生成するための第一部分と、
線形ランプ電圧信号を生成するための第二部分と、
前記整形信号と前記線形ランプ電圧信号とを乗算するためのアナログ乗算器と、
前記乗算して得られた信号を増幅して所望の前記ダイナミック閾値信号を得るためのアンプ回路と、を含む、ことを特徴とする請求項31に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。 - 前記第一部分は、順次に接続される微分回路と、電圧電流変換回路と、前記整形回路とを含み、方形波電圧信号の入力を受け付ける、ことを特徴とする請求項34に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。
- 前記第一部分の微分回路は、前記方形波電圧信号を微分して、前記核事件エネルギー検知器の出力する対象電流信号と形状が同じである電圧信号を形成する、ことを特徴とする請求項35に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。
- 前記第一部分の電圧電流変換回路は、前記第一部分の微分回路により生成される電圧信号を、前記核事件エネルギー検知器の出力する対象電流信号と形状が同じである電流信号を生成する、ことを特徴とする請求項36に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。
- 前記第一部分の前記整形回路は、前記対象整形信号を生成する前記整形回路と同じである、ことを特徴とする請求項37に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。
- 前記第二部分は、順次に接続される電圧電流変換回路と積分回路を含む、ことを特徴とする請求項34に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。
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