專利名稱：一種嘎瑪射線探測(cè)儀的波形甄別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量領(lǐng)域，尤其是涉及γ(嘎瑪)射線探測(cè)儀的波形甄別方法。
目前，γ射線探測(cè)儀的波形甄別方法廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、高空測(cè)量以及核爆炸的探測(cè)中，該方法的目的是分辨不同的粒子在同一種探測(cè)器中產(chǎn)生的不同的輸出信號(hào)，如nγ(中子、光子)的分辨；或同種粒子在不同探測(cè)器中所產(chǎn)生的輸出信號(hào)，例如由NaI和CsI構(gòu)成的復(fù)合晶體探測(cè)器在同一個(gè)光電倍增管中所產(chǎn)生的輸出信號(hào)，以判斷在輸出信號(hào)中是否包含CsI所產(chǎn)生的信號(hào)。傳統(tǒng)的γ射線探測(cè)儀的波形甄別方法是先測(cè)量出探測(cè)器輸出的脈沖波形峰頂?shù)闹?，然后測(cè)量脈沖波形上升段上二點(diǎn)的時(shí)間間隔，通常一點(diǎn)對(duì)應(yīng)峰值的10％，另一點(diǎn)對(duì)應(yīng)峰值的90％，對(duì)上述兩點(diǎn)的時(shí)間差范圍內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行采樣，用以確定信號(hào)中是否含有CsI的信號(hào)成分。上述方法的缺點(diǎn)在于①由于傳統(tǒng)方法認(rèn)為在信號(hào)上升沿信號(hào)峰值10％到90％的范圍已經(jīng)包含了幾乎所有CsI的信號(hào)信息，而事實(shí)上上述范圍只包含了CsI信號(hào)信息的一部分，因此，在上述范圍內(nèi)采樣確定CsI信號(hào)成分必然導(dǎo)致信號(hào)的甄別效率和分辨率較低；②上述信號(hào)范圍所處理的時(shí)間范圍很小，約為100ns，因此傳統(tǒng)方法要求電子器件的速度要很快，這導(dǎo)致了應(yīng)用該方法的波形甄別器的高成本、高功耗和低可靠性。
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種信號(hào)甄別效率高、對(duì)電子器件性能要求低的γ射線探測(cè)儀的波形甄別方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種嘎瑪射線探測(cè)儀的波形甄別方法，該方法包括以下步驟(1)對(duì)γ射線探測(cè)器輸出的原始波形信號(hào)的幅度進(jìn)行跟蹤保持，并將γ射線探測(cè)器輸出的原始波形信號(hào)延遲，最小延遲時(shí)間大于跟蹤保持單元的響應(yīng)時(shí)間；(2)在已經(jīng)延遲的原始波形信號(hào)的前沿取一點(diǎn)，該點(diǎn)的值為為原始波形信號(hào)峰值的a％，再在已經(jīng)延遲的原始波形信號(hào)的后沿取一點(diǎn)，該點(diǎn)的值為原始波形信號(hào)峰值的b％，調(diào)整a和b的值，使兩點(diǎn)間的波形為信號(hào)最敏感的區(qū)域，之后，固定a和b的值；其中，0＜a＜100,0＜b＜100；(3)計(jì)算上述步驟(2)所確定兩點(diǎn)之間波形的時(shí)間差；(4)將上述步驟(3)確定的時(shí)間差數(shù)字化后與預(yù)設(shè)值相比較，得出信號(hào)中是否含有CsI探測(cè)器的輸出成分。
由上述本發(fā)明的技術(shù)方案可以看出，由于本發(fā)明采用在原始波形信號(hào)的前沿取一點(diǎn)，在原始波形信號(hào)的后沿取一點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整上述兩點(diǎn)間的值，使兩點(diǎn)間的波形為信號(hào)最敏感的區(qū)域，再在上述區(qū)域中采樣以甄別不同信號(hào)的方法，使得在被采樣的信號(hào)波形中比傳統(tǒng)采樣信號(hào)波形中包含更多的信息熵，因此使用本發(fā)明的方法將大大提高應(yīng)用該方法的波形甄別器的效率和分辨率。同時(shí)，由于本發(fā)明采樣時(shí)間差遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)方法的采樣時(shí)間差，使得本發(fā)明的方法對(duì)應(yīng)用該方法的電路部件的時(shí)間特性要求較低，因此可以減小應(yīng)用該方法的整體設(shè)備的成本、功耗、體積和重量。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明采用的NaI和CsI復(fù)合晶體探測(cè)器的原理圖；圖3是NaI和CsI復(fù)合晶體探測(cè)器輸出的歸一化的電壓隨時(shí)間變化的波形圖；圖4是NaI和CsI復(fù)合晶體探測(cè)器受γ射線激勵(lì)后發(fā)出的光子流轉(zhuǎn)換為電流后隨時(shí)間變化的波形圖；圖5是本發(fā)明的仿真結(jié)果圖。
首先參考圖3。圖3的橫坐標(biāo)為時(shí)間，以NaI的特征時(shí)間為單位，縱坐標(biāo)為歸一化的電壓幅度。在傳統(tǒng)的γ射線探測(cè)儀的波形甄別方法中，采用的探測(cè)器為由NaI和CsI構(gòu)成的復(fù)合晶體探測(cè)器，參考圖2。傳統(tǒng)方法通常先測(cè)量出探測(cè)器輸出的脈沖波形峰頂?shù)闹?，然后測(cè)量脈沖波形上升段上二點(diǎn)的時(shí)間間隔，一點(diǎn)對(duì)應(yīng)峰值的10％，另一點(diǎn)對(duì)應(yīng)峰值的90％，例如圖3中的t1和t9二點(diǎn)，用Δt=t9-t1作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，用以進(jìn)行信號(hào)的甄別。之所以在信號(hào)的上升沿上截取t1和t9是由于通過(guò)示波器等測(cè)量?jī)x器直接觀察到的波形只有圖3所示的電壓脈沖波形，而不同的電壓脈沖波形最顯著的特點(diǎn)就是波形前沿的變化率較大，由此，在本領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)形成了認(rèn)為信號(hào)波形的前沿包含了幾乎所有CsI信息的認(rèn)識(shí)，形成了“前沿甄別”這一傳統(tǒng)的習(xí)慣做法。
當(dāng)NaI和CsI復(fù)合晶體探測(cè)器受到γ射線的激勵(lì)而發(fā)光，參考圖4，這種隨時(shí)間變化的光電子流在光電管的陰極變成同樣形狀的電流，該電流在前置放大器的輸入端被積分，形成圖3所示的電壓波形。i(t)是圖4中的波形取歸一化的值，如果將信息熵定義為 其中tn=t3或t9。通過(guò)上式容易得出，從t1到t3的電流I所對(duì)應(yīng)的熵大于從t1到t9所對(duì)應(yīng)的熵。因此，對(duì)于同樣的信息量，從t1到t3的電流易于確定。同時(shí)，由于t3-t1=N(t9-t1)，即從t3到t1之間的時(shí)間差是t9到t1之間的時(shí)間差的多倍，因此，本發(fā)明的方法不需要使用高速電子器件，與使用傳統(tǒng)方法相比，應(yīng)用本發(fā)明的γ射線探測(cè)儀的成本、功耗、體積等會(huì)大為下降，探測(cè)精度和效率大為提高。
在具體實(shí)現(xiàn)本發(fā)明時(shí)，參考圖1，首先執(zhí)行步驟1，對(duì)γ射線探測(cè)器輸出的原始波形信號(hào)的幅度進(jìn)行跟蹤保持，并將γ射線探測(cè)器輸出的原始波形信號(hào)延遲，最小延遲時(shí)間大于跟蹤保持單元的響應(yīng)時(shí)間；在步驟2，在已經(jīng)延遲的原始波形信號(hào)的前沿取一點(diǎn)，該點(diǎn)的值為為原始波形信號(hào)峰值的a％，再在已經(jīng)延遲的原始波形信號(hào)的后沿取一點(diǎn)，該點(diǎn)的值為原始波形信號(hào)峰值的b％，調(diào)整a和b的值，使兩點(diǎn)間的波形為信號(hào)最敏感的區(qū)域之后，固定a和b的值；其中，a和b的取值范圍分別為0＜a＜100,0＜b＜100；在步驟3，計(jì)算上述步驟2所確定兩點(diǎn)之間波形的時(shí)間差；在步驟4，將上述步驟3確定的時(shí)間差數(shù)字化后與預(yù)設(shè)值相比較，得出信號(hào)中是否含有CsI探測(cè)器的輸出成分。
在上述實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，所述a的典型值為10，b的典型值為30。
對(duì)本發(fā)明用蒙特卡洛計(jì)算模擬從γ射線入射到前置放大器的整個(gè)輸出過(guò)程，結(jié)果如圖5所示。圖中橫坐標(biāo)為Δt，對(duì)于同一個(gè)Δt，前后沿甄別所取的值為是前沿甄別的3倍；縱坐標(biāo)為甄別率，以n1記NaI所測(cè)到的γ射線光子數(shù)，n2記NaI與CsI同時(shí)記到的光子數(shù)，n0=n1+n2，效率為η=(n1/n2)/(n1/n0)。很顯然，用本發(fā)明的方法，大大優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。
權(quán)利要求
1.一種嘎瑪射線探測(cè)儀的波形甄別方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)對(duì)γ射線探測(cè)器輸出的原始波形信號(hào)的幅度進(jìn)行跟蹤保持，并將γ射線探測(cè)器輸出的原始波形信號(hào)延遲，最小延遲時(shí)間大于跟蹤保持單元的響應(yīng)時(shí)間；(2)在已經(jīng)延遲的原始波形信號(hào)的前沿取一點(diǎn)，該點(diǎn)的值為原始波形信號(hào)峰值的a％，再在已經(jīng)延遲的原始波形信號(hào)的后沿取一點(diǎn)，該點(diǎn)的值為原始波形信號(hào)峰值的b％，調(diào)整a和b的值，使兩點(diǎn)間的波形為信號(hào)最敏感的區(qū)域，之后，固定a和b的值；其中，0＜a＜100,0＜b＜100；(3)計(jì)算上述步驟(2)所確定兩點(diǎn)之間波形的時(shí)間差；(4)將上述步驟(3)確定的時(shí)間差數(shù)字化后與預(yù)設(shè)值相比較，得出信號(hào)中是否含有CsI探測(cè)器的輸出成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嘎瑪射線探測(cè)儀的波形甄別方法，其特征在于所述a的值為10，b的值為30。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種嘎瑪射線探測(cè)儀的波形甄別方法,該方法通過(guò)在探測(cè)器輸出的原始波形信號(hào)的前沿和后沿選取信號(hào)采集點(diǎn),通過(guò)調(diào)整上述兩點(diǎn)的值,使兩點(diǎn)間的波形為信號(hào)最敏感的區(qū)域,再在上述區(qū)域中采樣以甄別不同信號(hào)的方法,大大提高了應(yīng)用該方法的波形甄別器的效率和分辨率,同時(shí),降低了使用該方法的電路部件的時(shí)間特性要求,減小了應(yīng)用該方法的γ射線探測(cè)儀整體設(shè)備的成本、功耗、體積和重量。
文檔編號(hào)G01T1/202GK1297157SQ0013584
公開日2001年5月30日 申請(qǐng)日期2000年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月22日
發(fā)明者吳枚, 王煥玉, 李延國(guó), 張承模, 張俊逸, 吳伯冰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所