【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及利用伽馬能譜在智慧農(nóng)業(yè)中的土壤檢測(cè)，特別是對(duì)放射性核素的檢測(cè)，具體的講，涉及到一種利用γ能譜儀脈沖信號(hào)成型方法。
技術(shù)介紹
1、土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)字化伽馬能譜探測(cè)儀通常采用nai、csi或者其他閃爍晶體(后續(xù)以nai為例)+光電倍增管+前置放大電路+單端轉(zhuǎn)差分電路+adc的探測(cè)器，其輸出的脈沖信號(hào)一般為單指數(shù)脈沖信號(hào)，但是后續(xù)放大電路的r-c電路使得脈沖信號(hào)更接近雙指數(shù)脈沖。現(xiàn)有技術(shù)用單指數(shù)梯形算法去恢復(fù)實(shí)際中為雙指數(shù)的波形，模型不匹配，所以導(dǎo)致精度下降。
2、由于探測(cè)器輸出的脈沖信號(hào)具有的上升時(shí)間短下降緩慢的符合指數(shù)衰減和脈沖峰頂部非常尖銳的特性，同時(shí)由于adc采樣頻率的限制，因此簡(jiǎn)單通過(guò)直接采集脈沖信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確獲取脈沖的幅度較為困難。即使可以通過(guò)采集脈沖幅度準(zhǔn)確獲取脈沖幅度，但是由于探測(cè)器存在電荷收集時(shí)間等原因造成采集的脈沖幅度存在彈道虧損，也不利于后續(xù)準(zhǔn)確提取幅度，從而也會(huì)影響能譜儀的能量分辨率。因此必須對(duì)adc采集到的脈沖信號(hào)做濾波成形可以讓能譜分析更加準(zhǔn)確。
3、當(dāng)前在數(shù)字伽馬能譜儀中使用的濾波成型方法主要有高斯成型和單指數(shù)梯形成形(平頂寬度為0時(shí)稱為三角成形)。
4、高斯脈沖成形算法的數(shù)字化研究與應(yīng)用，該方法雖然具有較好的能量分辨率特性且實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，但在峰值保持和彈道虧損抑制能力上較弱。射線在前端閃爍晶體中被捕獲，然后轉(zhuǎn)化電子直線運(yùn)動(dòng)到接收器前的路徑，相當(dāng)于子彈在一個(gè)槍管中運(yùn)行，如果碰到管壁會(huì)有摩擦損失一部分能量，即彈道虧損。每次的運(yùn)動(dòng)軌跡不同，損失的能量有差異。
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技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)針對(duì)伽馬能譜探測(cè)儀工作中遇到的能量泄露(彈道虧損、r-c電路造成的能量衰減的總和)等問(wèn)題，提出一種自適應(yīng)雙指數(shù)梯形成形算法，能夠提高頻譜分辨率，讓能譜分析更加準(zhǔn)確。
2、綜上所述，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，如圖6所示，本專利技術(shù)提出一種基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法，其中包括：
3、初始步驟s1，待測(cè)土壤的γ射線入射到伽馬能譜儀的閃爍體內(nèi)后，產(chǎn)生光子，該光子聚到該伽馬能譜儀的光電倍增管，得到電壓脈沖；
4、分析步驟s2，通過(guò)對(duì)該電壓脈沖的脈沖衰減階段進(jìn)行采樣，采集相鄰兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)做商，得到脈沖平頂寬度，將該脈沖平頂寬度和預(yù)設(shè)的梯形脈沖上升長(zhǎng)度和下降長(zhǎng)度帶入雙指數(shù)脈沖梯形成形時(shí)域表達(dá)式，得到成形結(jié)果，將該成形結(jié)果送入該伽馬能譜儀的adc進(jìn)行采樣做多道脈沖幅度分析，從而獲得該待測(cè)土壤的譜線數(shù)據(jù)。
5、所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法，其中該分析步驟包括：
6、按照時(shí)序在該成形結(jié)果的平頂時(shí)間位置采樣數(shù)據(jù)對(duì)比，如果取得的兩個(gè)數(shù)據(jù)相差在預(yù)設(shè)誤差范圍內(nèi)，則將該成形結(jié)果送入該伽馬能譜儀的adc進(jìn)行采樣做多道脈沖幅度分析；否則微調(diào)該脈沖平頂寬度以更新該成形結(jié)果，直到取得的兩個(gè)數(shù)據(jù)相差在預(yù)設(shè)誤差范圍內(nèi)。
7、所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法，其中采用iir濾波器實(shí)現(xiàn)該成形結(jié)果的雙指數(shù)脈沖梯形成形，且每次該iir濾波器輸出該成形結(jié)果后，復(fù)位重置該iir濾波器。
8、所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法，其中該分析步驟包括：
9、雙指數(shù)脈沖信號(hào)的時(shí)域的表達(dá)式：
10、式(1):
11、式中a為雙指數(shù)脈沖幅度，τf與τu分別為下降時(shí)間常數(shù)和上升時(shí)間常數(shù)，vi代表的是信號(hào)的實(shí)時(shí)幅度；
12、等腰梯形脈沖的時(shí)域表達(dá)式為:
13、式(2):
14、式中vtra(t)為等腰梯形脈沖；u(t)為單位階躍函數(shù)；tr為梯形脈沖上升結(jié)束點(diǎn)；tt為梯形脈沖平頂結(jié)束點(diǎn)；td為梯形脈沖下降結(jié)束點(diǎn)；
15、將式(1)、(2)分別進(jìn)行以ts為采樣周期離散化并作z變換得到:
16、式(3):vi(z)＝nr·(α-β)·(1-z-1)2
17、式(4):vtra(z)＝(1-z-nr-z-nt+z-nd)·(1-α·z-1)·(1-β·z-1)
18、式中梯形脈沖上升長(zhǎng)度nr＝tr/ts；脈沖平頂寬度nt＝tt/ts決定脈沖平頂寬度；梯形脈沖下降長(zhǎng)度nd＝td/ts；
19、
20、將式(4)除以式(3)后再作z反變換，得到該雙指數(shù)脈沖梯形成形時(shí)域表達(dá)式：
21、vo(n)＝2·v0(n-1)-v0(n-2)+[(vi(n)-vi(n-nr)-vi(n-nt)+vi(n-nd))-(α+β)·(vi(n-1)-vi(n-nr-1)-vi(n-nt-1)+vi(n-nd-1))+α·β·(vi(n-2)-vi(n-nr-2)-vi(n-nt-2)+vi(n-nd-2))]/[nr·(α-β)]?????????(5)
22、式中vi(n)為輸入雙指數(shù)脈沖序列；n為采樣序列號(hào)；vo(n)為輸出梯形成形后序列。
23、如圖7所示，本專利技術(shù)還提出了一種基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析裝置，其中包括：
24、初始模塊，待測(cè)土壤的γ射線入射到伽馬能譜儀的閃爍體內(nèi)后，產(chǎn)生光子，該光子聚到該伽馬能譜儀的光電倍增管，得到電壓脈沖；
25、分析模塊，通過(guò)對(duì)該電壓脈沖的脈沖衰減階段進(jìn)行采樣，采集相鄰兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)做商，得到脈沖平頂寬度，將該脈沖平頂寬度和預(yù)設(shè)的梯形脈沖上升長(zhǎng)度和下降長(zhǎng)度帶入雙指數(shù)脈沖梯形成形時(shí)域表達(dá)式，得到成形結(jié)果，將該成形結(jié)果送入該伽馬能譜儀的adc進(jìn)行采樣做多道脈沖幅度分析，從而獲得該待測(cè)土壤的譜線數(shù)據(jù)。
26、所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析裝置，其中該分析模塊包括：
27、按照時(shí)序在該成形結(jié)果的平頂時(shí)間位置采樣數(shù)據(jù)對(duì)比，如果取得的兩個(gè)數(shù)據(jù)相差在預(yù)設(shè)誤差范圍內(nèi)，則將該成形結(jié)果送入該伽馬能譜儀的adc進(jìn)行采樣做多道脈沖幅度分析；否則微調(diào)該脈沖平頂寬度以更新該成形結(jié)果，直到取得的兩個(gè)數(shù)據(jù)相差在預(yù)設(shè)誤差范圍內(nèi)；
28、采用iir濾波器實(shí)現(xiàn)該成形結(jié)果的雙指數(shù)脈沖梯形成形，且每次該iir濾波器輸出該成形結(jié)果后，復(fù)位重置該iir濾波器。
29、基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析裝置，其中該分析模塊包括：
30、雙指數(shù)脈沖信號(hào)的時(shí)域的表達(dá)式：
31、式(1):
32、式中a為雙指數(shù)脈沖幅度，τf與τu分別為下降時(shí)間常數(shù)和上升時(shí)間常數(shù)，vi代表的是信號(hào)的實(shí)時(shí)幅度；
33、等腰梯形脈沖的時(shí)域表達(dá)式為:
34、式(2):
35、式中vtra(t)為等腰梯形脈沖；u(t)為單位階躍函數(shù)；tr為梯形脈沖上升結(jié)束點(diǎn)；tt為梯形脈沖平頂結(jié)束點(diǎn)；td為梯形脈沖下降結(jié)束點(diǎn)；
36、將式(1)、(2)分別進(jìn)行以ts為采樣周期離散化本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法，其特征在于，該分析步驟包括：
3.如權(quán)利要求1所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法，其特征在于，采用IIR濾波器實(shí)現(xiàn)該成形結(jié)果的雙指數(shù)脈沖梯形成形，且每次該IIR濾波器輸出該成形結(jié)果后，復(fù)位重置該IIR濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法，其特征在于，該分析步驟包括：
5.一種基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析裝置，其特征在于，包括：
6.如權(quán)利要求5所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析裝置，其特征在于，該分析模塊包括：
7.如權(quán)利要求5所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析裝置，其特征在于，該分析模塊包括：
8.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求5-7所述的一種基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析裝置，該電子設(shè)備或連接有信息顯示設(shè)備，該信息顯示設(shè)備用于以用戶設(shè)置的顯示參數(shù)
9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-4中任一所述基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法的步驟。
10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-4中任一所述基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法，其特征在于，該分析步驟包括：
3.如權(quán)利要求1所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法，其特征在于，采用iir濾波器實(shí)現(xiàn)該成形結(jié)果的雙指數(shù)脈沖梯形成形，且每次該iir濾波器輸出該成形結(jié)果后，復(fù)位重置該iir濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析方法，其特征在于，該分析步驟包括：
5.一種基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析裝置，其特征在于，包括：
6.如權(quán)利要求5所述的基于雙指數(shù)梯形成形的高分辨率伽馬能譜分析裝置，其特征在于，該分析模塊...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陸會(huì)賢，李蕾，張玉成，王鵬，高樹(shù)琴，陳海華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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