基于模擬cr-rc電路的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模擬CR-RC電路的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法，包括：根據(jù)模擬CR-RC電路，推導(dǎo)出CR-RC電路的階躍響應(yīng)；用階躍響應(yīng)不變法推導(dǎo)出數(shù)字高斯成形系統(tǒng)的沖激響應(yīng)；數(shù)字核脈沖信號通過該數(shù)字高斯成形系統(tǒng)后，被成形為高斯信號。該方法解決了核脈沖信號的數(shù)字高斯成形需求，成形后的信號波形為優(yōu)良的高斯波形，并且對于堆積核脈沖信號有一定的分離能力。
【專利說明】基于模擬CR-RC電路的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及放射性測量中核脈沖信號的數(shù)字高斯成形，尤其涉及一種基于模擬CR-RC電路的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在核能譜測量儀器中，從探測器及放大器輸出的信號通?；煊性肼暎B加到脈沖幅度上使脈沖幅度有一定的隨機波動，影響對幅度提取的準確性，是影響能量分辨率的主要因素之一。另外，由于核輻射是隨機發(fā)生的，短時間內(nèi)可能有多個事件發(fā)生，若前一個脈沖未下降到零，后面的脈沖疊加到前面脈沖的下降部分，使脈沖幅度的測量值大于實際值，甚至可能造成有大能量的輻射粒子存在的假象。如果不能正確的識別出堆積，認為是單個事件，則測量得到的脈沖幅度為兩個或多個核脈沖幅度疊加后的值，會改變計數(shù)率和能譜，從而影響測量的準確性。為了濾除噪聲、減小脈沖堆積，通常要用濾波成形電路對核信號進行處理。但噪聲濾除和減小脈沖堆積是矛盾的關(guān)系。成形后的波形越窄，減小或消除脈沖堆積效果越好；但成形波形越寬，對高頻噪聲額濾除效果越好。CR-RC電路是傳統(tǒng)的核儀器中常見的模擬成形電路，有一定的低通濾波能力，在濾除噪聲的同時可以將核脈沖信號成形為準高斯信號，對堆積脈沖也有一定的分離能力。但由CR-RC電路實現(xiàn)的模擬成形系統(tǒng)，改變成形波形的寬度需通過改變相關(guān)的電阻值及電容值進行調(diào)整，不夠方便和靈活。將模擬CR-RC系統(tǒng)從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，推導(dǎo)出數(shù)字高斯成形系統(tǒng)，可以克服上述缺陷，并且參數(shù)的取值不受硬件限制。從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域的方法有沖激響應(yīng)不變法、階躍響應(yīng)不變法、雙線性變換法等。沖激響應(yīng)不變法和階躍響應(yīng)不變法的頻率坐標都是線性變換的，都能夠使數(shù)字系統(tǒng)的響應(yīng)完全模仿模擬系統(tǒng)的響應(yīng)，并且都可能有頻率響應(yīng)的混疊失真現(xiàn)象，但階躍響應(yīng)不變法比沖激響應(yīng)不變法要小。因此，此處采用階躍響應(yīng)不變法進行模擬域到數(shù)字域的轉(zhuǎn)換。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于模擬CR-RC電路的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法。該方法克服了 CR-RC電路模擬成形的不足，為核脈沖信號數(shù)字高斯成形的實現(xiàn)提供了一種新的實現(xiàn)方式，可通過改變相關(guān)參數(shù)的取值調(diào)節(jié)成形波形的寬度，成形后的信號有較好的高斯特性，并且對于堆積脈沖也有一定的分離能力。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)，具體包括如下步驟(1)-(3):
[0005](I)根據(jù)模擬CR-RC電路，推導(dǎo)出CR-RC電路的階躍響應(yīng)；
[0006](2)用階躍響應(yīng)不變法推導(dǎo)出數(shù)字高斯成形系統(tǒng)的沖激響應(yīng)；
[0007](3)數(shù)字核脈沖信號通過該數(shù)字高斯成形系統(tǒng)后，被成形為高斯信號。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個或多個實施例可以具有如下優(yōu)點:
[0009]有效克服了 CR-RC電路模擬成形的不足，為核脈沖信號數(shù)字高斯成形的實現(xiàn)提供了一種新的實現(xiàn)方式，可通過改變相關(guān)參數(shù)的取值調(diào)節(jié)成形波形的寬度，成形后的信號有較好的高斯特性，并且對于堆積脈沖有一定的分離能力。
[0010]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0012]圖1為CR-RC系統(tǒng)電路原理圖；
[0013]圖2為實測6tlCo的核脈沖及其數(shù)字高斯成形信號的波形；
[0014]圖3為堆積核脈沖的數(shù)字高斯成形波形。

【具體實施方式】
[0015]容易理解，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實質(zhì)精神下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以提出本發(fā)明的多個結(jié)構(gòu)方式和制作方法。因此以下【具體實施方式】以及附圖僅是本發(fā)明的技術(shù)方案的具體說明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為本發(fā)明技術(shù)方案的限定或限制。在不背離本發(fā)明精神的前提下，對本發(fā)明所做的改進和替代均在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。
[0016]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
[0017]基于模擬CR-RC電路的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法，包括以下步驟:
[0018]步驟10根據(jù)模擬CR-RC系統(tǒng)的電路原理圖(見圖1所示)，推導(dǎo)出CR-RC電路的階躍響應(yīng)，包括如下步驟A-C:
[0019]A根據(jù)模擬CR-RC電路原理圖，推導(dǎo)出CR-RC系統(tǒng)輸入信號f⑴與輸出信號y⑴的微分方程為:
[0020]R2C2Y1'^)+ RC^P1 f(t) +^y(t) = RC/^t) + j-/(0 ⑴
LJJc1K1K1
[0021]B對方程兩邊進行拉普拉斯變換，得到模擬CR-RC系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)為:

_R__R_
[0022]H(S) = =-^--1--L (2)
F(s) RCs+—~H 1+RCs
[0023]令I(lǐng)i1 = I/RC, k2 = R/Rl，對H (s)進行拉普拉斯逆變換，得模擬CR-RC系統(tǒng)的沖激響應(yīng)為:
[0024]h(t) = kiik2+lkw(f) + kj(l - k2)e~kiru(i) (3)
[0025]其中，u(t)是單位階躍信號，
[0026]C對h⑴進行積分，得到模擬CR-RC系統(tǒng)的階躍響應(yīng)為:
[0027]g(0 = ILh^) * = [(k2 — l)e'klt —+ 2 — Ic2 —(斗)
[0028]步驟20用階躍響應(yīng)不變法推導(dǎo)出數(shù)字高斯成形系統(tǒng)的沖激響應(yīng)。
[0029]根據(jù)階躍響應(yīng)不變法，數(shù)字高斯成形系統(tǒng)的階躍響應(yīng)g (η)應(yīng)為g(t)的采樣值:
[0030]g(n) = g(t)|f=?rs: [(k2 — 1>-e-響+1),17~5 + 2 -1c2(5)
[0031]其中，Ts為采樣周期。根據(jù)h(n) = g(n)-g(n_l)，得數(shù)字高斯成形系統(tǒng)的沖激響應(yīng)為:
[0032]h(n) = [(k2 — 1)(1 — ekiTs)e^kifirs.-— efcllkz+1^Ts)e^kl —+1^ιΓ5]μ(?ι) (6)
[0033]步驟30數(shù)字核脈沖信號通過該數(shù)字高斯成形系統(tǒng)后，被成形為高斯信號。數(shù)字核脈沖信號f (η)通過該數(shù)字高斯成形系統(tǒng)的響應(yīng)y (η)為數(shù)字核脈沖信號與數(shù)字高斯成形系統(tǒng)的沖激響應(yīng)的卷積和，即:
[0034]y(n) =Af(n) * h(n) = A^U(k)ft(n — k) (7)
[0035]其中，A用于調(diào)節(jié)成形脈沖的幅度。
[0036]圖2為采樣周期Ts = 0.005 μ s, Ii1和k2取不同值時，實測6tlCo的核脈沖及其數(shù)字高斯成形信號的波形。圖3為堆積核脈沖的數(shù)字高斯成形波形，由圖可知，對堆積脈沖有一定的分離能力。
[0037]雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.基于模擬CR-RC電路的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法，其特征在于，所述方法包括: (1)根據(jù)模擬CR-RC電路，推導(dǎo)出CR-RC電路的階躍響應(yīng)； (2)用階躍響應(yīng)不變法推導(dǎo)出數(shù)字高斯成形系統(tǒng)的沖激響應(yīng)； (3)數(shù)字核脈沖信號通過該數(shù)字高斯成形系統(tǒng)后，被成形為高斯信號。
2.基于模擬CR-RC電路的核脈沖信號數(shù)字高斯成形方法，其特征在于，所述(2)中推導(dǎo)數(shù)字高斯成形系統(tǒng)的沖激響應(yīng)是用階躍響應(yīng)不變法推導(dǎo)的。
【文檔編號】H03K5/04GK104242877SQ201410338640
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】葛青, 葛良全, 彭穎, 梁偉忠, 杜蜀玉, 胡明鏡 申請人:成都理工大學(xué)