一种基于信号稀疏表示的微弱放射性信号的检测装置制造方法及图纸

技术编号:15722758 阅读:245 留言:0更新日期:2017-06-29 05:45
本发明专利技术公开一种基于信号稀疏表示的微弱放射性信号的检测装置,涉及核辐射检测技术领域,本发明专利技术技术要点:包括射线探测器、数据采集卡、数据处理单元及高压电源;所述射线探测器用于采集环境中的射线并将其转换为核脉冲信号,其与数据采集卡具有信号连接;数据采集卡用于对所述核脉冲信号进行预处理,其与数据处理单元具有信号连接;数据处理单元用于对核脉冲信号进行稀疏表示;高压电源用于向射线探测器供电。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信号稀疏表示的微弱放射性信号的检测装置
本专利技术涉及核辐射检测
,尤其是一种基于信号稀疏表示的微弱放射性信号的检测装置。
技术介绍
近年来随着科学技术的发展,核技术日趋成熟,已经被广泛运用于国防、工业、农业、环境监测、土壤成分分析、考古学、研究纳米材料等方面。核电作为一种新型能源,是放射性同位素应用于国民经济的最典型的例子。在核技术不断发展和应用的同时,核安全问题成为多方关注的焦点。针对当下核材料的不法利用、走私以及核泄漏事故引起的放射性危害等,如何快速、准确地对放射性核材料进行检测和识别是当下核分析领域迫切需要解决的问题。最早提出的微弱信号检测方法有时域的相关方法、取样积分方法和频域的频谱分析方法,然而这些方法有一定的局限性,上述方法可以在较低信噪比环境中检测正弦信号,但是存在参数提取精度低、检测信噪比不能满足实际需要的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:针对上述存在的问题,提供一种基于信号稀疏表示的微弱放射性信号的检测装置。本专利技术采用的技术方案如下:包括射线探测器、数据采集卡、数据处理单元及高压电源;所述射线探测器用于采集环境中的射线并将其转换为核脉冲信号,其与数据采集卡具有信号连接;数据采集卡用于对所述核脉冲信号进行预处理,其与数据处理单元具有信号连接;数据处理单元用于对核脉冲信号进行稀疏表示;高压电源用于向射线探测器供电。进一步,数据采集卡用于对所述核脉冲信号进行放大、滤波及AD转换。进一步,还包括FPGA芯片及DSP芯片;所述FPGA芯片的信号输入端与数据采集卡具有信号连接,FPGA芯片用于检测输入的核脉冲信号的幅值是否到达设定阈值,若没有达到则控制数据采集卡调节对核脉冲信号的滤波参数及AD转换的精度进而提高输入的核脉冲信号的幅值;所述DSP芯片的信号输入端与FPGA芯片的信号输出端具有信号连接,DSP芯片用于对输入的核脉冲信号进行互相关及自相关运算从而得到幅度特征加强的核脉冲信号;DSP芯片的信号输出端与数据处理单元连接。进一步,数据处理单元用于采用MP算法实现对输入的核脉冲信号的分解,并根据输入信号构建Gabor字典,再利用OMP算法使用Gabor字典中的原子对核脉冲信号进行重构。进一步,所述射线探测器为CsI探测器。综上所述,由于采用了上述技术方案,本专利技术的有益效果是:1.本装置的探测器为碘化铯,对γ核脉冲信号有较高的探测效率,所以本专利技术能够在高本地、低水平的复杂环境下,并在较短的时间条件下快速检测到核脉冲信号。2.本专利技术采用FPGA芯片对预处理后的电信号的幅值进行检测,当信号幅值较小时,则控制数据采集卡调整滤波参数,如滤波截止频率,降低对通带信号的衰减,以及调整AD采样精度,从而提高进入到FPGA芯片中的信号幅值。3.本专利技术采用DSP芯片对输入的信号进行自相关及互相关运算,去除信号中的噪声,进而加强信号的幅度特征,为后续的信号稀疏表示提供高质量的核脉冲信号。4.本专利技术采用稀疏表示来表达采集到的核脉冲信号,从而使我们更容易地获取核脉冲信号中所蕴含的信息。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明,其中:图1为本专利技术系统原理框图。图2~4为训练所得到的Gabor字典中的各个原子Gabor。图5是由选择得到的前M个原子经过重构得到的脉冲波形。图6a是重构得到的核脉冲波形。图6b是原始核脉冲。图6c是原始核脉冲和重构核脉冲的对比。具体实施方式本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图1所示,本专利技术装置包括CsI探测器、数据采集卡、数据处理单元及高压电源。利用高压电源对CsI探测器供电,当辐射γ射线入射到CsI探测器上时,射线光子能量转化为可见光子发射,并通过光电倍增管转换为核脉冲信号。核脉冲信号传输到数据采集卡,数据采集卡负责对电信号进行放大、滤波及AD转换等预处理,因此在一个具体实施例中,数据采集卡包括顺序连接的前置放大电路、滤波器以及AD转换器。数据处理单元用于对输入的核脉冲信号进行稀疏表达。为了保证稀疏表达的顺利进行,在本专利技术的一个优选实施例中还包括FPGA芯片及DSP芯片。所述FPGA芯片的信号输入端与数据采集卡具有信号连接,FPGA芯片用于检测输入的电信号的幅值是否到达设定阈值,若没有达到则控制数据采集卡调节对所述电信号的滤波参数及AD转换的精度进而提高输入的电信号的幅值。所述DSP芯片的信号输入端与FPGA芯片的信号输出端具有信号连接,DSP芯片用于对输入的信号进行互相关及自相关运算从而得到幅度特征加强的信号;DSP芯片的信号输出端与数据处理单元连接。数据处理单元用于实现对核脉冲信号的稀疏表示。信号稀疏表示的目的就是在给定的字典中用尽可能少的原子来表示信号,可以获得信号更为简洁的表示方式。对信号稀疏表示的目的就是寻找一个自适应字典使得信号的表达最稀疏,其两大主要任务就是字典的生成和信号的稀疏分解,对于字典的选择,一般有分析字典和学习字典两大类。常用的分析字典有小波字典、超完备DCT字典和曲波字典。本专利技术使用学习的方式来构造适用于核脉冲信号检测的冗余的Gabor字典,该字典能够自适应的匹配核脉冲信号的尺度、频率及相位。本专利技术采用MP算法实现对核脉冲信号的分解,再利用OMP算法实现Gabor字典中原子对核脉冲信号的重构、表达。在一个具体实施例中,由一个核脉冲信号训练得到各个Gabor原子,参见图2~4,定义为:其中,j取1、2、3等自然数,v'j为第j个原子的信号频率,u'j为第j个原子的位移因子,S'j为第j个原子的尺度因子,ω'j为第j个原子的原始相位,t为时间。由选择得到的前M个原子构成特定的核脉冲波形,参见图5:前M个原子是这样选出来的,将前M个原子叠加之后计算其与原始核脉冲信号之间的残差,当残差小于设定阈值时便停止叠加,否则将前M+1个原子叠加后再计算其与原始信号之间的残差,知道残差小于设定阈值。对M个原子叠加得到的信号进行以下处理,得到核脉冲信号的重构信号:对匹配到的Gabor原子平移伸缩处理,得到新的时间序列定义为:其中,si为第i个原子的尺度因子,ui为第i个原子的位移因子。最后将得到新的时间序列tnew代入公式(2)并进行叠加求和,就可重构得到检测到的核脉冲信号,重构的核脉冲信号为:其中,ωi为重构后的第i原子的新相位。本专利技术对检测核脉冲信号进行重构的时候只需要用几个原子就可以将信号重构,提高了脉冲重构的效率。图6a是对核脉冲信号重构得到的波形,图6b是原始的核脉冲信号,图6c是原始核脉冲信号和重构后核脉冲信号的对比。可见使用本专利技术得到的重构信号与原始信号吻合度较高。本专利技术并不局限于前述的具体实施方式。本专利技术扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。本文档来自技高网...
一种基于信号稀疏表示的微弱放射性信号的检测装置

【技术保护点】
一种基于信号稀疏表示的微弱放射性信号的检测装置,其特征在于,包括射线探测器、数据采集卡、数据处理单元及高压电源;所述射线探测器用于采集环境中的射线并将其转换为核脉冲信号,其与数据采集卡具有信号连接;数据采集卡用于对所述核脉冲信号进行预处理,其与数据处理单元具有信号连接;数据处理单元用于对核脉冲信号进行稀疏表示;高压电源用于向射线探测器供电。

【技术特征摘要】
1.一种基于信号稀疏表示的微弱放射性信号的检测装置,其特征在于,包括射线探测器、数据采集卡、数据处理单元及高压电源;所述射线探测器用于采集环境中的射线并将其转换为核脉冲信号,其与数据采集卡具有信号连接;数据采集卡用于对所述核脉冲信号进行预处理,其与数据处理单元具有信号连接;数据处理单元用于对核脉冲信号进行稀疏表示;高压电源用于向射线探测器供电。2.根据权利要求1所述的一种基于信号稀疏表示的微弱放射性信号的检测装置,其特征在于,数据采集卡用于对所述核脉冲信号进行放大、滤波及AD转换。3.根据权利要求1所述的一种基于信号稀疏表示的微弱放射性信号的检测装置,其特征在于,还包括FPGA芯片及DSP芯片;所述FPGA芯片的信号输入端与数据采集卡具有信号连接,FPGA芯片用于检测输入的...

【专利技术属性】
技术研发人员:张江梅吕远向王坤朋何宏森冯兴华高翔姚娟
申请(专利权)人:西南科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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