一种对多种脉冲的波形甄别算法制造技术

本发明专利技术属于辐射探测技术领域，涉及一种对多种脉冲的波形甄别算法。所述的波形甄别算法包括如下步骤：1)提取脉冲的5项特征信息，分别为：a)脉冲的峰值P；b)脉冲到达峰的时刻tp；c)达峰前脉冲幅度第一次到达或超过峰值十分之一的时刻tp01；d)tp时刻后t1～t2时间内脉冲幅度的平均值M0；e)tp时刻后t2～t3时间内脉冲幅度的平均值M1；2)根据步骤1)提取的5项特征信息，计算3个甄别参数；3)通过实验确定各种脉冲的所述的3个甄别参数的分布规律，确定甄别阈值，从而实现脉冲甄别。利用本发明专利技术的波形甄别算法，可以同时甄别多种脉冲，从而同时实现多种辐射粒子类型的甄别。

A waveform discrimination algorithm for multiple pulses

The invention belongs to the field of radiation detection technology, and relates to a waveform discrimination algorithm for multiple pulses. The waveform discrimination algorithm consists of the following steps: (1) extracting five characteristic information of the pulse, namely: a) peak P of the pulse; b) the time when the pulse reaches the peak tp; c) the time when the amplitude of the pre-peak pulse reaches or exceeds one tenth of the peak tp01; d) the mean value of the pulse amplitude M0 in the time T1-T2 after the TP time; The average value of pulse amplitude M1 in the time from T2 to t3; 2) According to the five feature information extracted in step 1, three discriminant parameters are calculated; 3) The distribution of the three discriminant parameters of various pulses is determined by experiment, and the discriminant threshold is determined to realize the pulse discrimination. Using the waveform discrimination algorithm of the invention, multiple pulses can be discriminated simultaneously, thereby realizing the discrimination of multiple radiation particle types simultaneously.

【技术实现步骤摘要】
一种对多种脉冲的波形甄别算法
本专利技术属于辐射探测
，涉及一种对多种脉冲的波形甄别算法。
技术介绍
在辐射探测中，波形甄别技术常用于甄别粒子类型。一般地，不同类型的粒子入射到探测器中，产生的脉冲形状各不相同，通过波形甄别技术，能识别不同类型的脉冲形状，从而甄别粒子类型。近年来随着快速数模转换器(ADC)和现场可编程阵列(FPGA)硬件工艺的发展，波形甄别技术常借助数字信号处理系统完成，即先将脉冲信号用ADC采集，再用FPGA进行处理。很多波形甄别算法都利用了脉冲的时域信息，即需要从时域脉冲形状中提取特征信息并生成甄别参数。这类算法主要可以分为两类：一类提取的特征量为特定时间内的脉冲的幅度信息，如电荷比较法和常时间甄别算法；另一类提取的是特定幅度范围内的时间信息，比如上升时间甄别算法和恒比甄别算法。当需要甄别的脉冲种类数量较少(一般不超过两种)时，可以使用这些算法；但如果需要甄别的脉冲种类较多时，这些算法往往效果不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种对多种脉冲的波形甄别算法，以解决现有技术的波形甄别算法只能甄别两种以下粒子及由其产生的脉冲的技术问题。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种对多种脉冲的波形甄别算法，所述算法包括如下步骤：1)提取脉冲的5项特征信息，分别为：a)脉冲的峰值P；b)脉冲到达峰的时刻tp；c)达峰前脉冲幅度第一次到达或超过峰值十分之一的时刻tp01；d)tp时刻后t1～t2时间内脉冲幅度的平均值M0；e)tp时刻后t2～t3时间内脉冲幅度的平均值M1；2)根据步骤1)提取的5项特征信息，计算式(1)所示的3个甄别参数，其中f1和f2为脉冲的幅度信息，T0为脉冲的时间信息，f1表示峰的相对高度，f2表示脉冲后沿的下降速度，T0表示脉冲前沿的上升速度；3)通过实验确定各种脉冲的所述的3个甄别参数的分布规律，确定甄别阈值，从而实现脉冲甄别乃至粒子甄别。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种对多种脉冲的波形甄别算法，其中所述的多种脉冲为由叠层闪烁探测器产生。叠层闪烁探测器是将多种发光衰减时间常数不同的闪烁体和一个光电倍增管(PMT)光学耦合在一起组成的探测器，所有闪烁体的闪烁光由同一个PMT输出。叠层闪烁探测器常用于粒子类型甄别。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种对多种脉冲的波形甄别算法，其中所述的叠层闪烁探测器包括多层晶体及与多层晶体相连接的光电倍增管，所述的多层晶体用于沉积入射粒子，所述的光电倍增管用于放大经过所述的入射粒子在多层晶体中沉积后产生的不同形状的脉冲。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种对多种脉冲的波形甄别算法，其中所述的叠层闪烁探测器中晶体的层数为3层。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种对多种脉冲的波形甄别算法，其中所述的叠层闪烁探测器的3层晶体依次为塑料闪烁体EJ121(Eljen公司的商业化产品)、无机闪烁体CaF2(Eu)(Eu激活的CaF2晶体)和无机闪烁体NaI(Tl)(Tl激活的NaI晶体)。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种对多种脉冲的波形甄别算法，其中所述的t1的选择范围为40-100ns。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种对多种脉冲的波形甄别算法，其中所述的t2的选择范围为400-600ns。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种对多种脉冲的波形甄别算法，其中所述的t3的选择范围为1200-2000ns。本专利技术的对多种脉冲的波形甄别算法是一种结合了脉冲形状的时间和幅度信息的波形甄别算法，它提取的特征量既包括特定时间内的幅度信息，又包括特定幅度范围内的时间信息。利用本专利技术的对多种脉冲的波形甄别算法，可以同时甄别多种脉冲，同时实现多种粒子的甄别(例如当叠层闪烁探测器中含有的闪烁体层数为三层时，可甄别7种以上的脉冲种类)，从而解决了现有技术的波形甄别算法只能甄别两种以下粒子及由其产生的脉冲的技术问题。附图说明图1为示例性的入射粒子在含三层晶体的叠层闪烁探测器中可能存在7种能量沉积情形的示意图。图2为5项脉冲特性信息提取方法的示例性的示意图。图3为具体实施方式中由β源和γ源得到的f1和f2的联合分布规律图。图4为具体实施方式中满足情形"010"或"110"条件的脉冲的T0参数分布规律图。图5为示例性的本专利技术的对多种脉冲的波形甄别算法的流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作出进一步的说明。示例性的本专利技术的波形甄别算法用于甄别由EJ212+CaF2(Eu)+NaI(Tl)组成的含三层晶体的叠层闪烁探测器发出的7种类型的脉冲形状。这三种晶体的发光衰减时间常数分别为2.4ns、940ns和250ns。如图1所示，入射粒子在含三层晶体的叠层闪烁探测器中可能存在7种能量沉积情形，从而产生7种不同形状的脉冲。为了方便表述，图1对7种情形进行了二进制编码，其中"1"表示粒子在该层闪烁体中发生了能量沉积，"0"表示没有。例如情形"100"表示粒子只在第一层闪烁体中发生了能量沉积，又如情形"111"表示粒子在三层闪烁体中都发生了能量沉积。本专利技术的波形甄别算法可用于甄别7种不同形状的脉冲对应的粒子中的β和γ粒子，其中情形"100"和情形"110"被甄别为β粒子，情形"001"被甄别为γ粒子，其他4种情形舍弃。具体算法如下。第一步，如图2中文字、箭头和括号所示，提取脉冲的5项特征信息，分别为：a)脉冲的峰值P；b)脉冲到达峰的时刻tp；c)达峰前脉冲幅度第一次到达(或超过)峰值十分之一的时刻tp01；d)tp时刻后t1～t2时间内脉冲幅度的平均值M0；e)tp时刻后t2～t3时间内脉冲幅度的平均值M1。(其中t1＝50ns，t2＝500ns，t3＝1500ns)本专利技术设计的波形甄别算法提取的脉冲形状特征信息既包括指定时间内的幅度信息，也包括指定幅度内的时间信息。第二步，根据第一步提取的5项特征信息，计算式(1)所示的3个甄别参数：其中f1和f2为脉冲的幅度信息，T0为脉冲的时间信息。f1表示峰的相对高度，f2表示脉冲后沿的下降速度，T0表示脉冲前沿的上升速度。由于叠层闪烁探测器中三种晶体的发光衰减时间常数各不相同，因此它们的这3个参数也可不相同，由这3个甄别参数可以判断脉冲中包含了哪些晶体发出的闪烁光成分，实现波形甄别。第三步，利用β源和γ源实验，确定甄别参数f1和f2的阈值。f1和f2的联合分布规律如图3所示，由此根据如下的式(2)可以确定这两个甄别参数的阈值：上述式(2)中，f1_TH为甄别参数f1的上阈值，f1_TL为甄别参数f1的下阈值，f2_TH为甄别参数f2的上阈值，f2_TL为甄别参数f2的下阈值。第四步，由第三步可以将脉冲分为5个区域。其中情形"011"和"111"都是要舍弃的脉冲，不用再进行甄别；而情形"110"为β事件，情形"010"为舍弃脉冲，需要甄别这两种脉冲。提取β源和γ源实验中f1和f2参数满足这一区域条件的事件，得到其T0参数的分布规律如图4所示，因此可以根据式(3)确定T0参数的阈值：T0_T＝15ns(3)上述式(3)中，T0_T为甄别参数T0的阈值，ns为纳秒。第五步，利用如下甄别算法判断脉冲形状，确定粒子类型，甄别算法流程如图5所示。a)首先计算f1参数，若f1大于其上阈值f1_T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对多种脉冲的波形甄别算法，其特征在于，所述算法包括如下步骤：1)提取脉冲的5项特征信息，分别为：a)脉冲的峰值P；b)脉冲到达峰的时刻tp；c)达峰前脉冲幅度第一次到达或超过峰值十分之一的时刻tp01；d)tp时刻后t1～t2时间内脉冲幅度的平均值M0；e)tp时刻后t2～t3时间内脉冲幅度的平均值M1；2)根据步骤1)提取的5项特征信息，计算式(1)所示的3个甄别参数；f1＝1‑M0/Pf2＝1‑M1/M0                 (1)T0＝tP‑tP013)通过实验确定各种脉冲的所述的3个甄别参数的分布规律，确定甄别阈值，从而实现脉冲甄别。

【技术特征摘要】
1.一种对多种脉冲的波形甄别算法，其特征在于，所述算法包括如下步骤：1)提取脉冲的5项特征信息，分别为：a)脉冲的峰值P；b)脉冲到达峰的时刻tp；c)达峰前脉冲幅度第一次到达或超过峰值十分之一的时刻tp01；d)tp时刻后t1～t2时间内脉冲幅度的平均值M0；e)tp时刻后t2～t3时间内脉冲幅度的平均值M1；2)根据步骤1)提取的5项特征信息，计算式(1)所示的3个甄别参数；f1＝1-M0/Pf2＝1-M1/M0(1)T0＝tP-tP013)通过实验确定各种脉冲的所述的3个甄别参数的分布规律，确定甄别阈值，从而实现脉冲甄别。2.根据权利要求1所述的波形甄别算法，其特征在于：所述的多种脉冲为由叠层闪烁探测器产生。3.根据权利要求2所述的波形甄别算法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立，以恒冠，李强，唐智辉，王明亮，杨波，商洁，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：山西,14