用于宽动态范围中子通量监测的动态标定系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于宽动态范围中子通量监测的线性拟合动态标定系统和方法，该系统包括：探测器，计数模块，积分模块，动态标定模块，积分值处理模块和输出模式选择模块。本发明专利技术还提供一种相应的动态标定方法，该方法包括：探测中子输出中子脉冲信号；根据脉冲信号得到计数通量值、脉冲堆积概率和积分值；利用通过拟合得到的积分系数反解积分值得到积分通量值；根据计数通量值和堆积概率在计数通量值和积分通量值中选择最终通量值。本发明专利技术得到的两种通量值可无缝衔接，标定时不需额外的探测器，也不需要构造额外的中子辐射环境，并且本发明专利技术可以大幅度降低长时间监测过程中因中子能谱变化、温度改变、基线漂移等因素而导致的误差。

【技术实现步骤摘要】
用于宽动态范围中子通量监测的动态标定系统及方法
本专利技术涉及核探测领域，尤其是一种用于宽动态范围中子通量监测的线性拟合动态标定系统及方法。
技术介绍
在中子通量监测过程中常通过联合使用计数模式和积分模式来提高测量的动态范围。所谓计数模式，是指通过对探测器输出脉冲进行计数来完成中子通量的监测，一般用于中子通量较低的情况；当中子通量较高时，探测器输出脉冲会发生较为严重的堆积，计数模式将无法得到正确的通量值，而根据Campbell定理，探测器输出信号的积分值I(该积分值既包括信号的平均值也包括其均方值)是正比于入射粒子通量N的，当然，在实际情况下，因宇宙射线、本底噪声等影响，I和N并非严格正比，而是存在一个线性关系，设为I＝a·N+b，因此通过测量堆积后脉冲信号的积分值I即可反解出入射中子的通量N，这种工作模式即为积分模式。对于工作在积分模式下中子通量监测系统，得到a、b这两个积分系数的过程一般称之为对该系统的标定。传统的标定方法是将一个标准探测器和待标定系统放置在同一个中子辐射环境中进行测量，通过标准探测器测得的中子通量和待标定系统测得的积分值来计算所需的积分系数。这种方法通常仅在系统使用前执行一次，属于静态标定，其存在以下不足：首先，由于不同中子辐射环境下中子能谱不同，探测器输出中子脉冲的形状、面积分布也不同，此时，即便入射中子通量相同所得的积分值也会存在较大的差异，故传统的静态标定方法要求标定时的中子辐射环境和实际待测辐射环境非常相近，这在很多应用场合都是一个较大的限制；其次，中子通量监测过程中中子能谱的变化、温度的改变、基线的漂移等等因素都可能会造成积分值的异常变化，因此在长时间测量过程中，若始终采用同一个固定的积分系数也会引入测量误差。
技术实现思路
为了解决传统标定方法对标定时中子辐射环境有着苛刻要求的问题以及传统标定方法无法在长时间测量过程中动态更新标定系数的不足，本专利技术提出一种用于宽动态范围中子通量监测的线性拟合动态标定系统及方法。根据本专利技术的一方面，提出一种用于宽动态范围中子通量监测的线性拟合动态标定系统，该系统包括：探测器，计数模块，积分模块，动态标定模块，积分值处理模块和模式选择模块，其中：所述探测器用于探测中子并输出中子脉冲信号；所述计数模块与所述探测器连接，用于根据所述中子脉冲信号得到并输出一组通量值，记为计数通量值，并对脉冲波形进行分析，统计脉冲发生堆积的概率；所述积分模块与所述探测器连接，用于对脉冲波形进行积分得到一组积分值；所述动态标定模块与所述计数模块和所述积分模块连接，用于根据所述计数通量值、堆积概率和积分值，不断的判断所述计数通量值和所述堆积概率是否满足一预定条件；若是，所述动态标定模块收集计数通量值和相应的积分值，并从中挑选出计数通量值相差较大的k个数值对进行缓存，并将利用这k个数值对进行线性拟合得到的积分系数提供给积分值处理模块，同时清空缓存以等待下一次的更新；所述积分值处理模块与所述动态标定模块连接，用于利用所得到的积分系数对积分值进行反解得到积分通量值；所述模式选择模块与所述计数模块和所述积分值处理模块连接，用于通过判断计数通量值和堆积概率的大小从而在计数通量值和积分通量值中选择一个作为最终的通量值输出根据本专利技术的另一方面，还提出一种用于宽动态范围中子通量监测的线性拟合动态标定方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，探测器探测中子并将输出的中子脉冲信号同时送给计数模块和积分模块；步骤2，计数模块根据所述中子脉冲信号输出一组通量值，记为计数通量值，同时所述计数模块还对所述中子脉冲信号波形进行分析，统计脉冲发生堆积的概率，并将得到的计数通量值和堆积概率发送给动态标定模块和模式选择模块；步骤3，积分模块通过对所述中子脉冲信号波形进行积分得到一组积分值，并将所述积分值发送给动态标定模块；步骤4，所述动态标定模块不断的判断所述计数通量值和所述堆积概率是否满足一预定条件，若是，所述动态标定模块收集计数通量值和相应的积分值，并从中挑选出计数通量值相差较大的k个数值对进行缓存，并将利用这k个数值对进行线性拟合得到的积分系数提供给积分值处理模块，同时清空缓存以等待下一次的更新；步骤5，所述积分值处理模块利用所得到的积分系数对相应的积分值进行反解得到积分通量值；步骤6，模式选择模块通过判断计数通量值和堆积概率的大小从而在计数通量值和积分通量值中选择一个作为最终的通量值输出。本专利技术由于采用系统自身计数模式所得到的结果来进行积分模式的标定，因此两种模式所得的通量值可无缝衔接，且标定时不再需要额外的标准探测器；在很多场合，例如核聚变等离子体诊断领域，待测中子通量是逐渐升高的，即系统开始时通常工作在计数模式，其在进入积分模式之前必然会经过一次所述的重合区域，这就足以支持系统完成一次标定，因此，就不再需要构造额外的中子辐射环境来进行系统标定；在监测过程中，每当中子通量发生变化且变化范围覆盖了所述重合区域时，系统都将自动进行一次标定，这种动态标定的方式可以大幅度降低长时间监测过程中因中子能谱变化、温度改变、基线漂移等因素而导致的误差。附图说明图1是本专利技术线性拟合动态标定系统的原理框图；图2是本专利技术线性拟合动态标定方法流程图；图3是根据本专利技术一实施例的动态标定过程示意图；图4是ITER国际合作项目中的中子通量监测系统实物图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。在中子通量监测过程中，计数模式和积分模式所适用的中子通量范围一般存在着一定的重合区域。在本专利技术的一实施例ITER中子通量监测(NFM，NeutronFluxMonitor)系统中，计数模式适用的通量范围为0-107cps，积分模式适用的通量范围为105cps以上，两者存在两个数量级的重合区域。而计数模式下，只要脉冲堆积概率(即单位时间内发生堆积的脉冲个数与总脉冲个数的比值)低于一定阈值(如10％)，系统所得的计数率就可以在一定误差范围内准确的表征探测器得到的中子通量，因此，在两种模式的重合区域，利用计数模式得到的通量值和积分模式得到的积分值即可进行积分模式下的系统标定。基于这一原理，根据本专利技术的一方面，提出一种用于宽动态范围中子通量监测的线性拟合动态标定系统，如图1所示，所述标定系统包括：探测器，计数模块，积分模块，动态标定模块和模式选择模块，其中：所述探测器用于探测中子并输出中子脉冲信号；所述计数模块与所述探测器连接，用于根据所述中子脉冲信号通过脉冲计数的方式得到并输出一组通量值，记为计数通量值，并对脉冲波形进行分析，统计脉冲发生堆积的概率；所述积分模块与所述探测器连接，用于对脉冲波形进行积分得到一组积分值；所述动态标定模块与所述计数模块和所述积分模块连接，用于根据所述计数通量值、堆积概率和积分值，不断的判断所述计数通量值和所述堆积概率是否同时满足下述两个条件：①、所述计数通量值处于计数模式适用的通量范围与积分模式适用的通量范围的重合区域内；②、所述堆积概率低于所设置的阈值以保证计数通量值能够准确表征入射中子通量；每当这两个条件都满足时(亦即当前中子通量处于所述的重合区域内)，所述动态标定模块收集计数通量值和相应的积分值，并从中挑选出计数通量值相差较大的k个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于宽动态范围中子通量监测的线性拟合动态标定系统，其特征在于，该系统包括：探测器，计数模块，积分模块，动态标定模块，积分值处理模块和模式选择模块，其中： 所述探测器用于探测中子并输出中子脉冲信号； 所述计数模块与所述探测器连接，用于根据所述中子脉冲信号得到并输出一组通量值，记为计数通量值，并对脉冲波形进行分析，统计脉冲发生堆积的概率； 所述积分模块与所述探测器连接，用于对脉冲波形进行积分得到一组积分值； 所述动态标定模块与所述计数模块和所述积分模块连接，用于根据所述计数通量值、堆积概率和积分值，不断的判断所述计数通量值和所述堆积概率是否满足一预定条件；若是，所述动态标定模块收集计数通量值和相应的积分值，并从中挑选出计数通量值相差较大的k个数值对进行缓存，并将利用这k个数值对进行线性拟合得到的积分系数提供给积分值处理模块，同时清空缓存以等待下一次的更新； 所述积分值处理模块与所述动态标定模块连接，用于利用所得到的积分系数对积分值进行反解得到积分通量值； 所述模式选择模块与所述计数模块和所述积分值处理模块连接，用于通过判断计数通量值和堆积概率的大小从而在计数通量值和积分通量值中选择一个作为最终的通量值输出。...

【技术特征摘要】
1.一种用于宽动态范围中子通量监测的线性拟合动态标定系统，其特征在于，该系统包括：探测器，计数模块，积分模块，动态标定模块，积分值处理模块和模式选择模块，其中：所述探测器用于探测中子并输出中子脉冲信号；所述计数模块与所述探测器连接，用于根据所述中子脉冲信号得到并输出一组通量值，记为计数通量值，并对脉冲波形进行分析，统计脉冲发生堆积的概率；所述积分模块与所述探测器连接，用于对脉冲波形进行积分得到一组积分值；所述动态标定模块与所述计数模块和所述积分模块连接，用于根据所述计数通量值、堆积概率和积分值，不断的判断所述计数通量值和所述堆积概率是否满足一预定条件；若是，所述动态标定模块收集计数通量值和相应的积分值，并从中挑选出计数通量值相差较大的k个数值对进行缓存，当所述计数通量值和所述堆积概率从满足所述预定条件变成不满足时，所述动态标定模块利用这k个数值对进行线性拟合，并将得到的积分系数提供给积分值处理模块，同时清空缓存以等待下一次的更新；所述积分值处理模块与所述动态标定模块连接，用于利用所得到的积分系数对积分值进行反解得到积分通量值；所述模式选择模块与所述计数模块和所述积分值处理模块连接，用于通过判断计数通量值和堆积概率的大小从而在计数通量值和积分通量值中选择一个作为最终的通量值输出。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计数模块通过脉冲计数的方式根据所述中子脉冲信号得到所述计数通量值。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预定条件为：①所述计数通量值处于计数模式适用的通量范围与积分模式适用的通量范围的重合区域内；以及②堆积概率低于所设置的阈值以保证计数通量值能够准确表征入射中子通量。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，如果堆积概率较大或者计数通量值超过阈值，则所述模式选择模块选择积分通量...

【专利技术属性】
技术研发人员：阴泽杰，李世平，徐修峰，杨青巍，杨进蔚，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34