一种高精度智能仿核信号发生系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高精度智能仿核信号发生系统及其工作方法，所述仿核信号发生系统包括：处理单元、与该处理单元相连的能谱曲线图像数据采集单元，所述处理单元的输出端通过模拟能谱曲线数据输出单元与探测器相连；本发明专利技术的仿核信号发生系统通过对实际核能谱曲线图进行曲线识别并将能谱曲线数值化，从而得到能谱曲线各点的数值(即核能谱的能级和各能级的计数率)，再通过蒙特卡罗方法随机直接抽样这一组数值以得到关于各核能级的随机数，从而模拟核衰变过程的随机性，最终再对所述随机数进行统计处理得到模拟能谱曲线，通过反演对比模拟能谱曲线与实际能谱曲线以确定仿核信号发生系统的可靠性与精确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种核能领域，尤其涉及一种仿核信号发生系统及其工作方法。
技术介绍
核衰变过程在时间上是随机发生的，衰变过程释放射线(能量)也是随机的，但对其发生的时间间隔及能量值作统计分析，可得知核衰变过程有着以下特性：在发生核衰变的时间间隔上近似服从指数分布；核衰变过程对外释放的能量(即能谱)近似服从高斯分布。基于核衰变过程存在以上特性，传统方式的仿核信号发生系统是以服从不同分布的随机数来模拟核信号特征，即以服从指数分布随机数模拟核信号在时间间隔统计特性；以高斯分布随机数模拟核信号在幅度上的统计特性。但仅以服从高斯分布的随机数来模拟核信号在幅度上的统计特性是不确切的，模拟得到的高期分布曲线与实际能谱曲线存在着较大的误差，不能准确地反映核信号特性；与此同时，各核素的能谱统计特性不尽相同，因此对不同种类核素的幅度特性模拟则需要产生不同参数的高斯分布随机数与之匹配，这是不实际的，在际操作过程中难以实现。鉴于传统意义上的仿核信号发生系统存在的种种弊端，本文提出一种全新方法用以解决以上问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种仿核信号发生系统及其工作方法，以满足对核能谱线进行仿真的需要。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种仿核信号发生系统，包括：处理单元、与该处理单元相连的能谱曲线图像数据采集单元，所述处理单元的输出端通过模拟能谱曲线数据输出单元与探测器相连。所述处理单元包括：显示控制器、曲线数据处理模块和数据存储控制模块；所述能谱曲线图像数据采集单元包括：摄像头、存储模块、显示模块、谱线绘制模块，以及与摄像头相连的图像处理模块；所述图像处理模块通过显示控制器与显示模块相连，以通过显示模块显示摄像头拍摄的实际核能谱曲线图的图像，且将该图像通过谱线绘制模块采集能谱曲线上的数据点至曲线数据处理模块；所述曲线数据处理模块适于根据显示的实际能谱曲线图临摹该核能谱曲线的各关键点获得能谱曲线数据，并通过数据存储控制模块发送至存储模块以建立能谱曲线数据库。进一步，所述能谱曲线图像数据采集单元还包括：与存储模块相连的图像保存工具，且通过所述图像保存工具将由图像保存工具获得的实际核能各谱曲线图的图像进行保存；所述存储模块还与图像处理模块相连，即通过所述图像处理模块将由图像保存工具获得的实际核能各谱曲线图的图像经滤波、降噪预处理、曲线识别、曲线特征提取，以及进行插值处理以完善及修复缺失能谱曲线的各点数据，以建立能谱曲线数据库。进一步，所述处理单元还包括随机数发生子单元，所述随机数发生子单元与曲线数据处理模块相连，且所述随机数发生子单元包括：核信号时间统计特性模拟模块和核信号幅度统计特性模拟模块，其中所述核信号时间统计特性模拟模块适于通过服从指数分布的随机数实现核信号时间统计特性模拟，所述指数分布的随机数由(0，1]均匀分布的随机数通过反函数法变换得到，且(0，1]均匀分布随机数适于通过线性同余法求得；所述核信号幅度统计特性模拟模块适于通过对实际核能谱曲线识别并数字化得到各能级幅值及计数率，再通过蒙特卡罗方法直接抽样并输出所述随机数以模拟核衰变过程的随机性，再对所述随机数进行统计处理得到所述模拟能谱曲线。进一步，所述仿核信号发生系统还包括：背景噪声发生模块和多道分析采集单元；所述模拟能谱曲线数据输出单元的另一输入端还与背景噪声发生模块的输出端相连，且通过所述模拟能谱曲线数据输出单元中的信号叠加模块将模拟能谱曲线数据叠加噪声后发送至探测器；所述多道分析采集单元适于采集核脉冲的统计数据，并将统计数据发送至处理单元中的数据分析及谱线数据处理模块，该数据分析及谱线数据处理模块与随机数发生子单元相连；所述多道分析采集单元包括：与探测器相连的前置放大器，该前置放大器的输出端分别与采样及保持电路、能级检测电路的输入端相连；所述采样及保持电路的输出端通过ADC转换器、所述处理单元中的ADC数据及控制模块与数据分析及谱线数据处理模块相连，以获得真实的核信号的能谱图，实现对模拟能谱曲线数据进行标定和校准；所述能级检测电路的输出端与所述处理单元中的峰值检测及控制模块的输入端相连，所述峰值检测及控制模块的两路控制输出端分别与采样及保持电路的控制输入端和ADC数据及控制模块的控制输入端相连。进一步，所述仿核信号发生系统还包括：反馈电路单元，该反馈电路单元连接信号叠加模块的输出端，且将反馈数据经处理单元中的反馈及校准模块反演后传送至随机数发生子单元；和/或将反馈信号发送至前置放大器的输入端。又一方面，在上述仿核信号发生系统的基础上，本专利技术还提供了仿核信号发生系统的工作方法。所述仿核信号发生系统的工作方法包括如下步骤：步骤S1，通过获取实际核能谱曲线图；以及步骤S2，通过对实际核能谱曲线图进行处理以获得模拟能谱曲线。进一步，步骤S2中通过对实际核能谱曲线图进行处理以获得模拟能谱曲线的方法包括：步骤S21，对实际核能谱曲线图进行曲线识别并将能谱曲线数值化，以得到能谱曲线各点的数值；步骤S22，通过蒙特卡罗方法随机直接抽样这一组数值得到关于各核能级的随机数，以模拟核衰变过程的随机性；步骤S23，对所述随机数进行统计处理得到所述模拟能谱曲线；其中，所述步骤S21中对实际核能谱曲线图进行曲线识别并将能谱曲线数值化以得到能谱曲线各点的数值的方法包括：将各实际核能谱曲线图的图像经滤波去噪处理后再将实际能谱曲线图进行显示，并根据显示的实际能谱曲线图临摹该核能谱曲线的各关键点获得能谱曲线数据，以建立能谱曲线数据库；或将实际核能各谱曲线图的图像经滤波、降噪预处理、曲线识别、曲线特征提取，以及进行插值处理以完善及修复缺失能谱曲线的各点数据，以建立能谱曲线数据库。进一步，步骤S22中通过蒙特卡罗方法随机直接抽样这一组数值得到关于各核能级的随机数以模拟核衰变过程的随机性的方法包括：核信号时间统计特性模拟；以及核信号幅度统计特性模拟；所述核信号时间统计特性模拟的方法包括：通过服从指数分布的随机数实现核信号时间统计特性模拟，其中指数分布的随机数由(0，1]均匀分布的随机数通过反函数法变换得到，且(0，1]均匀分布随机数适于通过线性同余法求得；所述核信号幅度统计特性模拟的方法包括：通过对实际核能谱曲线识别并数字化得到各能级幅值及计数率，再通过蒙特卡罗方法直接抽样并输出所述随机数；其中对实际核能谱曲线的识别并数字化的过程包括：步骤S221，对实际能谱曲线图进行滤波、降噪；步骤S222，通过最大类间分割法求出阈值，并将能谱曲线图进行二值化处理，再由像素点扫描法提取出能谱曲线上各点的数值即坐标；步骤S223，对能谱曲线进行修补及数值化。所述通过蒙特卡罗方法直接抽样并输出所述随机数的方法，即通过蒙特卡罗方法直接抽样能谱曲线及曲线上的各点数值，以获得一系列随机数，从而以模拟核衰变过程的随机性；所述步骤S221中对实际能谱曲线图进行滤波的方法，即对实际能谱曲线图进行维纳滤波处理，以滤除能谱曲线图中的高斯噪声；所述步骤S223中对能谱曲线进行修补及数值化包括：通过三次样条插值法来填补在能谱曲线特征提取的过程中缺失的数据点，并通过坐标的比例扩伸以获得能谱曲线图上各点的数值。本专利技术的有益效果是，本专利技术的仿核信号发生系统及其工作方法通过对实际核能谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种仿核信号发生系统，其特征在于，包括：处理单元、与该处理单元相连的能谱曲线图像数据采集单元，所述处理单元的输出端通过模拟能谱曲线数据输出单元与探测器相连。

【技术特征摘要】
1.一种仿核信号发生系统，其特征在于，包括：处理单元、与该处理单元相连的能谱曲线图像数据采集单元，所述处理单元的输出端通过模拟能谱曲线数据输出单元与探测器相连。2.根据权利要求1所述的仿核信号发生系统，其特征在于，所述处理单元包括：显示控制器、曲线数据处理模块和数据存储控制模块；所述能谱曲线图像数据采集单元包括：摄像头、存储模块、显示模块、谱线绘制模块，以及与摄像头相连的图像处理模块；所述图像处理模块通过显示控制器与显示模块相连，以通过显示模块显示摄像头拍摄的实际核能谱曲线图的图像，且将该图像通过谱线绘制模块采集能谱曲线上的数据点至曲线数据处理模块；所述曲线数据处理模块适于根据显示的实际能谱曲线图临摹该核能谱曲线的各关键点获得能谱曲线数据，并通过数据存储控制模块发送至存储模块以建立能谱曲线数据库。3.根据权利要求2所述的仿核信号发生系统，其特征在于，所述能谱曲线图像数据采集单元还包括：与存储模块相连的图像保存工具，且通过所述图像保存工具将由图像保存工具获得的实际核能各谱曲线图的图像进行保存；所述存储模块还与图像处理模块相连，即通过所述图像处理模块将由图像保存工具获得的实际核能各谱曲线图的图像经滤波、降噪预处理、曲线识别、曲线特征提取，以及进行插值处理以完善及修复缺失能谱曲线的各点数据，以建立能谱曲线数据库。4.根据权利要求3所述的仿核信号发生系统，其特征在于，所述处理单元还包括随机数发生子单元，所述随机数发生子单元与曲线数据处理模块相连，且所述随机数发生子单元包括：核信号时间统计特性模拟模块和核信号幅度统
\t计特性模拟模块，其中所述核信号时间统计特性模拟模块适于通过服从指数分布的随机数实现核信号时间统计特性模拟，所述指数分布的随机数由(0，1]均匀分布的随机数通过反函数法变换得到，且(0，1]均匀分布随机数适于通过线性同余法求得；所述核信号幅度统计特性模拟模块适于通过对实际核能谱曲线识别并数字化得到各能级幅值及计数率，再通过蒙特卡罗方法直接抽样并输出所述随机数以模拟核衰变过程的随机性，再对所述随机数进行统计处理得到所述模拟能谱曲线。5.根据权利要求4所述的仿核信号发生系统，其特征在于，所述仿核信号发生系统还包括：背景噪声发生模块和多道分析采集单元；所述模拟能谱曲线数据输出单元的另一输入端还与背景噪声发生模块的输出端相连，且通过所述模拟能谱曲线数据输出单元中的信号叠加模块将模拟能谱曲线数据叠加噪声后发送至探测器；所述多道分析采集单元适于采集核脉冲的统计数据，并将统计数据发送至处理单元中的数据分析及谱线数据处理模块，该数据分析及谱线数据处理模块与随机数发生子单元相连；所述多道分析采集单元包括：与探测器相连的前置放大器，该前置放大器的输出端分别与采样及保持电路、能级检测电路的输入端相连；所述采样及保持电路的输出端通过ADC转换器、所述处理单元中的ADC数据及控制模块与数据分析及谱线数据处理模块相连，以获得真实的核信号的能谱图，实现对模拟能谱曲线数据进行标定和校准；所述能级检测电路的输出端与所述处理单元中的峰值检测及控制模块的输入端相连，所述峰值检测及控制模块的...

【专利技术属性】
技术研发人员：易良碧，余国刚，王礼，涂小芳，
申请(专利权)人：易良碧，
类型：发明
国别省市：江苏;32