一种半导体探测器信号的分析方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种半导体探测器信号的分析方法和系统，属于核辐射探测技术领域，针对现有技术中存在的处理后的输出信号存在上下震荡，物理意义存在缺陷的问题，本发明专利技术的技术方案包括：获取半导体探测器的电荷信号，将所述电荷信号经过前置放大器，生成前置放大器信号，并得到前置放大器信号的数字表达式；将所述前置放大器信号经过C

A signal analysis method and system of semiconductor detector

【技术实现步骤摘要】
一种半导体探测器信号的分析方法和系统


[0001]本专利技术属于核辐射探测
，具体涉及一种半导体探测器信号的分析方法和系统。

技术介绍

[0002]在核物理和粒子物理领域中，需要用电子学方法收集核辐射粒子通过探测器产生的电信号，然后对其进行处理和分析。由于探测器输出信号一般都比较小，通常在探测器与放大器之间加一预放大器，也就是前置放大器。由于输出的幅度反映了输入电荷的大小，且与输入电容无关，故称之为电荷灵敏前置放大器。
[0003]现有技术中，将半导体检测器输出的电荷信号近似为阶跃信号或者负指数增长的信号，然后基于数字变换构建前置放大器的系统函数表达式，最后根据构建好的放大器对实际探测器信号进行处理。
[0004]现有技术存在的问题：
[0005]通过现有技术处理实际探测器信号，处理后的信号存在上下震荡，物理意义存在缺陷。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的处理后的输出信号存在上下震荡，物理意义存在缺陷的问题，本专利技术提出了一种半导体探测器信号的分析方法和系统，其目的为：得到稳定的核信号冲激成型结果。
[0007]为实现上述目的本专利技术所采用的技术方案是：提供一种半导体探测器信号的分析方法，包括：
[0008]S1：获取半导体探测器的电荷信号，将所述电荷信号经过前置放大器，生成前置放大器信号，并得到前置放大器信号的数字表达式；
[0009]S2：将所述前置放大器信号经过C
‑
R系统，得到输出信号和输出信号的数字表达式；
[0010]S3:构建三级级联变换系统，设输入信号为z[n]，第一级输出信号为y[n]，第二级输出信号为x[n]，第三级输出信号为p[n]，得出三级级联变换系统的信号变换表达式；
[0011]S4：基于系统级联的特性，将S2中得到的输出信号经过三级级联变换系统进行逐级反卷积，得到各级级联系统具体的数字表达式。
[0012]较优的，本专利技术S1中：
[0013]所述电荷信号如公式(1)所示：
[0014][0015]其中，A表示脉冲幅度，t表示时间，τ2和3表示时间衰减常数，τ2＞τ3；
[0016]所述前置放大器的卷积描述如公式(2)所述：
[0017]y2(t)＝y1(t)*ε(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0018]其中，y2(t)为y1(t)的积分；
[0019]将所述电荷信号经过所述前置放大器得到所述前置放大器信号如公式(3)所示：
[0020][0021]其中，A表示脉冲幅度，t表示时间，τ2和3表示时间衰减常数，τ2＞τ3。
[0022]较优的，本专利技术S2中，所述C
‑
R系统包括C
‑
R微分电路，对所述C
‑
R微分电路进行分析，得到CR系统的传递函数如公式(4)所示：
[0023][0024]其中，C为C
‑
R微分电路中的电容值、R为C
‑
R微分电路中的电阻值；
[0025]整理可得公式(5)：
[0026][0027]将公式(5)进行拉普拉斯变换得到C
‑
R系统的响应函数的时间域表达式，如公式(6)所示：
[0028]H(t)＝δ(t)
‑
ae
‑
at ε(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0029]其中，a＝1/RC；
[0030]将所述前置放大器信号经过C
‑
R系统，得到的输出信号如公式(7)所示：
[0031][0032]其中，A表示脉冲幅度，t表示时间，τ1＝1/a，τ2和3表示时间衰减常数，τ2＞τ3；
[0033]整理可得公式(8)：
[0034][0035][0036]较优的，本专利技术S3中，第一级为RC
‑1系统，第二级为CR
‑1系统，第三级为数字微分系统，则第一级输出信号y[n]、第二级输出信号x[n]和第三级输出信号p[n]分别如公式(9)、公式(10)和公式(11)所示：
[0037]y[n]＝RC
‑1(z[n],m)
ꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0038]x[n]＝CR
‑1(y[n],M)
ꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0039]p[n]＝DIF(x[n])
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0040]其中，根据RC
‑1算子的数字解推导得到公式(12)：
[0041]y[n]＝z[n]+m
·
(z[n]‑
z[n
‑
1])
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0042]其中，m＝(RC)/Δt；
[0043]根据CR
‑1算子的数字解推导得公式(13)：
[0044][0045]其中，
[0046]将公式(12)代入公式(13)得到公式(14)：
[0047][0048]对公式(14)两端同时进行数字积分，整理得到公式(15)：
[0049][0050]由于冲击信号是阶跃信号的一阶导p(n)＝x(n)
′
，所以推导得到公式(16)：
[0051][0052]较优的，本专利技术所述S4具体为：
[0053]将RC
‑1系统和CR
‑
1系统的组合定义为INV
‑
CR系统，基于系统级联的概念，将所述输出信号经过INV
‑
CR系统，生成如公式(3)所描述的INV
‑
CR系统信号，得到INV
‑
CR系统表达式如公式(17)所示：
[0054]X[n]＝k*∑Y[n]+Y[n]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0055]将INV
‑
CR系统得到的INV
‑
CR系统信号经过数字微分系统，得到如公式(1)所描述的数字微分系统信号，得到数字微分系统表达式如公式(18)所示；
[0056]X[n]＝Y[n]‑
Y[n
‑
1]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0057]将数字微分系统信号经过构建的三级级联变换系统，生成冲激信号，得到三级级联变换系统表达式如公式(19)所示：
[0058][0059]本专利技术还提出一种半导体探测器信号的分析系统，包括：
[0060]半导体探测器：用于获取电荷信号；
[0061]前置放大器：用于生成前置放大器信号，并得到前置放大器信号的数字表达式；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体探测器信号的分析方法，其特征在于，包括：S1：获取半导体探测器的电荷信号，将所述电荷信号经过前置放大器，生成前置放大器信号，并得到前置放大器信号的数字表达式；S2：将所述前置放大器信号经过C
‑
R系统，得到输出信号和输出信号的数字表达式；S3:构建三级级联变换系统，设输入信号为z[n]，第一级输出信号为y[n]，第二级输出信号为x[n]，第三级输出信号为p[n]，得出三级级联变换系统的信号变换表达式；S4：基于系统级联的特性，将S2中得到的输出信号经过三级级联变换系统进行逐级反卷积，得到各级级联系统具体的数字表达式。2.根据权利要求1所述的一种半导体探测器信号的分析方法，其特征在于，S1中：所述电荷信号如公式(1)所示：其中，A表示脉冲幅度，t表示时间，τ2和3表示时间衰减常数，τ2＞τ3；所述前置放大器的卷积描述如公式(2)所述：y2(t)＝y1(t)*ε(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，y2(t)为y1(t)的积分；将所述电荷信号经过所述前置放大器得到所述前置放大器信号如公式(3)所示：其中，A表示脉冲幅度，t表示时间，τ2和3表示时间衰减常数，τ2＞τ3。3.根据权利要求2所述的一种半导体探测器信号的分析方法，其特征在于，S2中，所述C
‑
R系统包括C
‑
R微分电路，对所述C
‑
R微分电路进行分析，得到CR系统的传递函数如公式(4)所示：其中，C为C
‑
R微分电路中的电容值、R为C
‑
R微分电路中的电阻值；整理可得公式(5)：将公式(5)进行拉普拉斯变换得到C
‑
R系统的响应函数的时间域表达式，如公式(6)所示：H(t)＝δ(t)
‑
ae
‑
at
ε(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，a＝1/RC；将所述前置放大器信号经过C
‑
R系统，得到的输出信号如公式(7)所示：其中，A表示脉冲幅度，t表示时间，τ1＝1/a，τ2和3表示时间衰减常数，τ2＞τ3；
整理可得公式(8)：4.根据权利要求3所述的一种半导体探测器信号的分析方法，其特征在于，S3中，第一级为RC
‑1系统，第二级为CR
‑1系统，第三级为数字微分系统，则第一级输出信号y[n]、第二级输出信号x[n]和第三级输出信号p[n]分别如公式(9)、公式(10)和公式(11)所示：y[n]＝RC
‑1(z[n],m)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)x[n]＝CR
‑1(y[n],M)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)p[n]＝DIF(x[n])
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)其中，根据RC
‑1算子的数字解推导得到公式(12)：y[n]＝z[n]+m
·
(z[n]
‑
z[n
‑
1])
ꢀꢀꢀꢀ
(12)其中，m＝(RC)/Δt；根据CR
‑1算子的数字解推导得公式(13)：其中，将公式(12)代入公式(13)得到公式(14)：对公式(14)两端同时进行数字积分，整理得到公式(15)：由于冲击信号是阶跃信号的一阶导p(n)＝x(n)
′
，所以推导得到公式(16)：5.根据权利要求4所述的一种半导体探测器信号的分析方法，其特征在于，所述S4具体为：将RC
‑1系统和CR
‑1系统的组合定义为INV
‑
CR系统，基于系统级联的概念，将所述输出信号经过INV
‑
CR系统，生成如公式(3)所描述的INV
‑
CR系统信号，得到INV
‑
CR系统表达式如公式(17)所示：X[n]＝k*∑Y[n]+Y[n]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)将INV
‑
CR系统得到的INV
‑
CR系统信号经过数字微分系统，生成如公式(1)所描述的数字微分系统信号，得到数字微分系统表达式如公式(18)所示；X[n]＝Y[n]
‑
Y[n
‑
1]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)将数字微分系统信号经过构建的三级级联变换系统，生成冲激信号，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建斌，
申请(专利权)人：四川新先达测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：