基于一种碲锌镉探测器伽马能谱全能峰函数的解析方法技术

本发明专利技术公开了一种能准确拟合碲锌镉探测伽马能谱全能峰的函数模型以及快速准确找到参数初值的，从而准确高效的实现碲锌镉探测伽马能谱的解析的基于一种碲锌镉探测器伽马能谱全能峰函数的解析方法。该基于一种碲锌镉探测器伽马能谱全能峰函数的解析方法以指数函数作为可变标准差去替代纯高斯函数中的常数标准差以及寻峰拟合法计算函数初值，利用非线性最小二乘拟合法得到函数的参数值，从而计算出全能峰的净峰面积，实现碲锌镉探测器伽马能谱的解析。采用该基于一种碲锌镉探测器伽马能谱全能峰函数的解析方法能够增加碲锌镉探测器伽马能谱的解析精度，提高能谱解析的拟合速度和精度。度和精度。度和精度。

【技术实现步骤摘要】
基于一种碲锌镉探测器伽马能谱全能峰函数的解析方法


[0001]本专利技术涉及涉及伽马能谱解析领域，具体涉及基于一种碲锌镉探测器伽马能谱全能峰函数的解析方法。

技术介绍

[0002]众所周知的：γ射线的探测原理主要是射线与物质之间的相互作用，能谱的测量是通过记录射线在探测器中沉积的能量来实现的，对探测器所测得的能谱进行分析，便可以知道入射γ粒子的种类及其放射性活度。
[0003]近年来，碲锌镉探测器因其能量分辨率高且体积小易于携带的特点被广泛使用，然而，由于其体积小，电荷不能完全被探测器收集，导致其在低能端出现了严重的拖尾，使得全能峰不再呈对称分布，该问题的存在大大地增加了能谱解析困难，尤其是对复杂能谱的解析。在能谱分析领域，最常用的解谱方法是利用最小二乘法对实际测得的能谱进行函数拟合，得到一条近似于实验谱的峰形曲线，以便于后续谱数据的处理，因此，用于拟合谱峰的函数模型至关重要，由于碲锌镉探测器伽马能谱峰形不对称的特点，仍用传统的高斯函数作为近似其峰形的分析函数显然是不准确的，因此，寻求一种能完美拟合不对称峰形的函数模型对于碲锌镉探测器伽马能谱的解析尤为重要。此外，由于函数的拟合效果与参数初值有很大的关系，不正确的初值可能会导致拟合发生严重的错误，传统的参数初值通常使用经验值，这通常会使得拟合结果不准确，尽管也有研究者提出用遗传算法找初值的方法，但该方法比较繁琐且耗时。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能准确拟合碲锌镉探测伽马能谱全能峰的函数模型以及快速准确找到参数初值的，从而准确高效的实现碲锌镉探测伽马能谱的解析的碲锌镉探测器伽马能谱全能峰函数模型的解析方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于一种碲锌镉探测器伽马能谱全能峰函数的解析方法，包括以下步骤：
[0006]S1、通过锑锌镉探测器获得γ能谱；采用平均移动法对γ能谱数据进行平滑，以x0＝i为待光滑点坐标，左右各取m个点，共有2m+1个点，用这2m+1个点的算术平均作为这个点的更正值，得到平滑之后的谱数据：
[0007][0008]S2、对步骤S1得到的谱数据扣除能谱本底；得到净计数谱数据n(i)；
[0009]S3、将步骤S2得到的净计数谱数据n(i)经过简单比较法确定峰位；
[0010]S4、对步骤S3得到的扣除本底后的能谱的全能峰进行曲线拟合，包括以下过程：
[0011]采用ERSD响应函数：
[0012][0013]其中，H表示峰高，峰位u是位置参数，σ
x
是高斯函数的可变标准差，具体表达如下：
[0014]σ
x
＝w[b+exp(
‑
a(x
‑
u)][0015]其中，a为自变量(x
‑
u)的系数；w为整个自然指数函数的系数，当a<0时，峰形呈前端拖尾，当a>0时，峰形为后端拖尾，整个峰形的变化主要聚集在a∈(
‑
1,1)区间内，当a在这个区间外时，对峰形的影响非常小；w值影响着峰形宽度，对于能量相近的峰，w值越接近于0，峰宽越宽，w值在0的两端对峰形的影响是一致的，且w值不能为0；
[0016]b是拖尾修正系数，该系数根据具体的峰形来考虑是否添加，当峰形的不对称度很低时，该项是无需添加的；
[0017]然后利用非线性最小二乘拟合法对峰形进行拟合；
[0018]S5、通过步骤4得到的响应函数的各个关键参数值，从而计算出全能峰的净峰面积，实现能谱的定量分析。
[0019]具体的，在步骤S2中采用改进辛普森SNIP算法扣除能谱本底；包括以下步骤：
[0020]首先需要对谱数据用LLS算子对每道计数值进行变换
[0021]然后对Y(i)进行迭代，迭代公式为：
[0022][0023]其中，n表示第n次迭代，它的值从1开始，每次迭代后加1，直到它的值等于给定的m值，m代表峰宽参数；而后再通过逆LLS变换得到本底谱数据：
[0024][0025]最后再用步骤1得到的谱数据减去逆LLS变换得到的本底谱数据得到扣除本底后的净计数谱
[0026]具体的，在步骤S3中通过简单比较法确定峰位包括以下步骤：
[0027]以x0＝i为待寻峰点坐标，左右各取m个点，
[0028]当满足条件：时，确定峰的存在，其中，k值通常取1～1.5；
[0029]通过在n
i
‑
m
和n
i+m
中找最大值，对应的道址即为所寻到的峰位；
[0030]对于单峰，直接通过寻峰的结果进行能量刻度得到峰位对应的能量，实现核素的定性分析；
[0031]对于复杂重峰，利用非线性最小二乘拟合法解卷积，得到峰位参数u，再通过能量刻度实现核素的定性分析；
[0032]采用上述简单比较法确定全能峰的边界，当能谱中某点满足条件和时，可求得全能峰左右边界i
‑
l和i+r。
[0033]具体的，所述非线性最小二乘拟合法通过最小化目标函数与实验数据之间差异以达到最佳拟合状态，其表达式为：
nonlinear iterative peak
‑
clipping)算法扣除能谱本底，首先需要对谱数据用LLS算子对每道计数值进行变换
[0052]然后对Y(i)进行迭代，迭代公式为：
[0053][0054]其中，n表示第n次迭代，它的值从1开始，每次迭代后加1，直到它的值等于给定的m值，m代表峰宽参数；而后再通过逆LLS(Square root and Ln operator twice)变换得到本底谱数据最后再用步骤1得到的谱数据减去逆LLS变换得到的本底谱数据得到扣除本底后的净计数谱
[0055]S3、将步骤2得到的净计数谱数据n(i)经过简单比较法确定峰位；以x0＝i为待寻峰点坐标，左右各取m个点，当满足条件：时，可以认为有峰的存在，其中，k值通常取1～1.5，m值越大，寻峰灵敏度越低，导致一些弱峰可能被忽略掉。通过在n
i
‑
m
和n
i+m
中找最大值，对应的道址即为所寻到的峰位；再利用能量刻度得到峰位对应的能量，从而实现核素的定性分析。
[0056]对于单峰，直接通过寻峰的结果进行能量刻度得到峰位对应的能量，实现核素的定性分析；
[0057]对于复杂重峰，利用非线性最小二乘拟合法解卷积，得到峰位参数u，再通过能量刻度实现核素的定性分析；
[0058]该方法同时被用来确定全能峰的边界，当能谱中某点满足条件和时，可求得全能峰左右边界i
‑
l和i+r；
[0059]S4、对由步骤3扣除本底后的能谱的全能峰进行曲线拟合，包括以下过程：
[0060]对于一般的γ谱而言，扣除本底之后，其全能峰响应函数通常为高斯函数，然而由于碲锌镉探测器体积较小，电荷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于一种碲锌镉探测器伽马能谱全能峰函数的解析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过锑锌镉探测器获得γ能谱；采用平均移动法对γ能谱数据进行平滑，以x0＝i为待光滑点坐标，左右各取m个点，共有2m+1个点，用这2m+1个点的算术平均作为这个点的更正值，得到平滑之后的谱数据：S2、对步骤S1得到的谱数据扣除能谱本底；得到净计数谱数据n(i)；S3、将步骤S2得到的净计数谱数据n(i)经过简单比较法确定峰位；S4、对步骤S3得到的扣除本底后的能谱的全能峰进行曲线拟合，包括以下过程：采用ERSD响应函数：其中，H表示峰高，峰位u是位置参数，σ
x
是高斯函数的可变标准差，具体表达如下：σ
x
＝w[b+exp(
‑
a(x
‑
u)]其中，a为自变量(x
‑
u)的系数；w为整个自然指数函数的系数，当a<0时，峰形呈前端拖尾，当a>0时，峰形为后端拖尾，整个峰形的变化主要聚集在a∈(
‑
1,1)区间内，当a在这个区间外时，对峰形的影响非常小；w值影响着峰形宽度，对于能量相近的峰，w值越接近于0，峰宽越宽，w值在0的两端对峰形的影响是一致的，且w值不能为0；b是拖尾修正系数，该系数根据具体的峰形来考虑是否添加，当峰形的不对称度很低时，该项是无需添加的；然后利用非线性最小二乘拟合法对峰形进行拟合；S5、通过步骤4得到的响应函数的各个关键参数值，从而计算出全能峰的净峰面积，实现能谱的定量分析。2.如权利要求1所述的基于一种碲锌镉探测器伽马能谱全能峰函数的解析方法，其特征在于：在步骤S2中采用改进辛普森SNIP算法扣除能谱本底；包括以下步骤：首先需要对谱数据用LLS算子对每道计数值进行变换然后对Y(i)进行迭代，...

【专利技术属性】
技术研发人员：石睿，李珍，庹先国，杨剑波，郑洪龙，杨广，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：