一种用于twinTPC的在线事例重构方法技术

本发明专利技术涉及一种用于twin TPC的在线事例重构方法，包括：获取twin TPC探测器的通道级原始数据，对所述通道级原始数据进行脉冲筛选，提取脉冲时间信息和脉冲能量信息；对完成脉冲筛选的通道级有效数据再进行探测器级数据汇总；基于所述脉冲时间信息对汇总后的数据进行事例对齐，完成多重性事例筛选和重构，得到重建后的粒子信息并进行存储。本申请方案，不但解决了高计数率下粒子时序错乱问题，还能大幅减少数据量、降低数据传输和存储的压力，使读出系统具有高计数率，低数据量的特点。低数据量的特点。低数据量的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于twin TPC的在线事例重构方法


[0001]本专利技术涉及强流高计数率粒子探测
，特别是关于一种用于twin TPC的在线事例重构方法。

技术介绍

[0002]放射性核束是物理学研究的前沿领域，随着超导重离子加速器技术的不断进步，通过建造加速器大科学装置可以获取更高流强、更高能量的放射性核束。例如，中国强流重离子加速器装置HIAF(High Intensity Heavy
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ion Accelerator Facility)是一台束流指标领先、多学科用途的重离子科学研究装置。高能放射性次级束分离线HFRS(High Energy Fragment Separator)利用HIAF提供强流高能重离子束，在主束流为铀(U)束时，轰击初级固定靶后可以得到高达10MHz的放射性核束，可显著提升中重核区域的实验能力。
[0003]由于HFRS高能和强流特性，需要能够在超高计数率下(如10MHz)对核素，尤其是中重核素，进行高可靠的鉴别和物理事例逐事件的快速响应和正确处理，并满足大的动态范围需求(Z＝1～92)，这对辐射粒子探测和读出电子学技术带来了极大技术挑战。时间投影室(TPC)由于具有高计数率、高位置分辨、好的时间分辨、抗辐照和大灵敏面积等特点，因此被用于加速器装置中的位置灵敏探测器。传统的方式是采用单个TPC作为位置探测器，但随着入射粒子计数率持续增加，会造成不同粒子间的读出信号存在非常大的“先来后到”的几率，造成时序间的错乱。“先来后到”的时序错乱会导致单个TPC无法胜任较高计数率下的应用场合。作为应对，将探测器构型完全相同且距离很近的两个TPC相互颠倒放置组成1组twin TPC，该方法可以有效解决高计数率下粒子“先来后到”的时序错乱问题。当同一束流粒子在经过twin TPC时，电离产生的电子最终会在阳极读出条产生感应信号，这些信号携带能量信息和击中时间信息。感应信号经电子学获取并处理后，得到入射粒子在两个TPC中的击中位置和电子漂移时间信息；同时在超高事例率环境下，需要采用无触发方式，而无触发电子学系统产生的数据量高达百Gbps，如此大的数据量会给数据获取系统带来巨大的压力。因此，本申请的专利技术人在研究中发现，如何实现高计数率下twin TPC事件的正确匹配，并压缩无触发带来的海量数据，是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本申请的目的是提供一种用于twin TPC的在线事例重构方法，通过处理电子学获取的原始数据，分别还原出入射粒子在两个TPC探测器中的击中位置和漂移时间的信息，并将其同时输入到击中匹配模块在线重构粒子在twin TPC探测器中的二维径迹，还原出入射粒子真实顺序，有效解决高计数率下(10MHz)粒子“先来后到”的时序错乱问题；同时在各电子学读出单元逐级压缩并剔除无效数据，只将重建后的粒子信息进行存盘，可大幅降低高计数率带来的海量数据传输和存储的压力，使系统具有高计数率，低数据量的特点。
[0005]为实现上述目的，本申请采取以下技术方案：
[0006]第一方面，本申请提供一种用于twin TPC的在线事例重构方法，所述方法，包括：
[0007]获取twin TPC探测器的通道级原始数据，对所述通道级原始数据进行脉冲筛选，提取脉冲时间信息和脉冲能量信息；
[0008]对完成脉冲筛选的通道级有效数据再进行探测器级数据汇总；
[0009]基于所述脉冲时间信息对汇总后的数据进行事例对齐，完成多重性事例筛选和重构，得到重建后的粒子信息并进行存储。
[0010]在本申请的一种实现方式中，对所述通道级原始数据进行脉冲筛选，包括：
[0011]对每一通道的原始数据进行自适应去基线处理；
[0012]所述自适应去基线处理，包括：
[0013]对每一所述通道，根据预设数目的采样点，单独计算基线和噪声；
[0014]根据计算的所述基线和噪声，设定阈值；
[0015]根据采样点与阈值的相对大小关系，对采样点的值进行修正，具体为：若采样点的值大于阈值，则用采样点的值减去阈值，否则将采样点的值替换为零。
[0016]在本申请的一种实现方式中，对所述通道级原始数据进行脉冲筛选，还包括对自适应去基线处理后的数据进行排零压缩，剔除无效数据。
[0017]在本申请的一种实现方式中，所述提取脉冲时间信息，包括：将原始数据扇出为两路，将其中一路信号延迟预定时间，另一路信号反向并压缩，之后将两路信号的输出进行叠加，便可将恒比定时转化为过零定时，从而有效克服了时间游走效应。。
[0018]在本申请的一种实现方式中，所述脉冲能量信息的提取，可基于面积法或峰值法。
[0019]在本申请的一种实现方式中，基于所述脉冲时间信息对汇总后的数据进行事例对齐，完成多重性事例筛选，具体包括：
[0020]对所有通道的脉冲按照时间顺序和通道顺序进行排序，之后根据预设的时间间隔，进行粒子多重性的筛选；当相邻通道的信号时间间隔小于预设的时间间隔则认为其属于同一事例，并按照通道顺序进行合并。
[0021]在本申请的一种实现方式中，所述方法还包括基于重心法求解粒子在探测器上的击中位置。
[0022]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0023]本专利技术提供的技术方案，通过获取twin TPC探测器的通道级原始数据，对通道级原始数据进行脉冲筛选，并提取脉冲时间信息和脉冲能量信息，再对完成脉冲筛选的通道级有效数据进行探测器级数据汇总，然后基于脉冲时间信息对汇总后的数据进行事例对齐，完成多重性事例筛选和重构，得到重建后的粒子信息并进行存储，从而可有效解决高计数率应用背景下，twin TPC作为位置测量的读出电子学系统的事例重构问题，不仅实现两个TPC事件的精确匹配，还大幅压缩98％以上的数据量。且所有功能实现模块化设计，提高了代码复用性，也方便后续功能扩展，或者代码移植。
附图说明
[0024]图1为相关技术中的twin TPC的示意图；
[0025]图2为本申请实施例中的用于twin TPC的在线事例重构装置的功能模块框图；
[0026]图3为本申请实施例中的用于twin TPC的在线事例重构方法的工作流程示意图；
[0027]图4为本申请实施例中涉及的用于twin TPC的在线事例重构方法的工作流程各阶段的数据包格式示意图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]针对现有技术中的在HFRS的超高事例率环境下，电子学系统产生的数据量高的背景下，亟需解决twin TPC的事例重构的问题。本申请相应提供一种用于twin TPC的在线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于twin TPC的在线事例重构方法，其特征在于，所述方法，包括：获取twin TPC探测器的通道级原始数据，对所述通道级原始数据进行脉冲筛选，提取脉冲时间信息和脉冲能量信息；对完成脉冲筛选的通道级有效数据再进行探测器级数据汇总；基于所述脉冲时间信息对汇总后的数据进行事例对齐，完成多重性事例筛选和重构，得到重建后的粒子信息并进行存储。2.根据权利要求1所述的用于twin TPC的在线事例重构方法，其特征在于，对所述通道级原始数据进行脉冲筛选，包括：对每一通道的原始数据进行自适应去基线处理；所述自适应去基线处理，包括：对每一所述通道，根据预设数目的采样点，单独计算基线和噪声；根据计算的所述基线和噪声，设定阈值；根据采样点与阈值的相对大小关系，对采样点的值进行修正，具体为：若采样点的值大于阈值，则用采样点的值减去阈值，否则将采样点的值替换为零。3.根据权利要求2所述的用于twin TPC的在线事例重构方法，其特征在于，对所述通道级原始数据进行脉冲筛选，还包括对进行自适应去基线处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：千奕，田静，孙志朋，余玉洪，孙志宇，胡正国，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：