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        基于數(shù)字信號處理的γ儀器譜合成方法研究

        2011-09-18 05:55:06殷經(jīng)鵬宋衛(wèi)杰賴萬昌馮天成
        原子能科學(xué)技術(shù) 2011年12期
        關(guān)鍵詞:譜儀峰峰全能

        殷經(jīng)鵬,宋衛(wèi)杰,賴萬昌,馮天成

        (1.西北核技術(shù)研究所,陜西 西安 710024;2.成都理工大學(xué),四川 成都 610059)

        單個探測器通常由于工藝或價格等原因不能做得太大,使單個探測器的探測效率有限。將多個探測器組成一個陣列可有效提高整個譜儀系統(tǒng)的探測效率[1-3]。例如,在車載放射性測量、航空放射性測量和肺部計數(shù)器測量系統(tǒng)中,單個探測器的探測效率往往達(dá)不到所需的要求,一般將多個NaI(Tl)探測器或多個 HPGe探測器組成一個探測器陣列,即探測器組,可成倍提高探測器的有效體積,從而提高整個譜儀系統(tǒng)的探測效率,節(jié)省測量時間,提高工作效率。由于核輻射測量的相對性和隨機(jī)性,兩套γ譜儀在相同測量條件下,測量的儀器譜會有差異[4-6],其原因是:1)γ射線與探測器相互作用的過程具有隨機(jī)性;2)由于探測器和電子線路單元性能指標(biāo)的差異,造成每路γ譜儀測量的儀器譜存在差異[7-8]。

        在相同的測量條件下,由不同探測器測得的儀器譜主要差別[4-5,9-11]為:1)有效能量起始位置不同;2)相同能量的射線在不同儀器譜中產(chǎn)生全能峰對應(yīng)的道址不一致,相同的脈沖幅度經(jīng)前放及主放后,由于不同放大器的參數(shù)很難達(dá)到一致,造成相同能量的射線產(chǎn)生的脈沖波形及幅度有一定差異。以上差異使探測器陣列的儀器譜合成變得困難,因此,一般采用參數(shù)盡可能一致的探測器及其電子線路系統(tǒng)進(jìn)行基于硬件方法的儀器譜合成,或采用混合放大器進(jìn)行多路探測器 信號匹配合成[1-2,11],但實現(xiàn)較為困難,不同譜儀的下閾值和主放大器的參數(shù)很難調(diào)節(jié)一致,同時,在高計數(shù)率情況下采用混合放大器時,造成儀器的死時間變大,不利于測量[11]。

        本文提出一種將多個探測器獨立測得的、有較大差異的儀器譜通過數(shù)字信號處理的方法使其在能量坐標(biāo)上重合,實現(xiàn)儀器譜的合成。

        1 基于數(shù)字信號處理的儀器譜合成法

        將探測器組成一陣列,每個探測器擁有獨立的前放、主放及多道脈沖幅度分析器,測量時每路探 測 器 獨 立 獲 取 儀 器 譜[3,10-11],將 其 通 過數(shù)字信號處理算法進(jìn)行儀器譜合成,得到合成譜,其基本原理如圖1所示。

        圖1 陣列γ譜儀系統(tǒng)及儀器譜合成原理Fig.1 Principle of arrayγray spectrum analyzer system and instrument spectrum synthesis

        1.1 譜合成的數(shù)學(xué)模型

        對給定隨時間變化的離散信號x[n],改變其抽樣率:一是L倍增抽樣,即把數(shù)字信號的抽樣率增加L倍,如原抽樣率為fs1,則L倍增抽樣后的抽樣率為fs2=Lfs1,增抽樣變換原理如圖2所示;二是M倍減抽樣,即離散時間變量n變?yōu)镸n,且限定M為正整數(shù),即把數(shù)字信號的抽樣率減少M倍,為增抽樣的逆過程[10-12]。

        對于離散信號x[n],若希望將抽樣率轉(zhuǎn)變L/M倍,由于抽取使x[n]的數(shù)據(jù)點減少,會產(chǎn)生信息的丟失,故先作L倍的增抽樣,再作M倍的抽取,過程如圖3所示。

        假設(shè)原抽樣率和抽樣間隔為fs1和T1,抽樣率轉(zhuǎn)換后的抽樣間隔為fs2和T2,抽樣率的比值為fs1/fs2=T1/T2=L/M稱為有理比L/M倍抽樣率轉(zhuǎn)換,可用L倍增抽樣級聯(lián)M倍減抽樣實現(xiàn)。即先對離散序列x[n]進(jìn)行L倍增抽樣得到序列z[n],然后再經(jīng)過M倍減抽樣,實現(xiàn)x[n]的有理比L/M倍抽樣率轉(zhuǎn)換[10-12]。

        圖3中內(nèi)插濾波器的單位激沖響應(yīng)hL(n)和抽取濾波器的帶限低通濾波器hd(n)均在Lfs1工作的級聯(lián)系統(tǒng)中,因此,可將它們等效為一組合濾波器h(n),其離散時間傅里葉變換分別為L(Ω)、d(Ω)和(Ω)。

        可得到主值期間(-π,π]內(nèi)的頻率響應(yīng)為:

        此組合低通濾波器理論上應(yīng)具有理想低通特性,其低通截止頻率等于內(nèi)插濾波器和抽取濾波器低通截止頻率的最小值。

        一般抽樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸入輸出頻率的關(guān)系為:

        圖2 信號增抽樣及頻譜的變換Fig.2 Signal increase sampling and frequency spectrum transform

        圖3 插值(a)和抽?。╞)的級聯(lián)實現(xiàn)Fig.3 Cascade realization of interpolation(a)and extraction(b)

        有理比抽樣率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系為:

        需注意的是,欲使有理比抽樣率轉(zhuǎn)換時不產(chǎn)生混疊,L倍內(nèi)插必須先于M倍抽取。否則可能產(chǎn)生混疊。

        1.2 儀器譜合成原理

        利用數(shù)字信號處理的方法對γ射線儀器譜按能量特征進(jìn)行一致化變換,變換后的數(shù)據(jù)相加得到合成譜數(shù)據(jù)。儀器譜數(shù)據(jù)可看作是在能量軸上的離散能量信號,每一離散能量對應(yīng)的數(shù)據(jù)是離散能量間距內(nèi)的脈沖計數(shù),由此建立數(shù)字信號與譜數(shù)據(jù)間的關(guān)系模型[10]。

        由不同的譜儀測得的儀器譜差異為:能量起始位置不同;相同能量的全能峰對應(yīng)道址不一致。采用抽樣率轉(zhuǎn)換,使差異較大的儀器譜按能量特征進(jìn)行平移、尺度變換,使之在相同的道址上有相同的能量,最后將相同能量道的計數(shù)相加得到合成儀器譜。以NaI(Tl)γ譜儀測得的天然γ射線儀器譜為例,其合成的步驟如下。

        1)根據(jù)所關(guān)注的能量段,選用相近能量的標(biāo)準(zhǔn)源或天然核素的全能峰,對每條儀器譜進(jìn)行能量刻度。以天然鉀峰和釷峰為例,尋找第m個儀器譜鉀峰峰位和釷峰峰位。其中鉀峰峰位對應(yīng)的能量為1 461keV,釷峰峰位對應(yīng)的能量為2 615keV,進(jìn)行能量刻度,得到儀器譜的能量刻度系數(shù)。

        設(shè)m條晶體測得儀器譜的能量刻度曲線為:

        其中:E為能量;C為道址;am、bm為第m#儀器譜的能量刻度系數(shù)。

        令E=30keV,根據(jù)式(4)可得1組道址Cm。對各組儀器譜數(shù)據(jù)進(jìn)行移位運算,設(shè)第m個譜數(shù)據(jù)的序列為xm[n],則對該序列左移Cm位,得到一新的序列ym[n],該新序列的第零道對應(yīng)的能量即為30keV:

        2)對新的序列ym[n]進(jìn)行抽樣率轉(zhuǎn)換。由于新鉀峰峰位是在原來峰位基礎(chǔ)上左移Cm,則可得到1組新的鉀峰峰位:

        設(shè)將鉀峰移至目標(biāo)道A,則有比值式:

        其中,(L/M)m為第m個譜線的擴(kuò)展系數(shù)。

        對ym[n]進(jìn)行(L/M)m倍抽樣率轉(zhuǎn)換,先將ym[n]作插值運算,再作抽取運算得到新的譜數(shù)據(jù)wm[n],此時鉀峰峰位轉(zhuǎn)換至A道。將m個儀器譜按目標(biāo)鉀峰峰位進(jìn)行抽樣率轉(zhuǎn)換,儀器譜的相同道址對應(yīng)的能量也相同。

        3)對轉(zhuǎn)換后的序列wm[n]進(jìn)行和運算,即:

        w[n]即為最后合成的儀器譜數(shù)據(jù)序列。

        2 實驗與分析

        2.1 實驗及結(jié)果

        利用NaI(Tl)γ譜儀和HPGeγ譜儀測得的儀器譜進(jìn)行譜合成實驗。實驗采用4個10.16cm×10.16cm×40.64cm大體積 NaI(Tl)γ譜儀在實驗室本底下測得的儀器譜及4個HPGeγ譜儀在屏蔽室里對弱標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行測量所得的儀器譜作為實驗對象。將測得的儀器譜利用抽樣率轉(zhuǎn)換的方法進(jìn)行合成。NaI(Tl)γ儀器譜及HPGeγ儀器譜合成前后效果示于圖4。

        圖4 NaI(Tl)(a)和 HPGe(b)探測器測得的儀器譜及合成譜Fig.4 Instrument spectra and synthetic spectra measured by NaI(Tl)(a)and HPGe(b)detector

        圖4a中計數(shù)最大的譜線是以1#晶體測得的儀器譜為標(biāo)準(zhǔn)的合成譜,其它儀器譜經(jīng)抽樣率轉(zhuǎn)換后,在能量坐標(biāo)上與1#晶體測得的儀器譜重合。圖4b中計數(shù)最大的譜線是以探測器A測得的儀器譜為標(biāo)準(zhǔn)的合成譜,其它儀器譜通過抽樣率轉(zhuǎn)換后,在能量坐標(biāo)上與探測器A測得的儀器譜重合。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)在相同的道址上有相同的能量,將相同能量的計數(shù)相加得到合成譜。

        通過對合成前后儀器譜特征能量的峰位、峰面積和半高寬的分析可知,原來差別較大的4條儀器譜經(jīng)一致化后,各條譜線已較好地在能量坐標(biāo)上重合。

        表1、2所列數(shù)據(jù)(由Genie2000軟件計算)分別為NaI(Tl)及HPGeγ射線儀器譜一致化前后特征峰參數(shù)。其中,原譜為γ譜儀直接測得的儀器譜,轉(zhuǎn)換譜為經(jīng)抽樣率轉(zhuǎn)換后的儀器譜。通過儀器譜和測試數(shù)據(jù)可看出,對于陣列NaI(Tl)和HPGeγ譜儀,合成前各儀器譜差異均較大,但經(jīng)抽樣率轉(zhuǎn)換后各儀器譜能較好地在能量坐標(biāo)上重合。

        2.2 結(jié)果分析

        對于陣列NaI(Tl)探測器,鉀、釷峰合成的目標(biāo)峰位與合成的實際峰位相差小于1道(約3keV);反映各譜儀能量分辨率優(yōu)良的鉀峰和釷峰的半高寬相對變化小于1%;合成前各鉀峰的凈峰面積之和與合成后鉀峰凈峰面積相差小于0.7%。

        表1 NaI(Tl)譜儀合成前后各儀器譜40K、Th峰參數(shù)Table 1 Peak parameters of 40K and Th in different instrument spectra before and after synthesis by NaI(Tl)spectrometer

        表2 HPGe譜儀合成前后各儀器譜241Am、137Cs峰參數(shù)Table 2 Peak parameters of 241Am and 137Cs in different instrument spectra before and after synthesis by HPGe spectrometer

        對于陣列 HPGe探測器,241Am、137Cs全能峰合成的目標(biāo)峰位與合成的實際峰位相差小于1道(約為0.1keV)。由于HPGeγ譜儀的計數(shù)較低,統(tǒng)計漲落較大,計算峰的半高寬時誤差較大,但合成譜的半高寬與單個HPGeγ譜儀經(jīng)約4倍測量時間降低漲落后的相應(yīng)全能峰的半高寬一致。合成前各59.54keV全能峰的凈峰面積之和與合成后59.54keV全能峰凈峰面積相差小于0.1%;合成前各661.66keV全能峰的凈峰面積之和與合成后661.66keV全能峰凈峰面積相差小于4.5%。

        3 結(jié)論

        采用數(shù)字信號處理的方法分別對陣列NaI(Tl)及HPGeγ譜儀進(jìn)行了儀器譜合成方法研究及合成實驗。測試結(jié)果表明,在陣列NaI(Tl)、HPGeγ譜儀中4個未合成譜的峰面積之和與合成譜的峰面積相差均小于1%;合成前后NaI(Tl)譜儀半高寬小于1%。HPGe譜儀由于全能峰的計數(shù)低,造成在計算半高寬時誤差較大,但與單個譜儀測量約4倍時間后的半高寬一致。

        該儀器譜合成方法解決了硬件方法對陣列探測器的儀器譜合成時,不同探測器及硬件參數(shù)不一致造成的相同能量的γ射線產(chǎn)生的脈沖幅度不一致的問題。該方法在車載掃描搜索系統(tǒng)及肺部計數(shù)系統(tǒng)中進(jìn)行了相關(guān)實驗,具有較好的應(yīng)用效果。

        [1]王紅艷,劉森林,潘大金.車載式NaI(Tl)大晶體組的多道譜儀[J].原子能科學(xué)技術(shù),2004,38(7):252-255.WANG Hongyan,LIU Senlin,PAN Dajin.A vehicle-based NaI(Tl) multiple channel spectrometer[J].Atomic Energy Science and Technology,2004,38(7):252-255(in Chinese).

        [2]陸士立,翟玉貴,馬艷芳,等.CZD-6型車載多道γ能譜測量系統(tǒng)[J].鈾礦地質(zhì),1998,14(2):112-114.LU Shili,ZHAI Yugui,MA Yanfang,et al.Car-borne multichannel gamma-ray spectrometric system model CZD-6[J].Uranium Geology,1998,14(2):112-114(in Chinese).

        [3]Explorainum.GR-820user manual[M].[S.l.]:[s.n.],1996.

        [4]王經(jīng)瑾.核電子學(xué)[M].北京:原子能出版社,1983.

        [5]復(fù)旦大學(xué),清華大學(xué),北京大學(xué)三校合編.原子核物理實驗方法[M].北京:原子能出版社,1997.

        [6]汲長松.核輻射探測器及其實驗技術(shù)手冊[M].北京:原子能出版社,1990.

        [7]HASHEM M H.Nonlinear response function of a 3×3in.NaI scintillation detector[J].Asian J Exp Sci,2007(5):127-130.

        [8]γ-ray spectroscopy using a sodium iodide scintillation detector[G].UK:University of Sheffield,2008:259-263.

        [9]殷經(jīng)鵬,賴萬昌,王廣西,等.陣列 NaI(Tl)探測器γ能譜合成方法探討[J].計測技術(shù),2009,29(3):4-6.YIN Jingpeng,LAI Wanchang,WANG Guangxi,et al.The discussion on synthesis method of array NaI(Tl)detectorγ-ray spectrum[J].Metrology & Measurement Technology,2009,29(3):4-6(in Chinese).

        [10]殷經(jīng)鵬.陣列NaI(Tl)探測器γ能譜合成方法研究[D].成都:成都理工大學(xué),2009.

        [11]喻名德,楊春才.核試驗場及其治理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007.

        [12]徐守時.信號與系統(tǒng)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.

        [13]薛年喜.Matlab在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.

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