數(shù)字化核能譜獲取系統(tǒng)的研究

【摘要】：核能譜是高能物理、核物理、重離子物理等基礎(chǔ)研究和核技術(shù)應(yīng)用常需獲取的基本且重要的核信息之一，核能譜獲取方法的改進(jìn)和新型獲取方法的研究一直是核測量領(lǐng)域一個(gè)重要研究課題。高速ADC、各種數(shù)字化器件、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和微處理器等的快速發(fā)展，為新一代數(shù)字化核能譜獲取系統(tǒng)的誕生奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。使之成為國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)課題。 根據(jù)目前常用核探測器系統(tǒng)輸出信號(hào)的特點(diǎn)，一套數(shù)字化核能譜獲取系統(tǒng)應(yīng)包括波形數(shù)字化系統(tǒng)(其中包含前端條件線路、ADC線路、數(shù)據(jù)緩存和交互系統(tǒng))、數(shù)字核信號(hào)處理系統(tǒng)及結(jié)果顯示和分析系統(tǒng)。數(shù)字化核能譜獲取系統(tǒng)的研究工作包括：對(duì)探測器系統(tǒng)輸出模擬核信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的研究；核信號(hào)的處理原理和方法的研究；對(duì)數(shù)字化測量系統(tǒng)的組成原理和方法的研究。其中數(shù)字核信號(hào)處理方法的優(yōu)劣直接影響了整個(gè)系統(tǒng)性能的好壞，因此本論文以此作為工作重點(diǎn)之一。 本論文研究并建立了核信號(hào)數(shù)值仿真的原理和算法，在MatLab7.0環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化隨機(jī)核信號(hào)發(fā)生器?？煞抡娌煌阅艿暮颂綔y器以不同的計(jì)數(shù)率和噪聲水平輸出的數(shù)字核信號(hào)流。為開展數(shù)字化能譜獲取系統(tǒng)的研究提供了必要的工具。 在核探測器和前置放大器獲取核信息及波形數(shù)字化系統(tǒng)將模擬核信號(hào)數(shù)字化的過程中，都不可避免地會(huì)使核信號(hào)發(fā)生畸變，影響測量結(jié)果的精度。本文將核信號(hào)獲取過程中產(chǎn)生的信號(hào)畸變分為核信號(hào)獲取中產(chǎn)生的畸變(簡稱A類畸變)和模擬核信號(hào)數(shù)字化過程中引入的畸變(簡稱D類畸變)。分別采用建立適當(dāng)?shù)那岸藯l件線路減小D類畸變、建立合適的數(shù)字優(yōu)化濾波方案減小A類畸變的方法，為數(shù)字化能譜獲取系統(tǒng)的組成方法提供了一種有效模式。 在建立數(shù)字核信號(hào)處理系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)匹配濾波器具有最佳的信噪比的理論， 【關(guān)鍵詞】：數(shù)字化核能譜獲取 數(shù)字核信號(hào)處理 能量分辨率 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 前端條件線路
【學(xué)位授予單位】：四川大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TL817
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-10
• 1 引言10-20
• 1.1 選題的目的和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展歷史及現(xiàn)狀11-16
• 1.3 研究方法和技術(shù)路線16-18
• 1.4 論文內(nèi)容及安排18-19
• 1.5 本章小結(jié)19-20
• 2 數(shù)字化核能譜測量的基本理論20-32
• 2.1 典型數(shù)字化核測量系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)20-21
• 2.2 核測量系統(tǒng)數(shù)字化需要研究和解決的基本問題21-23
• 2.3 影響數(shù)字化核能譜獲取系統(tǒng)分辨率的主要因素23-30
• 2.3.1 核信號(hào)獲取中的畸變(A類畸變)23-27
• 2.3.2 核信號(hào)數(shù)字化引入的畸變(D類畸變)27-30
• 2.3.3 改善數(shù)字化核譜獲取系統(tǒng)分辨率的方法30
• 2.4 本章小結(jié)30-32
• 3 數(shù)字化隨機(jī)核脈沖發(fā)生器32-52
• 3.1 目的和意義32-34
• 3.2 核信號(hào)的特征及數(shù)學(xué)描述34-41
• 3.2.1 核信號(hào)時(shí)間分布的統(tǒng)計(jì)特性34-35
• 3.2.2 探測器輸出脈沖幅度統(tǒng)計(jì)特征35-37
• 3.2.3 核信號(hào)波形的數(shù)學(xué)描述37-38
• 3.2.4 電荷靈敏前放輸出噪聲特點(diǎn)38-41
• 3.3 核信號(hào)數(shù)值仿真原理和軟件設(shè)計(jì)41-47
• 3.3.1 核信號(hào)仿真算法41-43
• 3.3.2 核心函數(shù)設(shè)計(jì)43-47
• 3.4 對(duì)~(55)Fe X-射線核信號(hào)的仿真及信號(hào)發(fā)生47-51
• 3.4.1 仿真參數(shù)設(shè)置47-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 4 數(shù)字化核能譜獲取中信號(hào)處理的原理和方法52-71
• 4.1 優(yōu)化濾波理論52-56
• 4.2 濾波算法56-63
• 4.2.1 有限寬匹配濾波算法56-57
• 4.2.2 輸出波形寬度和平頂寬度調(diào)節(jié)57-62
• 4.2.3 梯形濾波算法62-63
• 4.3 數(shù)字濾波器性能分析63-67
• 4.3.1 帶平頂有限寬匹配濾波與單指數(shù)極零補(bǔ)償組合濾波器性能63-66
• 4.3.2 梯形成形與單指數(shù)極零補(bǔ)償算法的組合66-67
• 4.4 濾波算法實(shí)驗(yàn)結(jié)果67-70
• 4.4.1 對(duì)~(55)Fe源X射線實(shí)測數(shù)字信號(hào)濾波結(jié)果67-68
• 4.4.2 與高斯成形濾波效果比較68-70
• 4.5 本章小結(jié)70-71
• 5 數(shù)字化核能譜獲取系統(tǒng)的組成及優(yōu)化參數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)71-97
• 5.1 數(shù)字化核能譜獲取系統(tǒng)的組成原理71-73
• 5.1.1 對(duì)A類畸變的處理71-72
• 5.1.2 對(duì)D類畸變的處理72-73
• 5.1.3 數(shù)字化核能譜獲取系統(tǒng)的組成73
• 5.2 極零參數(shù)評(píng)估73-79
• 5.2.1 參數(shù)評(píng)估的原理及算法74-78
• 5.2.2 雙指數(shù)核信號(hào)極／零識(shí)別結(jié)果78-79
• 5.3 最優(yōu)化數(shù)字濾波器合成算法基礎(chǔ)79-81
• 5.3.1 信噪比對(duì)譜線展寬的影響80
• 5.3.2 脈沖堆積引起的譜線展寬80-81
• 5.4 前端條件線路最優(yōu)參數(shù)配置算法理論基礎(chǔ)81-85
• 5.4.1 由輸入模擬信號(hào)頂部形狀引起幅度虧損81-82
• 5.4.2 由于ADC變換精度引入的量化誤差82-84
• 5.4.3 算法實(shí)現(xiàn)原理84-85
• 5.5 軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)85-92
• 5.5.1 優(yōu)化數(shù)字濾波器最優(yōu)參數(shù)配置CAD軟件設(shè)計(jì)85-87
• 5.5.2 前端條件線路最佳參數(shù)配置軟件設(shè)計(jì)87-92
• 5.6 軟件運(yùn)行結(jié)果92-96
• 5.6.1 優(yōu)化濾波器最佳參數(shù)92-94
• 5.6.2 前端條件線路最佳參數(shù)設(shè)計(jì)94-96
• 5.7 本章小結(jié)96-97
• 6 數(shù)字化X射線譜儀97-119
• 6.1 譜儀系統(tǒng)組成97-98
• 6.2 波形數(shù)字化系統(tǒng)的建立98-107
• 6.2.1 前端條件線路的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)98-106
• 6.2.2 波形數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)106-107
• 6.3 數(shù)字核信號(hào)處理系統(tǒng)的建立107-111
• 6.3.1 核信號(hào)數(shù)據(jù)存取的實(shí)現(xiàn)108-111
• 6.4 X射線能譜測量111-118
• 6.4.1 測量方案設(shè)計(jì)111-112
• 6.4.2 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)條件112-116
• 6.4.3 結(jié)果分析和討論116-118
• 6.5 本章小結(jié)118-119
• 7 結(jié)語119-131
• 博士在讀期間發(fā)表論文131-133
• 致謝133

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