核信號隨機特性模擬器的製作方法

2023-05-23 10:36:01

專利名稱：核信號隨機特性模擬器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種對核信號的隨機特性進行模擬的裝置。
背景技術：
由於放射性核素衰變的隨機性，探測器中產生的電離、激發、光電轉換及電子倍增 等也是隨機的。核輻射探測器的電輸出信號的隨機特點，主要表現為脈衝幅度和相鄰脈衝 的時間間隔的隨機性。目前的核隨機信號發生器將這種隨機特性或者簡單設計為單一的均 勻分布、高斯分布、指數分布、多項式分布及泊松分布等基本分布，或者設計為這些基本分 布的簡單組合，而實際上核信號的隨機特性往往較為複雜，用為數不多的基本分布加以描 述是不準確的，難以滿足隨機特性的靈活性和多樣性要求。另外，目前的核隨機信號發生器 並未對測試條件或環境——如探測器的解析度、輻射強度、譜漂移等——加以考慮。因此， 由這些信號發生器提供給譜儀的脈衝信號其隨機性是單一的，不靈活的，不逼真的。

實用新型內容本實用新型的目的在於公開一種對核信號的隨機特性進行模擬的裝置。該裝置克 服了上述不足。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是本實用新型所涉及的一種對核信號隨機特性進行模擬的裝置，採用參數化模型方 法，可以方便、靈活地對放射性現場的複雜統計特性進行學習並逼真模擬；同時，也可根據 需要調整參數以滿足在核放射性測量中對核信號隨機特性的多樣性要求一如，可通過調整 參數以模擬由探測器解析度和輻射強度的變化以及核能譜漂移等因素帶來的統計特性的變化。核信號隨機特性模擬器，包括DSP處理單元、探測器、信號處理模塊、多道數據採 集分析模塊、電源模塊、LCD顯示器、鍵盤、計算機及多路模擬通道，所述DSP處理單元與多 道數據採集分析模塊、LCD顯示器、鍵盤、多路模擬通道相連，另外還通過SCI線與計算機相 連。所述核信號隨機特性模擬器，置有探測通道，含探測器、信號處理模塊、多道數據 採集分析模塊，探測通道電路板與DSP主板的連接採取分離式插接。所述核信號隨機特性模擬器，信號處理模塊分別與多道數據採集分析模塊和探測 器相連。本實用新型的有益效果是採用了高性能的DSP數位訊號處理器，將控制與數值計算功能融為一體，可以實 時獲取測量的數據，經高速信號處理提取核信號的脈衝幅度和相鄰脈衝時間間隔的參數化 統計模型，這一過程稱為學習過程；據參數化統計模型產生脈衝信號以模擬所測對象或環 境，還可以通過統計模型的參數調整以模擬由探測器解析度和輻射強度的變化以及核能譜 漂移等因素帶來的統計特性的變化，產生豐富多樣的統計模型，以滿足譜儀對核信號隨機特性的多樣化要求，同時節省了存儲空間，提高了靈活性。另外，DSP的高效控制功能可以 快速地與人機接口(含液晶顯示器和鍵盤)及計算機通訊，以便從主機下載能譜或時間間 隔統計數據，液晶顯示器能實時顯示能譜的統計漲落過程。在波形輸出上，採用了脈衝、高 斯、指數等多通道，以滿足譜儀對核信號波形多樣化的要求。在結構上，採取了探測器通道 電路板與DSP主板分離的方式，方便了 Y、X螢光測量電路板的互換，也使儀器更為緊湊。

圖1為本實用新型提供的核信號隨機特性模擬器的模塊連接原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步的描述圖1為本實用新型提供的核信號隨機特性模擬器的模塊連接原理圖。如圖中所 示，所述核信號隨機特性模擬器，包括DSP處理單元、探測器、信號處理模塊、多道數據採集 分析模塊、電源模塊、IXD顯示器、鍵盤、計算機及多路模擬通道(含高斯、指數、矩形脈衝信 號)，所述DSP處理單元與多道數據採集分析模塊、LCD顯示器、鍵盤、多路模擬通道相連，通 過SCI線與計算機相連。所述核信號隨機特性模擬器，置有探測通道，含探測器、信號處理 模塊、多道數據採集分析模塊，探測通道電路板與DSP主板的連接採取分離式插接。所述核 信號隨機特性模擬器，信號處理模塊分別與多道數據採集分析模塊和探測器相連。所採用的DSP數位訊號處理器為TMS320F2812，每秒1. 5億次指令，8級流水線，56 個可編程通用輸入/輸出(GPIO)引腳，可達4M字的線性程序/數據地址，具有高效的數字 信號處理功能和控制功能，將控制與數值計算功能融為一體。DSP數位訊號處理器與探測器 通道——即探測器、信號處理模塊和多道數據採集分析模塊組成的通道——相連，可以實 時獲取所測對象或環境的數據——即核信號的脈衝幅度統計特性(能譜)和相鄰脈衝時間 間隔的統計特性。運用高斯函數的組合對所測得的脈衝幅度統計特性(能譜)和相鄰脈衝 時間間隔的統計特性建立參數化模型，這一過程為儀器的學習過程。模型參數化帶來的好 處在於只用極少的參數就可以表達原始信號的統計特性，不必對測量中每一時刻的幅值 和脈衝時間間隔作記錄，大大節省了存儲空間(只需原始信息量的1/100)；用高斯函數的 組合抽樣實現對原始信號的模擬，模擬產生的核信號的脈衝幅度統計特性(能譜)和相鄰 脈衝時間間隔的統計特性得到逼真再現，同時核信號的統計漲落過程也得到逼真再現；通 過脈衝幅度統計模型的參數調整以模擬由探測器解析度和輻射強度的變化以及核能譜漂 移等因素帶來的統計特性的變化；實現了儀器對放射性對象或環境隨機特性的智能化獲取 與再現。DSP數位訊號處理器與人機接口 IXD顯示器和鍵盤相連。通過IXD可以顯示能譜 的統計漲落過程，同時配合鍵盤便於參數的設置。在電路上，IXD和鍵盤與DSP的GPIO 口 相連。DSP數位訊號處理器與多通道模擬信號輸出通道相連，可以輸出高斯脈衝、指數脈 衝及矩形脈衝3種信號，滿足了核儀器對信號波形的多樣化要求。用鍵盤進行波形的設置， 電路上由DSP的GPIO 口對通道選擇模擬開關進行控制。脈衝輸出通道採用16位高速D/A 轉換器，並設有平滑濾波電路。D/A轉換時，DSP根據核信號的脈衝幅度和相鄰脈衝時間間隔的統計特性模型隨機產生脈衝幅度和脈衝間隔時間，再由所設置的脈衝波形計算每次D/A轉換的輸入數字量，並通過DSP晶片事件管理器(EV)對D/A轉換進行控制，轉換後的模擬 信號經平滑濾波電路後輸送出。DSP數位訊號處理器與計算機相連。通過計算機上的分析軟體可對數據作進一步 的處理，同時也可將計算機上已有的脈衝幅度和相鄰脈衝時間間隔的統計特性數據下載到 本核信號隨機特性模擬器的存儲器中，以作學習或模擬隨機特性使用。在電路連接上，DSP 處理器的SCI串行通訊線通過MAX232晶片轉換後與計算機相連。為了獲取所測對象或環境的核輻射數據(這一過程為學習過程)，本實用新型提 供的核信號隨機特性模擬器還設置有探測器通道。在結構上，採用了分離式的Y射線測量 電路板和X射線測量電路板，即在進行Y射線測量時，將Y射線電路板與DSP主板進行 插接；同理，在進行χ射線測量時，將χ射線電路板與DSP主板進行插接。採用這樣的結構 使得儀器更為緊湊，也方便了探測通道的單獨開發，提高了互換性。在進行能譜測量時，由 於射線與物質的相互作用會發生電磁輻射，通過探測器把這個電磁輻射轉換為微弱的電信 號，電信號通過後續電路進行整型放大，使之成為電脈衝信號後進入多道數據採集分析模 塊。多道數據採集分析模塊在DSP處理器的控制下進行工作，把不同幅度的模擬信號轉換 為對應的數位訊號，即道址，並記錄脈衝數，以形成核信號的能譜，即脈衝幅度隨機特性；同 時，DSP處理器對脈衝間隔時間作量化，轉換為數字量並進行統計，以形成核信號的時間隨 機特性。接下來，DSP就可對所獲得的脈衝幅度及時間間隔隨機特性曲線-即統計分布曲 線_建立高斯組合參數化統計模型，完成一次(信息)數據搜集。另外，本實用新型還採用了電源管理模塊，降低了功耗，便於便攜操作。本實施方案克服了目前核隨機信號發生器產生的脈衝信號隨機性單一、不靈活及 不逼真的局限，可以通過學習功能現場獲取實際信號的隨機特性，並對隨機特性建立參數 化模型。通過模型產生隨機信號以再現原放射現場，也可通過參數調整靈活地模擬不同環 境和測量條件。可以通過計算機將已有的數據下載到儀器中，以供儀器形成參數化模型庫。雖然結合附圖描述了本實用新型的實施方式，但是本領域普通技術人員在所附權 利要求的範圍內不需要創作性勞動就能作出的各種變形或修改仍屬本專利的保護範圍。
權利要求核信號隨機特性模擬器，其特徵在於包括DSP處理單元、探測器、信號處理模塊、多道數據採集分析模塊、電源模塊、LCD顯示器、鍵盤、計算機及多路模擬通道，所述DSP處理單元與多道數據採集分析模塊、LCD顯示器、鍵盤、多路模擬通道相連，另外還通過SCI線與計算機相連。
2.根據權利要求1所述的核信號隨機特性模擬器，其特徵在於置有探測通道，含探測 器、信號處理模塊、多道數據採集分析模塊，探測通道電路板與DSP主板的連接採取分離式 插接。
3.根據權利要求1所述的核信號隨機特性模擬器，其特徵在於信號處理模塊分別與 多道數據採集分析模塊和探測器相連。
專利摘要本實用新型公開了一種核信號隨機特性模擬器，包括DSP處理單元、探測器、信號處理模塊、多道數據採集分析模塊、電源模塊、LCD顯示器、鍵盤、計算機及多路模擬通道；所述DSP處理單元與多道數據採集分析模塊、LCD顯示器、鍵盤、多路模擬通道相連，另外還通過SCI線與計算機相連；所述信號處理模塊分別與多道數據採集分析模塊和探測器相連。該模擬器採用參數化模型方法，可以方便、靈活地對放射性現場的核信號隨機特性進行學習並逼真模擬；同時，也可根據需要調整參數以滿足在核放射性測量中對核信號隨機特性多樣化的要求。
文檔編號G01T1/36GK201622351SQ20092024332
公開日2010年11月3日 申請日期2009年11月18日 優先權日2009年11月18日
發明者丁衛撐, 劉念聰, 劉易, 周偉, 方方, 王敏, 王超, 閻萍, 黃洪全, 龔迪琛 申請人:成都理工大學