專(zhuān)利名稱(chēng)：多道能譜測(cè)量的處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子體診斷計(jì)算機(jī)處理領(lǐng)域，具體涉及一種多道能譜測(cè)量的處理方法和裝置。
背景技術(shù)：
在托卡馬克裝置和其它磁約束核聚變裝置上，通常使用脈沖高度分析系統(tǒng)測(cè)量軟 X射線輻射能譜，以此可以獲得一些重要的等離子體信息，如電子溫度、電子速率分布、重金屬雜質(zhì)含量等信息。目前，在核電子學(xué)能譜測(cè)量中，傳統(tǒng)上采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等硬件方法進(jìn)行脈沖高度分析，例如線性放電型ADC(Wilkinson型)，但因?yàn)槭艿阶儞Q時(shí)間的限制， 不能用于高計(jì)數(shù)率的能譜測(cè)量，并且存在噪聲大、計(jì)數(shù)率不高、堆積和基線漂移嚴(yán)重，以及能量虧損現(xiàn)象。近幾年隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在核能譜中的應(yīng)用，可以直接利用商業(yè)產(chǎn)品的高速或高精度ADC(例如閃電型、逐次逼近型)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合的方法。例如直接采購(gòu)儀器系統(tǒng)生產(chǎn)廠家，如CABENRRA、ORTEC, CAEN和FAST ComTec公司的產(chǎn)品，這種專(zhuān)用的多道幅度分析器能譜儀中采用的電子學(xué)部分包括前放、主放大器、探測(cè)器、高壓電源、定時(shí)單道、線性門(mén)和展寬器等，雖然模塊性能水平較高，但是缺點(diǎn)是專(zhuān)用性強(qiáng)、價(jià)格昂貴，維護(hù)受限。綜上所述，采用硬件進(jìn)行多道能譜測(cè)量，由于實(shí)際等離子體放電過(guò)程中，硬件探測(cè)器測(cè)量會(huì)受到電磁干擾和來(lái)自非等離子體的X射線和Y射線輻射以及中子輻射的影響，所造成的堆積和干擾現(xiàn)象在硬件中不能徹底清除，并且硬件設(shè)備專(zhuān)用的多道儀購(gòu)置和維護(hù)費(fèi)用高；同時(shí)設(shè)備自帶的專(zhuān)用處理方法無(wú)法保存原始信號(hào)，使得放電結(jié)束后，不能靈活調(diào)整時(shí)間分辨率和能量道數(shù)以便進(jìn)行進(jìn)一步的物理診斷分析。因此，為了提高計(jì)數(shù)率和能量分辨率，減少能量虧損，需要一種能夠降低成本，具有高時(shí)空分辨率和能量道數(shù)，可靈活配置參數(shù)并能保存原始信號(hào)的多道能譜測(cè)量處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)常見(jiàn)多道能譜測(cè)量處理方法存在硬件費(fèi)用高、設(shè)備專(zhuān)用性強(qiáng)、能量道數(shù)受限和時(shí)空分辨率較低且無(wú)法保存原始信號(hào)等限制，提供一種基于通用設(shè)備的多道能譜測(cè)量的處理方法和裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種多道能譜測(cè)量的處理方法，包括如下步驟第一步、采集探頭發(fā)出的脈沖信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)；第二步、對(duì)數(shù)字化脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)和歸類(lèi)，得到計(jì)數(shù)譜；第三步、將第二步得到的計(jì)數(shù)譜轉(zhuǎn)化為能譜；第四步、根據(jù)光子經(jīng)過(guò)探頭內(nèi)的鈹箔產(chǎn)生的能量衰減，還原第三步得到的能譜；第五步、對(duì)第四步還原后的能譜進(jìn)行平滑尋峰和擬合求出電子溫度。
如上所述的一種多道能譜測(cè)量的處理方法，其中所述第二步進(jìn)行如下步驟(2. 1)從脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)文件中讀取一道探頭脈沖數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)時(shí)間片長(zhǎng)度、時(shí)間片間隔、計(jì)數(shù)道個(gè)數(shù)；(2. 2)將采集的脈沖信號(hào)分成若干個(gè)等長(zhǎng)時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片有2"個(gè)不同計(jì)數(shù)道， η取整數(shù)；(2. 3)將每個(gè)時(shí)間片的脈沖信號(hào)分計(jì)數(shù)道進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到計(jì)數(shù)譜線多個(gè)時(shí)間片的計(jì)數(shù)譜線組成計(jì)數(shù)譜。如上所述的一種多道能譜測(cè)量的處理方法，其中所述第三步包括如下步驟(3. 1)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)放射源進(jìn)行絕對(duì)能量標(biāo)定，得到標(biāo)定后的能譜；(3. 2)通過(guò)標(biāo)定后的能譜對(duì)計(jì)數(shù)道和能量進(jìn)行線性擬合，得到能譜標(biāo)定系數(shù)E ；(3. 3)將計(jì)數(shù)譜中的計(jì)數(shù)道乘以能譜標(biāo)定系數(shù)E進(jìn)而將計(jì)數(shù)譜轉(zhuǎn)換為能譜。如上所述的一種多道能譜測(cè)量的處理方法，其中所述第四步包括如下步驟(4. 1)根據(jù)公式N = N13 * e ，對(duì)計(jì)數(shù)值進(jìn)行還原得到待還原的計(jì)數(shù)值Ν。，其中N是計(jì)數(shù)值，Ntl是待還原的計(jì)數(shù)值，Um是質(zhì)量衰減系數(shù)，χ是鈹箔厚度，P是鈹箔的物質(zhì)密度；(4. 2)將還原后的計(jì)數(shù)值乘以能譜標(biāo)定系數(shù)E，取對(duì)數(shù)或通過(guò)指數(shù)擬合方法得到還原后的能譜Y。如上所述的一種多道能譜測(cè)量的處理方法，其中第五步包括如下步驟(5. 1)在每個(gè)時(shí)間片內(nèi)，用高斯擬合求得能譜的峰值和峰值道址、；(5. 2)從(5. 1)求得的峰值道址處往后依次取若干道；做線性擬合；(5. 3)根據(jù)(5. 2)線性擬合結(jié)果求得斜率k，再計(jì)算電子溫度T = _l/k。如上所述的一種多道能譜測(cè)量的處理方法，其中所述標(biāo)準(zhǔn)放射源選取3種以上放射核素。如上所述的一種多道能譜測(cè)量的處理方法，其中所選標(biāo)準(zhǔn)放射核素為Mn、Cu、 Rb、Mo。一種多道能譜測(cè)量的處理裝置，包括脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊、高速采集卡、模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、高速緩存模塊，還包括具有能量計(jì)數(shù)模塊和溫度計(jì)算模塊的處理器單元；脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊通過(guò)具備一定能量的光子進(jìn)入硅漂移探頭而產(chǎn)生脈沖信號(hào)；該脈沖信號(hào)經(jīng)高速采集卡及模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換后，保存在高速緩存模塊中；能譜計(jì)數(shù)模塊用于脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)、歸類(lèi)以及轉(zhuǎn)換，得到能譜，形成能量的時(shí)空分布圖；溫度計(jì)算模塊在能譜計(jì)數(shù)模塊得到的能譜數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)能譜線進(jìn)行擬合插值處理，計(jì)算出該時(shí)刻的等離子體電子溫度。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明通過(guò)采集卡以及能量計(jì)數(shù)模塊和溫度計(jì)算模塊的結(jié)合可以完成 256-1024道能譜的多道分析處理(甚至更高達(dá)8192-16384道，取決于采集板卡的板載容量)，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈活性，消除能量虧損和堆積效應(yīng)，經(jīng)過(guò)濾波、修正基線漂移處理，脈沖形狀甄別精確，有效提高了系統(tǒng)的能量分辨率。2.由于高速采集系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)快速存儲(chǔ)問(wèn)題，歷來(lái)是放射性核信號(hào)采集與分析處理的難點(diǎn)，光子信號(hào)脈沖寬度為5us左右，30M采樣速率的高速采集卡全速運(yùn)行時(shí)，每秒
5產(chǎn)生60M左右的數(shù)據(jù)，如此大規(guī)模數(shù)據(jù)高速傳輸和存儲(chǔ)，對(duì)于常規(guī)儀器已無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而本發(fā)明通過(guò)高精度快速A/D信號(hào)采集器，不但能夠解決海量數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)，還能記錄原始的光脈沖信號(hào)，并提取無(wú)堆積的有效信號(hào)進(jìn)行多道能譜分析處理，有效地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、
可靠性。3.在能譜處理過(guò)程中，通過(guò)對(duì)譜線進(jìn)行平滑、尋峰、能量標(biāo)定、計(jì)數(shù)還原、溫度計(jì)算等一系列操作，最后得到溫度結(jié)果。在譜線平滑與尋峰過(guò)程中，通用的二階多項(xiàng)式五點(diǎn)擬合平滑方法，平滑后峰頂畸變較大，會(huì)丟失弱峰或出現(xiàn)假峰，凈峰面積計(jì)算誤差變大，能量分辨率變壞，難以在高本底上尋找弱峰或分辯相距很近的重疊峰。本發(fā)明采用指數(shù)擬合和最小二乘法，將能譜信號(hào)分解為非線性的閾值函數(shù)，再通過(guò)線性擬合重構(gòu)得到消除統(tǒng)計(jì)漲落的平滑能譜曲線；由高斯擬合捕獲峰值和道址，再經(jīng)最小二乘法處理得到峰值道址。此種方法平滑尋峰，譜線峰性變化較小，且相對(duì)線性平滑可以很好消除統(tǒng)計(jì)漲落的影響，對(duì)重峰和弱峰分析的效果很好。4.本發(fā)明通過(guò)鈹箔還原計(jì)數(shù)的定量計(jì)算，得到的溫度結(jié)果與其他測(cè)量方法得到的溫度結(jié)果有較好的一致性。并且在預(yù)先確定的實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，該處理方法還能通過(guò)配置文件改變脈沖計(jì)數(shù)的時(shí)間段大小和能譜信號(hào)道數(shù)，同時(shí)識(shí)別數(shù)百道能譜信號(hào)，能按不同的時(shí)間分辨率進(jìn)行能譜統(tǒng)計(jì)處理，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)處理的靈活性。


圖1是本發(fā)明提出的一種多道能譜測(cè)量的處理裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明提出的一種多道能譜測(cè)量的處理方法的流程圖；圖3是用標(biāo)準(zhǔn)放射源Mn、Cu、Rb、Mo標(biāo)定后得到的能譜線；圖4是用本發(fā)明提供的一種多道能譜測(cè)量的處理方法得到的計(jì)數(shù)道和能量道之間的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系；圖5是本發(fā)明提出的一種多道能譜測(cè)量的處理方法得到的溫度和其他方式得到的溫度對(duì)比結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的一種多道能譜測(cè)量的處理方法進(jìn)行進(jìn)一步的介紹如圖1所示，一種多道能譜測(cè)量的處理裝置，包括脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊、高速采集卡、模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、高速緩存模塊、具有能量計(jì)數(shù)模塊和溫度計(jì)算模塊的處理器單元；其中脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊通過(guò)具備一定能量的光子進(jìn)入硅漂移探頭而產(chǎn)生脈沖信號(hào)，即通過(guò)放電產(chǎn)生脈沖信號(hào)；該脈沖信號(hào)經(jīng)高速采集卡及模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換后，保存在高速緩存模塊中；能譜計(jì)數(shù)模塊用于脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)并歸類(lèi)以及轉(zhuǎn)換，得到能譜，形成能量的時(shí)空分布圖；溫度計(jì)算模塊在能譜計(jì)數(shù)模塊得到的能譜數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)譜線進(jìn)行擬合插值處理，計(jì)算出該時(shí)刻的等離子體電子溫度。本發(fā)明通過(guò)對(duì)一系列時(shí)間段能譜數(shù)據(jù)的計(jì)算，獲得若干時(shí)刻的電子溫度，最后以電子溫度時(shí)變曲線的形式及時(shí)地在大屏幕上顯示出來(lái)；還可將每道能譜數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，在放電結(jié)束后，根據(jù)放電條件任意設(shè)置時(shí)間分辨率大小、電平能級(jí)數(shù)、最低和最高電平以及電平甄別域值和脈沖改善等參數(shù)，對(duì)能譜信號(hào)進(jìn)行針對(duì)性的分析處理。與常見(jiàn)的硬件多道能譜測(cè)量方法相比較，軟件處理的靈活度和精確度大為增加。在任何放電條件下，均可獲得較精確地平均電子溫度數(shù)據(jù)及其他相關(guān)信息，提高了測(cè)量的精確度和可靠性。采集卡可選用PCI-9820高速采集卡，PCI-9820采集卡有兩個(gè)同步的A/D采集通道，兩通道并行工作的最高采樣頻率為65MS · s\A/O的分辨率為14bit，板卡上帶512M數(shù)據(jù)字的緩存，可提供長(zhǎng)達(dá)數(shù)秒的儲(chǔ)存空間，保證原始信號(hào)無(wú)丟失。如果使用單通道采集方式，最大采集時(shí)間為4s，完全可以滿足目前tokamak裝置的工程實(shí)驗(yàn)要求。在實(shí)際使用時(shí)， 采集器工作頻率為30MHz .s—1，采樣間隔為0. 033 μ S0采集卡對(duì)應(yīng)有效A/D量程為8192 16383，量程精度為5V，量化精度為3 X 10_4，完全能夠滿足測(cè)量光子脈沖寬度的要求。當(dāng)采集通道增加時(shí)，還可利用同步接口完成多片卡自行同步工作。約定使用UDP單播或廣播方式和計(jì)算機(jī)處理器之間通訊，設(shè)計(jì)了時(shí)序觸發(fā)的收發(fā)消息指令模式，以保證采集和處理之間的時(shí)序性。算法原理等離子體中軟X射線輻射主要有軔致輻射、復(fù)合輻射及線輻射。在IkeV 以上能量區(qū)域，基本上由前兩種輻射構(gòu)成軟X射線連續(xù)譜，而線輻射則疊加在連續(xù)譜上。軔致輻射與復(fù)合輻射之和可表示為= 3 χ 1015 ^niZiTe1'2 gsexp{- E/Te) ( 1 ) dE式中，dff/dE表示每單位體積密度在dE能量段的輻射功率。因?yàn)閐W/dE = Edn/dE, 而dn/dE是實(shí)測(cè)軟X射線能譜，可視為電子的速率分布，η是計(jì)數(shù)，對(duì)式(1)兩邊取對(duì)數(shù)，從而得到以X射線能量E為變量的直線方程的斜率K =-Ι/Te，故若從能譜測(cè)量中求出半對(duì)數(shù)直線段的斜率，就可得到電子溫度絕對(duì)值。如圖2所示，一種多道能譜測(cè)量的處理方法，包括如下步驟第一步、采集原始脈沖信號(hào)并建立相應(yīng)的模擬數(shù)據(jù)文件，可利用高速采集卡通過(guò) PCI總線采集脈沖信號(hào)，再將模擬脈沖信號(hào)經(jīng)模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊后的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在緩存中；采集卡讀取多道探頭的脈沖數(shù)據(jù)并分別進(jìn)行保存；并記錄電平閥值參數(shù)，通常由采集卡決定，例如為0-5V。第二步、能譜計(jì)數(shù)模塊讀取緩存中的脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)文件，并對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)和歸類(lèi)，得到計(jì)數(shù)譜，其過(guò)程具體為(2. 1)從脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)文件中讀取一道探頭脈沖數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)時(shí)間片長(zhǎng)度、時(shí)間片間隔、計(jì)數(shù)道個(gè)數(shù)等參數(shù)值，建立計(jì)數(shù)參數(shù)和計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)文件；(2.2)將采集的脈沖信號(hào)分成若干個(gè)等長(zhǎng)時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片有2η，(η = 1， 2,...N)個(gè)不同計(jì)數(shù)道(通常η選擇8、9或10)，即將電平閥值劃分為2η份，將每個(gè)脈沖信號(hào)根據(jù)其電平值劃分入不同的計(jì)數(shù)道內(nèi)；(2. 3)對(duì)脈沖電平分計(jì)數(shù)道進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到計(jì)數(shù)譜即在等分的時(shí)間片內(nèi)按照計(jì)數(shù)道劃分，在各個(gè)計(jì)數(shù)道內(nèi)對(duì)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行累加，得到單個(gè)時(shí)間片內(nèi)的計(jì)數(shù)譜線。例如，設(shè)時(shí)間片長(zhǎng)度為50ms、時(shí)間片間隔為1ms、計(jì)數(shù)道為256個(gè)；則在放電時(shí)間范圍內(nèi)，首先按Ims 間隔順序讀取脈沖數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)第一個(gè)時(shí)間片(50ms)內(nèi)的計(jì)數(shù)，把1 50ms內(nèi)的脈沖按256 個(gè)計(jì)數(shù)道分別累加，得到不同計(jì)數(shù)道的計(jì)數(shù)值，形成第一個(gè)時(shí)間片的計(jì)數(shù)譜線；再把2 51ms的脈沖按計(jì)數(shù)道分別累加，形成第二個(gè)時(shí)間片的計(jì)數(shù)譜線，直至處理完所有時(shí)間片，得到計(jì)數(shù)譜。第三步、將第二步得到的計(jì)數(shù)譜轉(zhuǎn)化為能譜。其過(guò)程具體為(3. 1)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)放射源進(jìn)行絕對(duì)能量標(biāo)定，得到標(biāo)定后的能譜。通常選取3種以上放射核素，本實(shí)施例中選擇標(biāo)準(zhǔn)放射核素Mn、Cu、Rb、Mo進(jìn)行絕對(duì)能量標(biāo)定，即對(duì)標(biāo)準(zhǔn)放核素 Mn、Cu、Rb、Mo按照計(jì)數(shù)道進(jìn)行計(jì)數(shù)。又已知放射源的能量分別為Mn(5. 90keV,6. 49keV)、 Cu (8. 05keV,8. 91keV)、Rb (13. 4keV, 14. 96keV) ,Mo (17. 48keV, 19. 61keV)；則標(biāo)定后的能譜如圖3所示，橫軸為能量(keV)，縱軸為計(jì)數(shù)值。(3. 2)通過(guò)標(biāo)定后的能譜對(duì)計(jì)數(shù)道和能量進(jìn)行線性擬合，得到能譜標(biāo)定系數(shù)E。如圖4所示，橫軸表示計(jì)數(shù)道，縱軸表示能量(keV)，本實(shí)施例中各計(jì)數(shù)道和能量之間的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系表達(dá)式為y = 0.2093x+0.3949。能譜標(biāo)定系數(shù)E為0. 2093。擬合過(guò)程中，設(shè)R為擬合的線性相關(guān)系數(shù)，可得R2 = 0. 9997 (越接近1結(jié)果越好)，說(shuō)明該方法的標(biāo)定結(jié)果非常好。(3. 3)將計(jì)數(shù)譜中的計(jì)數(shù)道乘以能譜標(biāo)定系數(shù)E進(jìn)而將計(jì)數(shù)譜轉(zhuǎn)換為能譜。(3. 4)在計(jì)算機(jī)硬盤(pán)上保存原始脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)、計(jì)數(shù)值、計(jì)數(shù)道、能譜標(biāo)定系數(shù)，并將時(shí)間片長(zhǎng)度、時(shí)間片間隔、計(jì)數(shù)道個(gè)數(shù)等描述參數(shù)信息逐一寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，用以形成三維時(shí)空分布的能譜圖，并且可以為放電后的重新計(jì)算提供基礎(chǔ)。第四步、根據(jù)光子經(jīng)過(guò)探頭內(nèi)的鈹箔產(chǎn)生的能量衰減，還原第三步得到的能譜。光子通過(guò)鈹箔時(shí)發(fā)生質(zhì)量衰減，用溫度計(jì)算模塊對(duì)鈹箔進(jìn)行計(jì)數(shù)還原再得到各道能量；算法思路為N = Nq * e -u^p ,其中，N是計(jì)數(shù)值，N0是待還原的計(jì)數(shù)值，uffl是質(zhì)量衰減系數(shù) (單位cm2/g)，X是鈹箔厚度(cm)，P是鈹箔的物質(zhì)密度；具體還原步驟為(4. 1)根據(jù)公式N = No*e Λ^χ>，對(duì)計(jì)數(shù)值進(jìn)行還原得到待還原的計(jì)數(shù)值Ntl ；用多項(xiàng)式內(nèi)插法對(duì)在1 20keV區(qū)域之間的質(zhì)量衰減系數(shù)進(jìn)行回歸分析，找出r光子在1 20keV之間任意點(diǎn)的質(zhì)量衰減系數(shù)。例如，對(duì)IkeV能量的光子，um = 596 (cm2/g)，質(zhì)量衰減系數(shù)(Um)描述物質(zhì)對(duì)Y射線的衰減，Um= μ/Ρ (cm2/g)，其中μ為線衰減量，查表得鈹箔介質(zhì)密度 P 為 1. 848g/cm3。選擇鈹箔厚度 0. 001cm，則 N = N0* 96*0.001*1.848，N0 = N/0. 33。(4. 2)將還原后的計(jì)數(shù)值乘以能譜標(biāo)定系數(shù)E，取對(duì)數(shù)或通過(guò)指數(shù)擬合方法得到還原后的能譜Y。例如，本實(shí)施例中采用Y= In(E^dNcZdE) ,Ntl為(4. 1)中得到的還原計(jì)數(shù)值，所述能譜標(biāo)定系數(shù)E由第三步獲得。第五步、對(duì)第四步還原后的能譜進(jìn)行平滑尋峰和擬合求出電子溫度。(5. 1)在每個(gè)時(shí)間片內(nèi)，用高斯擬合求得能譜的峰值和峰值道址、。本實(shí)施例中可采用公式LnNi = ai2+bi+c，經(jīng)最小二乘法處理得到峰值道址、=-b/2a ；其中Ni為第i道的峰值，I0為峰值道址，a、b、c為擬合系數(shù)。(5. 2)從(5. 1)求得的峰值道址處往后依次取若干道(比如20道)做線性擬合， 擬合過(guò)程可以采用最小二乘法、多項(xiàng)式擬和線性插值等方法；(5. 3)根據(jù)(5. 2)線性擬合結(jié)果求得斜率k，再計(jì)算電子溫度T = _l/k。圖5給出了根據(jù)本發(fā)明提出的多道能譜測(cè)量的處理方法得到的溫度和利用其他電子溫度測(cè)量手段得到的測(cè)量結(jié)果；其中，橫軸表示小半徑(cm)，縱軸表示能量(keV) ；ECE 為電子回旋輻射儀所測(cè)結(jié)果，TLS為湯姆遜散射儀所測(cè)結(jié)果，SDD SMCA為本發(fā)明提出的多道能譜測(cè)量的處理方法所得結(jié)果。結(jié)果顯示，本發(fā)明方法所測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
權(quán)利要求
1.一種多道能譜測(cè)量的處理方法，包括如下步驟 第一步、采集探頭發(fā)出的脈沖信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)； 第二步、對(duì)數(shù)字化脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)和歸類(lèi)，得到計(jì)數(shù)譜； 第三步、將第二步得到的計(jì)數(shù)譜轉(zhuǎn)化為能譜；第四步、根據(jù)光子經(jīng)過(guò)探頭內(nèi)的鈹箔產(chǎn)生的能量衰減，還原第三步得到的能譜； 第五步、對(duì)第四步還原后的能譜進(jìn)行平滑尋峰和擬合求出電子溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多道能譜測(cè)量的處理方法，其特征在于所述第二步進(jìn)行如下步驟(2. 1)從脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)文件中讀取一道探頭脈沖數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)時(shí)間片長(zhǎng)度、時(shí)間片間隔、 計(jì)數(shù)道個(gè)數(shù)；(2. 2)將采集的脈沖信號(hào)分成若干個(gè)等長(zhǎng)時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片有2"個(gè)不同計(jì)數(shù)道，η取整數(shù)；(2. 3)將每個(gè)時(shí)間片的脈沖信號(hào)分計(jì)數(shù)道進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到計(jì)數(shù)譜線多個(gè)時(shí)間片的計(jì)數(shù)譜線組成計(jì)數(shù)譜。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多道能譜測(cè)量的處理方法，其特征在于所述第三步包括如下步驟(3. 1)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)放射源進(jìn)行絕對(duì)能量標(biāo)定，得到標(biāo)定后得能譜；(3. 2)通過(guò)標(biāo)定后的能譜對(duì)計(jì)數(shù)道和能量進(jìn)行線性擬合，得到能譜標(biāo)定系數(shù)E ；(3. 3)將計(jì)數(shù)譜中的計(jì)數(shù)道乘以能譜標(biāo)定系數(shù)E進(jìn)而將計(jì)數(shù)譜轉(zhuǎn)換為能譜。
4.如權(quán)利要求1所述的一種多道能譜測(cè)量的處理方法，其特征在于所述第四步包括如下步驟(4.1)根據(jù)公式N = N0 * e Λ^χ>，對(duì)計(jì)數(shù)值進(jìn)行還原得到待還原的計(jì)數(shù)值Ntl，其中N 是計(jì)數(shù)值，Ntl是待還原的計(jì)數(shù)值，Um是質(zhì)量衰減系數(shù)，X是鈹箔厚度，P是鈹箔的物質(zhì)密度； (4. 2)將還原后的計(jì)數(shù)值乘以能譜標(biāo)定系數(shù)Ε，取對(duì)數(shù)或通過(guò)指數(shù)擬合方法得到還原后的能譜Y。
5.如權(quán)利要求1所述的一種多道能譜測(cè)量的處理方法，其特征在于第五步包括如下步驟(5. 1)在每個(gè)時(shí)間片內(nèi)，用高斯擬合求得能譜的峰值和峰值道址、； (5. 2)從(5. 1)求得的峰值道址處往后依次取若干道；做線性擬合； (5. 3)根據(jù)(5. 2)線性擬合結(jié)果求得斜率k，再計(jì)算電子溫度T =-1/k。
6.如權(quán)利要求3所述的一種多道能譜測(cè)量的處理裝置，其特征在于所述標(biāo)準(zhǔn)放射源選取3種以上放射核素。
7.如權(quán)利要求6所述的一種多道能譜測(cè)量的處理裝置，其特征在于所選標(biāo)準(zhǔn)放射核素為 Mn、Cu、Rb、Mo。
8.如權(quán)利要求1所述的一種多道能譜測(cè)量的處理裝置，包括脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊、高速采集卡、模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、高速緩存模塊、其特征在于還包括具有能量計(jì)數(shù)模塊和溫度計(jì)算模塊的處理器單元；脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊通過(guò)具備一定能量的光子進(jìn)入硅漂移探頭而產(chǎn)生脈沖信號(hào)；該脈沖信號(hào)經(jīng)高速采集卡及模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換后，保存在高速緩存模塊中；能譜計(jì)數(shù)模塊用于脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)、歸類(lèi)以及轉(zhuǎn)換，得到能譜，形成能量的時(shí)空分布圖；溫度計(jì)算模塊在能譜計(jì)數(shù)模塊得到的能譜數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)能譜線進(jìn)行擬合插值處理，計(jì)算出該時(shí)刻的等離子體電子溫度。
全文摘要
本發(fā)明屬于等離子體診斷計(jì)算機(jī)處理領(lǐng)域，具體涉及一種多道能譜測(cè)量的處理方法和裝置。所述處理方法，包括如下步驟采集探頭發(fā)出的脈沖信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)；對(duì)數(shù)字化脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)和歸類(lèi)，得到計(jì)數(shù)譜；將計(jì)數(shù)譜轉(zhuǎn)化為能譜；根據(jù)光子經(jīng)過(guò)探頭內(nèi)的鈹箔產(chǎn)生的能量衰減，還原第三步得到的能譜；對(duì)還原后的能譜進(jìn)行平滑尋峰和擬合求出電子溫度。所述處理裝置，包括脈沖信號(hào)產(chǎn)生模塊、高速采集卡、模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、高速緩存模塊，還包括具有能量計(jì)數(shù)模塊和溫度計(jì)算模塊的處理器單元。解決了常見(jiàn)多道能譜測(cè)量處理方法存在硬件費(fèi)用高、設(shè)備專(zhuān)用性強(qiáng)、能量道數(shù)受限和時(shí)空分辨率較低且無(wú)法保存原始信號(hào)等問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01T1/36GK102279408SQ20111007522
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者廖敏, 楊進(jìn)蔚, 陳燎原 申請(qǐng)人:核工業(yè)西南物理研究院