一種基于相位補(bǔ)償?shù)拿}沖信號(hào)峰值檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于核輻射探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種對(duì)核探測(cè)輸出脈沖信號(hào)進(jìn) 行峰值檢測(cè)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在核物理研究中，高能粒子產(chǎn)生的輻射中包含了大量的物理信息，通過(guò)測(cè)量輻射 能譜可以研究很多物理現(xiàn)象的演化情況。通常核探測(cè)器輸出的脈沖信號(hào)幅度與輸入粒子的 能量成正比，因此測(cè)量探測(cè)器輸出脈沖信號(hào)幅值，即可得到輻射信息能譜。通過(guò)與不同探測(cè) 器組合，脈沖信號(hào)峰值檢測(cè)電路配合ADC&MCU可以構(gòu)成包括α射線能譜儀、X射線能譜儀、Y射 線能譜儀、康普頓散射譜儀、色譜分析儀、光譜分析儀等各型能譜分析儀器，在核科學(xué)和核 工程、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地質(zhì)、冶金、石油、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中都有非常廣泛的應(yīng)用。
[0003] 傳統(tǒng)的脈沖信號(hào)峰值檢測(cè)方法主要有以下兩種:一種是通過(guò)采樣保持器配合比較 器進(jìn)行峰值保持和幅值檢測(cè)，另一種是通過(guò)高速數(shù)字化采樣配合特定算法實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的 峰值提取。采樣保持型峰值檢測(cè)電路基于脈沖信號(hào)的的采樣保持、延遲和展寬，電路死時(shí)間 長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)性能差，輸入信號(hào)頻率較高時(shí)誤差大。此外保持電容的取值也是問(wèn)題，取值太大影 響電路的動(dòng)態(tài)性能;取值小則保持值下降快，影響檢測(cè)精度。受制于其工作機(jī)理，采樣保持 型峰值檢測(cè)電路適用于處理中低頻輸入脈沖，檢測(cè)精度不高(很難達(dá)到5%以內(nèi)），難以適應(yīng) 日益發(fā)展的能譜測(cè)量的精度要求。全數(shù)字化峰值提取方法雖然外圍電路簡(jiǎn)單，處理速度快， 通常僅需要輸入降噪濾波電路，但是為了達(dá)到較高精度，
[0004] 其需要高速ADC(輸入脈沖頻率百倍以上)及高性能Μ⑶，由于數(shù)據(jù)吞吐量十分大且 算法復(fù)雜，全數(shù)字化峰值提取方法若兼顧高檢測(cè)精度與高時(shí)間分辨率，則成本很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于解決以上的問(wèn)題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于相位補(bǔ)償?shù)拿}沖信號(hào)峰值檢測(cè)裝置，其 特征在于，所述裝置包括輸入緩沖電路，輸入濾波器、移相濾波器、遲滯比較器、閾值檢測(cè)電 路、噪聲抑制及相位補(bǔ)償電路；
[0007] 輸入脈沖信號(hào)經(jīng)所述輸入緩沖電路進(jìn)行信號(hào)緩沖，其輸出端連接到輸入濾波器。 所述的輸入緩沖電路提高輸入阻抗，通過(guò)TVS對(duì)后級(jí)電路進(jìn)行保護(hù)并截止輸入脈沖的負(fù)半 波信號(hào)；
[0008] 所述的輸入濾波器對(duì)緩沖后進(jìn)行濾波降噪，其輸出端分別連接到所述移相濾波器 和所述遲滯比較器的負(fù)輸入端；
[0009] 所述移相濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行移相，其輸出端分別連接到所述遲滯比較器的正 輸入端和所述閾值檢測(cè)電路，所述遲滯比較器利用正、負(fù)輸入端的相位差進(jìn)行峰值初檢，并 輸出初檢信號(hào)；
[0010] 所述閾值檢測(cè)電路檢測(cè)脈沖信號(hào)，當(dāng)脈沖信號(hào)到來(lái)時(shí)，其輸出高電平，低于閾值的 脈沖信號(hào)將被當(dāng)做噪聲而忽略，所述閾值檢測(cè)電路和所述遲滯比較器輸出通過(guò)與門送給所 述噪聲濾波電路；
[0011] 所述噪聲抑制及相位補(bǔ)償電路對(duì)與門輸出信號(hào)進(jìn)行噪聲抑制并對(duì)所述初檢信號(hào) 進(jìn)行相位補(bǔ)償，即完成峰值檢測(cè)，補(bǔ)償后的峰值信號(hào)正好對(duì)應(yīng)于移相后信號(hào)的峰值，用于啟 動(dòng)ADC進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
[0012] 優(yōu)選地，所述輸入緩沖電路中包括電阻R1，二極管D2構(gòu)成的負(fù)信號(hào)截止電路。
[0013]優(yōu)選地，所述輸入濾波器與所述移相濾波器采用通頻帶增益平坦的有源巴特沃思 低通濾波電路。
[0014] 優(yōu)選地，所述遲滯比較器采用帶正反饋網(wǎng)絡(luò)的高速比較器。
[0015] 優(yōu)選地，所述噪聲抑制及補(bǔ)償電路采用RC濾波配合施密特觸發(fā)器的兩級(jí)結(jié)構(gòu)。
[0016] 本發(fā)明的另一目的在于提供了一種基于相位補(bǔ)償?shù)拿}沖信號(hào)峰值檢測(cè)方法，其特 征在于，所述方法包括以下步驟：
[0017] (1)輸入所述脈沖信號(hào)經(jīng)所述輸入緩沖電路進(jìn)行信號(hào)緩沖；
[0018] (2)所述輸入濾波器對(duì)緩沖后信號(hào)進(jìn)行濾波降噪；
[0019] (3)所述移相濾波器對(duì)經(jīng)過(guò)降噪的輸入信號(hào)進(jìn)行移相，并對(duì)移相前、后信號(hào)的相位 差進(jìn)行峰值初檢，并輸出初檢信號(hào)；
[0020] (4)所述閾值檢測(cè)電路檢測(cè)移相后的脈沖信號(hào)，當(dāng)脈沖信號(hào)到來(lái)時(shí)，其輸出高電 平，低于閾值的脈沖信號(hào)將被當(dāng)做噪聲而忽略，所述閾值檢測(cè)電路和所述遲滯比較器輸出 通過(guò)與門送給所述噪聲抑制及相位補(bǔ)償電路；
[0021] (5)所述噪聲抑制及相位補(bǔ)償電路對(duì)與門輸出信號(hào)進(jìn)行噪聲抑制并對(duì)所述初檢信 號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償，即完成峰值檢測(cè)，補(bǔ)償后的峰值信號(hào)正好對(duì)應(yīng)于移相后信號(hào)的峰值，用于 啟動(dòng)ADC進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
[0022] 優(yōu)選地，所述輸入脈沖信號(hào)通過(guò)所述輸入緩沖電路進(jìn)行信號(hào)緩沖后送入輸入濾波 器。
[0023]優(yōu)選地，所述遲滯比較器正負(fù)輸入端分別是所述移相濾波器輸出和所述輸入濾波 器輸出，所述遲滯比較器通過(guò)正負(fù)輸入端的相位差進(jìn)行峰值檢測(cè)。
[0024] 優(yōu)選地，所述閾值檢測(cè)電路輸出與所述遲滯比較器輸出通過(guò)與門輸入后級(jí)噪聲抑 制電路。
[0025] 優(yōu)選地，所述噪聲抑制及補(bǔ)償電路通過(guò)抑制噪聲產(chǎn)生的延遲對(duì)比較器輸出信號(hào)進(jìn) 行相位補(bǔ)償。
[0026] 通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得以下有益效果：
[0027] 本發(fā)明采用的設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的靈活性，可拓展性強(qiáng)，通過(guò)更改濾波電路類型和電 路參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意類型和頻率的脈沖檢測(cè)；電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)精度高，工作穩(wěn)定，抗 干擾能力強(qiáng)，對(duì)ADC采樣率和MCU性能要求低，應(yīng)用該設(shè)計(jì)可有效減小能譜分析儀器設(shè)計(jì)成 本和程序設(shè)計(jì)復(fù)雜度，提高數(shù)字化能譜儀時(shí)間分辨率。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0029]圖2是本發(fā)明總體電路圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明峰值檢測(cè)及相位補(bǔ)償示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0032] 如附圖1所示，一種基于相位補(bǔ)償?shù)拿}沖信號(hào)峰值檢測(cè)方法，主要包括輸入緩沖電 路，輸入濾波器，移相濾波器，遲滯比較器，閾值檢測(cè)電路，噪聲抑制及相位補(bǔ)償電路。輸入 脈沖信號(hào)經(jīng)輸入緩沖電路進(jìn)行信號(hào)緩沖，緩沖后信號(hào)經(jīng)輸入濾波器進(jìn)行濾波降噪，輸入濾 波器的輸出分別連接到移相濾波器和遲滯比較器的負(fù)輸入端。移相濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行 移相，其輸出連接通過(guò)電阻連接到比較器的正輸入端，遲滯比較器利用正負(fù)輸入端的相位 差進(jìn)行峰值初檢，并輸出初檢信號(hào)。閾值檢測(cè)電路檢測(cè)脈沖信號(hào)，當(dāng)脈沖信號(hào)到來(lái)時(shí)，其輸 出高電平，低于閾值的脈沖信號(hào)將被當(dāng)做噪聲而忽略，閾值檢測(cè)電路和遲滯比較器輸出通 過(guò)與門送給噪聲濾波電路。噪聲濾波電路對(duì)與門輸出信號(hào)進(jìn)行噪聲抑制并對(duì)峰值初檢信號(hào) 進(jìn)行相位補(bǔ)償，補(bǔ)償后的峰值信號(hào)正好對(duì)應(yīng)于移相后信號(hào)的峰值，用于啟動(dòng)ADC進(jìn)行A/D轉(zhuǎn) 換。
[0033]本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方式如附圖2所示:輸入脈沖信號(hào)經(jīng)通過(guò)并聯(lián)的TVS二極管D1， 經(jīng)R1輸入運(yùn)放U1(AD8044)同相端，U1同相端經(jīng)過(guò)反接的肖基特二極管D2接地，U1反向端連 接到其輸出端構(gòu)成電壓跟隨器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行緩沖。
[0034] 輸入濾波器主要由1]2以08044)，1?2，1?3，(：1，02組成的有源低通濾波電路構(gòu)成，緩沖 后脈沖信號(hào)通過(guò)R2，R3輸入運(yùn)放U2同相端，U2同相端并接電容C1，反向端連接到U2輸出端， C2跨接在U1輸出端和R2，R3之間節(jié)點(diǎn)。輸入濾波器為二階有源巴特沃思低通濾波電路，保證 了濾波器通頻帶增益平坦。
[0035]移相濾波電路結(jié)構(gòu)與輸入濾波器類似，輸入濾波器的輸出通過(guò)R4，R5輸入運(yùn)放U3 (AD8044)同相端，U3同相端并接電容C3,反向端連接到U3輸出端，C4跨接在U3輸出端和R4， R5之間節(jié)點(diǎn)。與輸入濾波器略有不同，移相濾波電路主要對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行無(wú)衰減移相，因此 參數(shù)與輸入濾波器不同，為了使移相濾波器對(duì)輸入脈沖有足夠的移相角，應(yīng)使移相濾波器 的特征