【摘要】：氣體探測器是核科學(xué)技術(shù)中最早使用的探測器之一,它在早期的核物理發(fā)展中起了很大作用。其中因為脈沖電離室具有有能量響應(yīng)好、穩(wěn)定性高、本底較低的優(yōu)點,使其廣泛應(yīng)用于輻射連續(xù)監(jiān)測領(lǐng)域。脈沖電離室是在飽和區(qū)工作的,此時收集極可以吸收帶電粒子與氣體發(fā)生相互作用而產(chǎn)生的全部正離子-電子對,但其輸出信號相對較弱,易受到噪聲、彈道虧損和脈沖堆積的影響。脈沖信號成形為具有高斯波形的信號后,可以提高信噪比,減少彈道虧損,提高探測器的能量分辨率。F.S.Goulding在理論上證明了高斯成形技術(shù)能夠使探測器最終的能量分辨率最接近其固有分辨率。從上世紀90年代開始,伴隨電子技術(shù)和芯片制造業(yè)的快速發(fā)展,核儀器的設(shè)計和開發(fā)也越來越多地采用這些技術(shù),預(yù)示著核儀器的數(shù)字化將成為未來的主流。數(shù)字脈沖成形技術(shù)是對核儀器進行數(shù)字化最關(guān)鍵的技術(shù),也是核儀器設(shè)計與制造領(lǐng)域最吸引人才的方向。以數(shù)字技術(shù)來實現(xiàn)脈沖信號的成形既可以簡單地實現(xiàn)以前復(fù)雜的模擬濾波成形電路才能實現(xiàn)的功能,從而提高了測量系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性,還可以提高測量系統(tǒng)的靈活性、可擴展性和可維護性。此外,模擬系統(tǒng)也難以達到真正的高斯成形理論能實現(xiàn)的反因果效果。論文為了適應(yīng)核儀器數(shù)字化的需求,從核信號的放大、脈沖數(shù)據(jù)采集、脈沖信號數(shù)字成形技術(shù)出發(fā),研究并實現(xiàn)了一種基于Sallen-Key濾波器的數(shù)字高斯成形方案,并利用FPGA芯片實現(xiàn)了設(shè)計要求,最后應(yīng)用于常壓電離室測氡儀系統(tǒng)中。論文研究基于分立元件的Sallen-Key濾波器,利用基爾霍夫電流定律建立電壓傳遞模型,運用數(shù)值遞推方法實現(xiàn)了核信號的數(shù)字高斯成形;利用MATLAB工具軟件對核信號進行仿真,并結(jié)合高斯成形的數(shù)字遞推模型完成了數(shù)字高斯成形方法的計算機驗證。性能測試及初步實驗表明,高斯濾波成形應(yīng)用在常壓脈沖電離室上是可行的。
【學(xué)位授予單位】：東華理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL81
【圖文】：

由于技術(shù)的瓶頸不可能達到理量與探測器的輸出電荷不是嚴格一一對應(yīng)計漲落，最終得到的能譜將不再是一條直了核輻射探測器的能量分辨率[11,58~61]，這分辨率。探測器，該探測器所構(gòu)成核儀器的能量分此，實現(xiàn)核儀器數(shù)字化的優(yōu)勢是能夠使探量分辨率。作過程是先將輸出的電流脈沖信號通過大器、線性主放大電路和數(shù)據(jù)采集等模塊使用中，因為電阻和電容等分立元器件存題，會使電流轉(zhuǎn)化為電壓的電路中的電容。

圖 2-2 輻射探測器在不同脈沖情況下的彈道虧損Figure 2-2 Ballistic loss of radiation detectors in different pulses-2 (a)表示的是經(jīng)過積分電路后的輸出電壓信號：曲線①表示表示 T 為上升時間的準階躍脈沖信號。圖 2-2 (b)表示 a 圖中的波形。積產(chǎn)生是有一定概率的，符合一定的統(tǒng)計規(guī)律，但具體到某一射事件同時產(chǎn)生，由于探測器和后續(xù)相關(guān)電子學(xué)電路的局限處理能力，使脈沖信號之間產(chǎn)生相互干擾就會形成脈沖論情況下，探測器探測到無脈沖堆積時具有某一能量的核脈條直線不發(fā)生展寬，如圖 2-3 所示。但是在探測器中如果發(fā)到的譜線將有一定的展寬，且形狀不盡相同。圖 2-4 和圖在不同情況下時對能譜形狀的不同改變。

圖 2-2 輻射探測器在不同脈沖情況下的彈道虧損Figure 2-2 Ballistic loss of radiation detectors in different pulses其中圖 2-2 (a)表示的是經(jīng)過積分電路后的輸出電壓信號：曲線①表示階躍脈信號；曲線②表示 T 為上升時間的準階躍脈沖信號。圖 2-2 (b)表示 a 圖中的脈沖號經(jīng)過成形后的波形。2.1.3 脈沖堆積核輻射的產(chǎn)生是有一定概率的，符合一定的統(tǒng)計規(guī)律，但具體到某一時刻時可以有多個輻射事件同時產(chǎn)生，由于探測器和后續(xù)相關(guān)電子學(xué)電路的局限，如果過測量系統(tǒng)的處理能力，使脈沖信號之間產(chǎn)生相互干擾就會形成脈沖堆積效[11,58~61]。在理論情況下，探測器探測到無脈沖堆積時具有某一能量的核脈沖信號成的能譜是一條直線不發(fā)生展寬，如圖 2-3 所示。但是在探測器中如果發(fā)生脈沖積，那么所得到的譜線將有一定的展寬，且形狀不盡相同。圖 2-4 和圖 2-5 是脈堆積效應(yīng)產(chǎn)生在不同情況下時對能譜形狀的不同改變。

【參考文獻】

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本文編號：2769764