本發(fā)明屬于核輻射探測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種小型閃爍體探測器的信號處理方法和裝置。

背景技術(shù)：

塑料閃爍體探測器由于其制作簡單、加工方便、具有較好的光傳輸性能和耐輻射性能等特性而廣泛應(yīng)用于輻射探測領(lǐng)域。與其它的探測器相比，塑料閃爍體探測器的具有以下特點(diǎn)：探測效率較高；可用于測量能譜；即可探測帶電粒子也可用于探測不帶電粒子；時(shí)間特性好，往往能實(shí)現(xiàn)納秒量級的時(shí)間分辨。

塑料閃爍體探測器主要包括了塑料閃爍體、光電轉(zhuǎn)換裝置和后端的電子學(xué)系統(tǒng)，有的塑料閃爍體還配備光導(dǎo)實(shí)現(xiàn)位置分辨或達(dá)到高的光收集效率。塑料閃爍體探測器所探測到的電脈沖信號不僅包括了真實(shí)事件信號，還摻雜了大量的噪聲信號。

時(shí)間符合測量技術(shù)是利用信號的時(shí)間特征，將有時(shí)間關(guān)聯(lián)的事件挑選出來。對于長條形閃爍體來說，同一粒子信號會在閃爍體兩側(cè)輸出端輸出光信號，且兩信號之間存在一定的時(shí)間關(guān)聯(lián)。對于尺寸較大的單長條形的閃爍體可通過兩端信號的時(shí)間關(guān)聯(lián)特征進(jìn)行信號符合，可以實(shí)現(xiàn)cm量級的位置甄別和真事件挑選。而當(dāng)塑料閃爍體尺寸較小、所處輻射場較弱的情況下，真實(shí)信號很容易被背景噪聲所淹沒，無法實(shí)現(xiàn)有效探測和能譜測量。此時(shí)，需要對真實(shí)信號進(jìn)行篩選和處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種小型閃爍體探測器的信號處理方法和裝置，采用時(shí)間符合方法處理所獲取的粒子信號，以提取真事件信號、抑制噪聲并結(jié)合最優(yōu)化平均算法實(shí)現(xiàn)了測量能譜的優(yōu)化。

為了達(dá)到上述的發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種小型塑料閃爍體探測器的信號處理方法，包括：

獲取小型塑料閃爍體探測器的兩端信號；

獲取不同時(shí)間窗符合后的信號和閃爍體探測器探測效率的關(guān)系；

根據(jù)時(shí)間窗符合后的信號和閃爍體探測器效率之間的關(guān)系得到最佳的數(shù)據(jù)符合時(shí)間窗區(qū)間，所述最佳數(shù)據(jù)篩選區(qū)間為兩端信號的符合時(shí)間窗大于15ns；

同時(shí)獲取不同時(shí)間窗符合后兩端信號的能譜；

根據(jù)不同時(shí)間窗信號符合后能譜關(guān)系優(yōu)化最佳篩選區(qū)間，所述優(yōu)化后的最佳數(shù)據(jù)刪選區(qū)間為兩端信號的符合時(shí)間窗為15ns；

在探測器數(shù)據(jù)采集時(shí)，根據(jù)所述符合時(shí)間窗對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和處理。

進(jìn)一步地，

所述時(shí)間窗符合后的信號和閃爍體探測器探測效率的關(guān)系包括：根據(jù)閃爍體探測器兩端獲取的信號時(shí)間差即時(shí)間窗進(jìn)行信號的符合，繪制多個(gè)符合時(shí)間窗與探測效率的曲線圖；

所述不同時(shí)間窗符合后兩端信號能譜包括：在對探測器兩端標(biāo)定的前提下，分別獲得兩端得到的能譜分別為e1、e2，根據(jù)光傳輸理論推導(dǎo)，可使用最優(yōu)平均化算法對雙端能譜進(jìn)行合并獲得探測器輸出能譜；

所述不同時(shí)間窗信號符合后能譜關(guān)系包括：根據(jù)閃爍體探測器兩端獲取信號的時(shí)間差進(jìn)行信號符合，繪制多個(gè)符合時(shí)間窗的能譜圖。

本發(fā)明提供一種小型閃爍體探測器的信號處理裝置，所述裝置包括：

雙端信號采集單元，主要用于采集閃爍體探測器兩端的電子學(xué)信號；根據(jù)獲取的兩端信號的時(shí)間關(guān)聯(lián)，繪制多個(gè)時(shí)間窗條件下的探測效率曲線；同時(shí)采用最優(yōu)化平均算法繪制不同符合時(shí)間條件下的能譜曲線，提取特征峰值；

符合時(shí)間窗篩選單元，根據(jù)不同時(shí)間窗符合后的信號和閃爍體探測器探測效率的關(guān)系、和能譜的關(guān)系獲得并優(yōu)化最佳信號篩選區(qū)間，所述最佳信號篩選區(qū)間為兩端信號時(shí)間差即時(shí)間窗為15ns；

事件篩選單元，主要用于根據(jù)最佳的信號符合時(shí)間窗對采集信號進(jìn)行篩選和處理。

本發(fā)明的一種小型閃爍體探測器的信號處理方法和裝置，實(shí)現(xiàn)小型閃爍體探測器的兩端信號輸出。通過最佳符合時(shí)間窗設(shè)計(jì)后端符合電路，有效抑制了噪聲信號的干擾。本發(fā)明的方法設(shè)計(jì)了最優(yōu)平均化能譜合并算法，優(yōu)化能譜，凸顯能譜的特征參數(shù)。本發(fā)明的方法和裝置適用于尺寸較小塑料閃爍體探測器及輻射場較弱的測試研究。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需使用的附圖作一簡單地介紹。顯而易見，這些附圖僅是本發(fā)明的部分實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以獲得其他附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一種塑料閃爍體探測器的系統(tǒng)框圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一種塑料閃爍體探測器中直接到達(dá)與多次反射信號并延時(shí)后的

對比圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例小型塑料閃爍體探測器的信號處理方法的基本流程示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例塑料閃爍體內(nèi)部光傳輸示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例1小型塑料閃爍體探測器的信號處理方法的流程示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例1不同符合時(shí)間下真事件探測效率變化曲線；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例1不同符合時(shí)間下對雙端能譜進(jìn)行最優(yōu)平均化合并后的co-60

γ能譜；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例1單端輸出、同樣尺寸的小型塑料閃爍體探測器輸出能譜；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例1雙端輸出的小型塑料閃爍體探測器兩端信號相加后獲得能譜；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例1雙端輸出的小型塑料閃爍體探測器兩端信號通過最優(yōu)化平

均算法后獲得的能譜；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例2中小型塑料閃爍體探測器的信號處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和效果更加清楚。完整，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

塑料閃爍體探測器是利用粒子在與閃爍體材料相互作用產(chǎn)生的閃爍光在閃爍體中傳播并最后到達(dá)光電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置，因此，利用光轉(zhuǎn)換為電信號的特征可實(shí)現(xiàn)標(biāo)的探測。常見采用雙端讀出的塑料閃爍體探測器多為長條形，尺寸在米量級，其目的是為了減少光的傳輸衰減和實(shí)現(xiàn)位置分辨，而小型的閃爍體探測器均為單端讀出，由于小型的塑料閃爍體探測效率較低，在被測輻射場較弱時(shí)，真實(shí)信號被噪聲信號淹沒，無法實(shí)現(xiàn)輻射場能譜的有效探測。

因此，本發(fā)明實(shí)施例首先提供了一種信號雙端輸出的小型閃爍體探測裝置，整個(gè)探測系統(tǒng)框圖，參見圖1，包括：

小尺寸塑料閃爍體產(chǎn)生閃爍光、兩端的光電倍增管用于收集光信號并轉(zhuǎn)化為電信號放大、供電模塊為光電倍增管供電、前置放大模塊及后續(xù)的數(shù)字化用于信號的進(jìn)一步放大和數(shù)字化獲取等。

本發(fā)明需要利用兩端信號的時(shí)間差，因此首先需要說明的是閃爍體探測系統(tǒng)兩端所輸出的電信號存在一定的時(shí)間差δt：

δt=δt閃爍體+δt光電+δt電子學(xué)

其中δt閃爍體為閃爍光到達(dá)兩端pmt的時(shí)間差，δt光電為兩端光電倍增管的渡越時(shí)間差，δt電子學(xué)為由后端電子學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的時(shí)間差。對于小尺寸的閃爍體，由于光傳輸?shù)乃俣葹?×10⁸m/s，可認(rèn)為δt閃爍體≈0，因此：

δt=δt光電+δt電子學(xué)

更進(jìn)一步的，由于塑料閃爍體兩端端面與有效光收集面積存在較大差異，光子會在塑料閃爍體內(nèi)多次反射，會造成信號的展寬。圖2為由于信號的時(shí)間差和反射所造成的信號的延遲和展寬。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種小型塑料閃爍體探測器的信號處理方法，參見圖3，包括：

步驟301：獲取塑料閃爍體探測器兩端信號的符合時(shí)間窗大小與探測效率的關(guān)系；

步驟302：獲取塑料閃爍體探測器兩端信號的不同時(shí)間窗符合后的能譜；

步驟303：根據(jù)塑料閃爍體探測器兩端信號的符合時(shí)間窗大小與探測效率的關(guān)系和不同符合時(shí)間窗下的粒子能譜，得到最佳符合時(shí)間窗，所述最佳符合時(shí)間窗為15ns；

步驟304：在閃爍體探測器數(shù)據(jù)采集時(shí)，根據(jù)最佳符合時(shí)間窗對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和處理；

優(yōu)選地，獲取塑料閃爍體探測器兩端信號的符合時(shí)間窗大小與探測效率的關(guān)系包括：通過設(shè)定多個(gè)符合時(shí)間窗對探測信號進(jìn)行篩選，繪制多個(gè)符合時(shí)間窗與探測效率的曲線圖；

優(yōu)選地，塑料閃爍體探測器兩端信號的不同時(shí)間窗符合后的能譜包括：兩端信號符合后優(yōu)化符合能譜，可使用最優(yōu)平均化算法對雙端能譜進(jìn)行合并獲得探測器輸出能譜曲線；并根據(jù)閃爍體探測器兩端信號的時(shí)間差進(jìn)行信號符合，繪制多個(gè)符合時(shí)間窗和能譜特征峰值之間曲線圖。

見圖4對最優(yōu)化平均算法進(jìn)行說明：

由于光子在塑料閃爍體中多次反射時(shí)存在自吸收與散射，所以在計(jì)算雙端信號合并時(shí)必須考慮到光子的能量衰減。假設(shè)發(fā)光點(diǎn)距離塑料閃爍體兩端分別為x和l-x，初始光強(qiáng)分別是i1和i2，兩端的反射率分別為r1和r2，硅光電倍增管有效收集面積s1，整個(gè)端面面積s2，塑料閃爍體中光衰減函數(shù)而每面上平均光收集效率為則經(jīng)過多次反射后每端面硅光電倍增管收集到的有效光強(qiáng)分別為：

利用化簡無窮級數(shù)得到

同樣的，另外一端硅光電倍增管收集到的有效光強(qiáng)為

將（3）式與（4）式相乘，有：

由（5）式可以看出計(jì)算得到的光強(qiáng)乘積與距離x，最后得到的能量e正比于光強(qiáng)a，所以雙端能譜的最優(yōu)平均化方法為

下面以特定的閃爍體探測器為示例，描述本發(fā)明所提供的小型塑料閃爍體探測器信號符合處理方法和裝置。

實(shí)施例1：

本發(fā)明實(shí)施例1提供了一種時(shí)間窗符合方法對小型塑料閃爍體信號進(jìn)行處理的技術(shù)。同一粒子在小尺寸閃爍體中產(chǎn)生的光信號可認(rèn)為同時(shí)到達(dá)閃爍體兩端，因此兩端信號的時(shí)間差由pmt和后端電子學(xué)系統(tǒng)造成而為一固定值。利用這一特性，并結(jié)合不同時(shí)間差所挑選出來的信號對探測器的探測效率和能譜緊密關(guān)聯(lián)，可選出最佳的符合時(shí)間窗。在能譜算法中，利用兩端信號取平均值這種最優(yōu)化能譜算法，可更有效的反映能譜特征。

本實(shí)施例采用的聚甲基苯乙烯材料的塑料閃爍體探測器，閃爍體為立方體，尺寸大小為30×30×130mm³，兩端使用時(shí)間響應(yīng)快、靈敏度高、尺寸小的硅光電倍增管作為光電轉(zhuǎn)換器件與后續(xù)電子學(xué)系統(tǒng)搭建成了測試使用的塑料閃爍體探測器。測試用放射源為標(biāo)準(zhǔn)⁶⁰co放射源進(jìn)行測試，信號經(jīng)pmt轉(zhuǎn)化為電信號后，分別經(jīng)過前置放大器放大，數(shù)字化，數(shù)據(jù)獲取和處理。具體步驟參見圖5為：

步驟501：獲取塑料閃爍體探測器兩端信號的符合時(shí)間窗大小與探測效率的關(guān)系；

本步驟中，取28v工作電壓下的數(shù)據(jù)為例，首先可以根據(jù)閃爍體探測器兩端信號的時(shí)間差的設(shè)置挑選事件信號，繪制不同時(shí)間窗與探測效率之間的關(guān)系，見圖7。

步驟502：獲取塑料閃爍體探測器兩端信號的不同時(shí)間窗符合后的能譜；

本步驟中，首先選擇不同的時(shí)間窗口對事件信號進(jìn)行篩選，然后對篩選出的兩端信號，采用最優(yōu)化平均算法，來繪制能譜，見圖8。

步驟503：根據(jù)塑料閃爍體探測器兩端信號的符合時(shí)間窗大小與探測效率的關(guān)系和不同符合時(shí)間窗下的粒子能譜，得到最佳符合時(shí)間窗；

本步驟中，通過觀察圖6可知，當(dāng)符合時(shí)間窗小于15ns時(shí)，真事件探測效率顯著上升，而當(dāng)符合時(shí)間窗大于15ns時(shí)，真事件探測效率趨于平緩。此時(shí)，初步把大于15ns作為比較合適的符合時(shí)間窗區(qū)間。同時(shí)，通過觀察圖7可知，使用標(biāo)準(zhǔn)γ源⁶⁰co測試時(shí)，因?yàn)樗芰祥W爍體內(nèi)c、h的原子序數(shù)較小，γ能譜中康普頓峰較為明顯，符合時(shí)間t為60ns時(shí)，能譜中包含了大量假事件；而當(dāng)符合時(shí)間窗為15ns以下時(shí)，adc臺階和噪聲信號明顯降低，但低于10ns時(shí)能譜的康普頓峰也明顯下降，15ns的符合時(shí)間窗在保證降低adc臺階、抑制噪聲信號的前提下，同時(shí)也可保證康普頓特征峰。因此，可得到最佳的符合時(shí)間窗為15ns。

步驟504：在閃爍體探測器數(shù)據(jù)采集時(shí)，根據(jù)最佳符合時(shí)間窗對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和處理，并設(shè)計(jì)符合電路。

在本步驟中，根據(jù)最佳符合時(shí)間窗15ns對兩端信號進(jìn)行篩選，并用最優(yōu)化平均算法繪制能譜，可明顯觀察到康普頓特征峰。見圖8為同尺寸閃爍體單端輸出的能譜、圖9為篩選后的兩端能譜相加獲得的能譜和圖10為篩選后最優(yōu)化平均算法所得能譜。圖8～10可以明顯看出同一輻射場，單端信號輸出時(shí)，無法顯示出特征峰；兩端能譜標(biāo)定后相加獲得的能譜與平均最優(yōu)化算法獲得的能譜均能看出特征峰，但平均最優(yōu)化算法能譜岐離更小。

實(shí)施例2：

本發(fā)明實(shí)施例2提供一種小型塑料閃爍體探測器的信號處理裝置，對應(yīng)發(fā)明實(shí)例1，參加圖11，包括：信號獲取單元1101、信號符合單元1102、信號篩選單元1103，其中：

獲取單元1101用于閃爍體探測器兩端探測信號的獲取，以及獲取不同符合時(shí)間窗與探測效率的關(guān)系、不同符合時(shí)間窗下的能譜及其特征峰；

信號符合單元1102用于分析閃爍體探測器符合時(shí)間窗與探測效率關(guān)系圖，得到最佳時(shí)間窗區(qū)間；同時(shí)結(jié)合分析不同符合窗下，采用最優(yōu)化平均算法繪制的能譜及其特征峰，獲得最佳符合時(shí)間窗。

信號篩選單元1103用于在小型閃爍體探測數(shù)據(jù)采集時(shí)，根據(jù)所述最佳的符合時(shí)間窗對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和處理。

需要說明的是本發(fā)明實(shí)例能夠應(yīng)用于針對同一粒子信號的雙端讀出系統(tǒng)，可根據(jù)不同系統(tǒng)的時(shí)間窗來源和分析不同時(shí)間窗符合后的信號來確定最佳符合時(shí)間窗。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制。雖然本發(fā)明以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。