本發(fā)明針對(duì)半導(dǎo)體探測(cè)器輸出信號(hào)經(jīng)關(guān)復(fù)位型電荷靈敏前置放大器后，輸出一系列的階躍信號(hào)，采用C-R微分電路將階躍信號(hào)成為負(fù)指數(shù)信號(hào)提出了一種探測(cè)器輸出信號(hào)反卷積處理研究方法。

背景技術(shù)：

信號(hào)經(jīng)過(guò)某個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程可以通過(guò)卷積來(lái)描述，為研究原始信號(hào)的特性，采用反卷積算法恢復(fù)信號(hào)的原始狀態(tài)。在核輻射測(cè)量中，入射射線進(jìn)入探測(cè)器后產(chǎn)生與其能量成正比的電荷量，譜儀系統(tǒng)采用具有較大輸入阻抗、較小輸出阻抗的電荷靈敏前置放大器連接探測(cè)器和后續(xù)處理電路。一般地，前置放大器緊貼探測(cè)器，組成探頭。在前置放大器后通常接一階C-R微分電路，其目的是為了得到具有較短上升時(shí)間的負(fù)指數(shù)信號(hào)。對(duì)于阻容反饋型電荷靈敏前置放大，由于Rf較大，輸出的核信號(hào)具有較大的衰減時(shí)間常數(shù)，信號(hào)較寬，通常需要接入極零相消電路。開(kāi)關(guān)復(fù)位型電荷靈敏前置放大器的輸出則是一系列的階梯信號(hào)，經(jīng)過(guò)C-R微分電路成形負(fù)指數(shù)信號(hào)。由于開(kāi)關(guān)復(fù)位型電荷靈敏前置放大器去掉了阻容反饋型電荷靈敏前置放大中的R_f，消除了R_f引入的Johnson噪聲，提高了前置放大器的信號(hào)比，同時(shí)更有利于高計(jì)數(shù)率條件下測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1為探測(cè)器輸出信號(hào)處理流程圖；

圖2為C-R微分電路圖；

圖3為前置放大器輸出信號(hào)數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法；

圖4為前置放大電路輸出信號(hào)；

圖5為沖激響應(yīng)數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法；

圖6為入射射線沖激響應(yīng)；

圖7為連續(xù)核信號(hào)反卷積得到?jīng)_激響應(yīng)信號(hào)。

具體實(shí)現(xiàn)方式

為使發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

為了研究原始信號(hào)的特性，采用反卷積算法恢復(fù)信號(hào)的原始狀態(tài)。在核輻射測(cè)量中，入射射線進(jìn)入探測(cè)器后產(chǎn)生與其能量成正比的電荷量，譜儀系統(tǒng)采用具有較大輸入阻抗、較小輸出阻抗的電荷靈敏前置放大器連接探測(cè)器和后續(xù)處理電路。一般地，前置放大器緊貼探測(cè)器，組成探頭。

本發(fā)明所提供的一種探測(cè)器輸出信號(hào)反卷積處理方法，其特征在于，利用數(shù)值微分方法和反卷積方法得到入射射線在探測(cè)器中產(chǎn)生的沖激響應(yīng)信號(hào)，在高計(jì)數(shù)率條件下利用入射射線產(chǎn)生的沖激響應(yīng)信號(hào)近似為探測(cè)器探測(cè)到的真實(shí)計(jì)數(shù)值，可應(yīng)用于死時(shí)間校正和堆積脈沖探測(cè)，具體如下:

A、為了得到較短上升時(shí)間的負(fù)指數(shù)信號(hào)，前置放大器后通常接一階C-R微分電路；

B、對(duì)于阻容反饋型電荷靈敏前置放大，由于Rf較大，輸出的核信號(hào)具有較大的衰減時(shí)間常數(shù)，信號(hào)較寬，通常需要接入極零相消電路；

C、開(kāi)關(guān)復(fù)位型電荷靈敏前置放大器的輸出則是一系列的階梯信號(hào)，經(jīng)過(guò)C-R微分電路成形負(fù)指數(shù)信號(hào)。由于開(kāi)關(guān)復(fù)位型電荷靈敏前置放大器去掉了阻容反饋型電荷靈敏前置放大中的R_f，消除了R_f引入的Johnson噪聲，提高了前置放大器的信號(hào)比，同時(shí)更有利于高計(jì)數(shù)率條件下測(cè)量；

D、利用反卷積算法得到入射射線在探測(cè)器中產(chǎn)生的單位沖激響應(yīng)。

圖1所示為探測(cè)器輸出信號(hào)處理流程圖，前置放大器緊貼探測(cè)器，組成探頭。在前置放大器后通常接一階C-R微分電路，然后經(jīng)過(guò)主放大電路，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)。

圖2所示為C-R微分電路，其目的是為了得到具有較短上升時(shí)間的負(fù)指數(shù)信號(hào)。

圖3所示為前置放大器輸出信號(hào)數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法，ADC采樣得到的信號(hào)經(jīng)一個(gè)時(shí)鐘延時(shí)后與其放大(1+K)倍信號(hào)做差，得到的結(jié)果與其延時(shí)一個(gè)時(shí)鐘的信號(hào)再求和，最終得到前置放大器輸出信號(hào)。

圖4為前置放大電路輸出信號(hào)，該信號(hào)由FAST-SDD探測(cè)，最后被20MSPS ADC采集得到。探測(cè)器中集成了前置放大器，其輸出經(jīng)過(guò)了C-R微分電路和線性放大電路，得到核信號(hào)的衰減時(shí)間常數(shù)為1.6μs。由圖可以看出，經(jīng)過(guò)C-R微分電路的輸出信號(hào)恢復(fù)得到探測(cè)器輸出信號(hào)，即階躍信號(hào)。

圖5為沖激響應(yīng)數(shù)字實(shí)現(xiàn)算法，階躍信號(hào)延時(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期后與其前一個(gè)信號(hào)做差即可得到單位沖激信號(hào)，也就是入射射線在探測(cè)器中產(chǎn)生的響應(yīng)；

圖6為入射射線沖激響應(yīng)，將圖4中的階躍信號(hào)按照?qǐng)D5所示過(guò)程，得到入射射線在探測(cè)器中產(chǎn)生的沖激響應(yīng)；

圖7為連續(xù)核信號(hào)反卷積得到?jīng)_激響應(yīng)信號(hào)，將圖4中信號(hào)改為連續(xù)信號(hào)按照?qǐng)D5所示，得到連續(xù)核信號(hào)反卷積得到?jīng)_激響應(yīng)信號(hào)。

本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：

1、為了得到較短上升時(shí)間的負(fù)指數(shù)信號(hào)，前置放大器后通常接一階C-R微分電路，根據(jù)基爾霍夫電流定律，可建立C-R微分電路的電流等式：

在離散時(shí)間域中式上式可寫為：

V_in[n]＝(1+K)V_out[n]-V_out[n-1]+V_in[n-1]

式中，K＝T_s/(RC)，T_s為ADC的采樣頻率，RC為核信號(hào)的衰減時(shí)間常數(shù)。這里認(rèn)為ADC前的放大電路僅是對(duì)信號(hào)幅度進(jìn)行放大，不改變信號(hào)的形狀。V_out為ADC采樣得到的離散信號(hào)，V_in為前放輸出信號(hào)，即階躍信號(hào)；

2、對(duì)于阻容反饋型電荷靈敏前置放大，由于Rf較大，輸出的核信號(hào)具有較大的衰減時(shí)間常數(shù)，信號(hào)較寬，通常需要接入極零相消電路；

3、開(kāi)關(guān)復(fù)位型電荷靈敏前置放大器的輸出則是一系列的階梯信號(hào)，經(jīng)過(guò)C-R微分電路成形負(fù)指數(shù)信號(hào)。由于開(kāi)關(guān)復(fù)位型電荷靈敏前置放大器去掉了阻容反饋型電荷靈敏前置放大中的R_f，消除了R_f引入的Johnson噪聲，提高了前置放大器的信號(hào)比，同時(shí)更有利于高計(jì)數(shù)率條件下測(cè)量；

4、利用反卷積算法得到入射射線在探測(cè)器中產(chǎn)生的單位沖激響應(yīng)，階躍函數(shù)的導(dǎo)數(shù)為單位沖激函數(shù)，即du(t)/dt＝δ(t)。在離散時(shí)間域δ[n]可表示為：

其中，Ts為ADC的采樣頻率。由上式可以看出，階躍信號(hào)延時(shí)一個(gè)時(shí)鐘周期后與其前一個(gè)信號(hào)做差即可得到單位沖激信號(hào)，也就是入射射線在探測(cè)器中產(chǎn)生的響應(yīng)。

在上述發(fā)明的實(shí)施例中，對(duì)探測(cè)器輸出信號(hào)反卷積處理方法研究進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。