專利名稱：核信號隨機(jī)特性模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種對核信號的隨機(jī)特性進(jìn)行模擬的裝置。
背景技術(shù)：
由于放射性核素衰變的隨機(jī)性，探測器中產(chǎn)生的電離、激發(fā)、光電轉(zhuǎn)換及電子倍增 等也是隨機(jī)的。核輻射探測器的電輸出信號的隨機(jī)特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為脈沖幅度和相鄰脈沖 的時(shí)間間隔的隨機(jī)性。目前的核隨機(jī)信號發(fā)生器將這種隨機(jī)特性或者簡單設(shè)計(jì)為單一的均 勻分布、高斯分布、指數(shù)分布、多項(xiàng)式分布及泊松分布等基本分布，或者設(shè)計(jì)為這些基本分 布的簡單組合，而實(shí)際上核信號的隨機(jī)特性往往較為復(fù)雜，用為數(shù)不多的基本分布加以描 述是不準(zhǔn)確的，難以滿足隨機(jī)特性的靈活性和多樣性要求。另外，目前的核隨機(jī)信號發(fā)生器 并未對測試條件或環(huán)境——如探測器的分辨率、輻射強(qiáng)度、譜漂移等——加以考慮。因此， 由這些信號發(fā)生器提供給譜儀的脈沖信號其隨機(jī)性是單一的，不靈活的，不逼真的。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于公開一種對核信號的隨機(jī)特性進(jìn)行模擬的裝置。該裝置克 服了上述不足。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型所涉及的一種對核信號隨機(jī)特性進(jìn)行模擬的裝置，采用參數(shù)化模型方 法，可以方便、靈活地對放射性現(xiàn)場的復(fù)雜統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行學(xué)習(xí)并逼真模擬；同時(shí)，也可根據(jù) 需要調(diào)整參數(shù)以滿足在核放射性測量中對核信號隨機(jī)特性的多樣性要求一如，可通過調(diào)整 參數(shù)以模擬由探測器分辨率和輻射強(qiáng)度的變化以及核能譜漂移等因素帶來的統(tǒng)計(jì)特性的變化。核信號隨機(jī)特性模擬器，包括DSP處理單元、探測器、信號處理模塊、多道數(shù)據(jù)采 集分析模塊、電源模塊、LCD顯示器、鍵盤、計(jì)算機(jī)及多路模擬通道，所述DSP處理單元與多 道數(shù)據(jù)采集分析模塊、LCD顯示器、鍵盤、多路模擬通道相連，另外還通過SCI線與計(jì)算機(jī)相 連。所述核信號隨機(jī)特性模擬器，置有探測通道，含探測器、信號處理模塊、多道數(shù)據(jù) 采集分析模塊，探測通道電路板與DSP主板的連接采取分離式插接。所述核信號隨機(jī)特性模擬器，信號處理模塊分別與多道數(shù)據(jù)采集分析模塊和探測 器相連。本實(shí)用新型的有益效果是采用了高性能的DSP數(shù)字信號處理器，將控制與數(shù)值計(jì)算功能融為一體，可以實(shí) 時(shí)獲取測量的數(shù)據(jù)，經(jīng)高速信號處理提取核信號的脈沖幅度和相鄰脈沖時(shí)間間隔的參數(shù)化 統(tǒng)計(jì)模型，這一過程稱為學(xué)習(xí)過程；據(jù)參數(shù)化統(tǒng)計(jì)模型產(chǎn)生脈沖信號以模擬所測對象或環(huán) 境，還可以通過統(tǒng)計(jì)模型的參數(shù)調(diào)整以模擬由探測器分辨率和輻射強(qiáng)度的變化以及核能譜 漂移等因素帶來的統(tǒng)計(jì)特性的變化，產(chǎn)生豐富多樣的統(tǒng)計(jì)模型，以滿足譜儀對核信號隨機(jī)特性的多樣化要求，同時(shí)節(jié)省了存儲空間，提高了靈活性。另外，DSP的高效控制功能可以 快速地與人機(jī)接口(含液晶顯示器和鍵盤)及計(jì)算機(jī)通訊，以便從主機(jī)下載能譜或時(shí)間間 隔統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，液晶顯示器能實(shí)時(shí)顯示能譜的統(tǒng)計(jì)漲落過程。在波形輸出上，采用了脈沖、高 斯、指數(shù)等多通道，以滿足譜儀對核信號波形多樣化的要求。在結(jié)構(gòu)上，采取了探測器通道 電路板與DSP主板分離的方式，方便了 Y、X熒光測量電路板的互換，也使儀器更為緊湊。

圖1為本實(shí)用新型提供的核信號隨機(jī)特性模擬器的模塊連接原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述圖1為本實(shí)用新型提供的核信號隨機(jī)特性模擬器的模塊連接原理圖。如圖中所 示，所述核信號隨機(jī)特性模擬器，包括DSP處理單元、探測器、信號處理模塊、多道數(shù)據(jù)采集 分析模塊、電源模塊、IXD顯示器、鍵盤、計(jì)算機(jī)及多路模擬通道(含高斯、指數(shù)、矩形脈沖信 號)，所述DSP處理單元與多道數(shù)據(jù)采集分析模塊、LCD顯示器、鍵盤、多路模擬通道相連，通 過SCI線與計(jì)算機(jī)相連。所述核信號隨機(jī)特性模擬器，置有探測通道，含探測器、信號處理 模塊、多道數(shù)據(jù)采集分析模塊，探測通道電路板與DSP主板的連接采取分離式插接。所述核 信號隨機(jī)特性模擬器，信號處理模塊分別與多道數(shù)據(jù)采集分析模塊和探測器相連。所采用的DSP數(shù)字信號處理器為TMS320F2812，每秒1. 5億次指令，8級流水線，56 個(gè)可編程通用輸入/輸出(GPIO)引腳，可達(dá)4M字的線性程序/數(shù)據(jù)地址，具有高效的數(shù)字 信號處理功能和控制功能，將控制與數(shù)值計(jì)算功能融為一體。DSP數(shù)字信號處理器與探測器 通道——即探測器、信號處理模塊和多道數(shù)據(jù)采集分析模塊組成的通道——相連，可以實(shí) 時(shí)獲取所測對象或環(huán)境的數(shù)據(jù)——即核信號的脈沖幅度統(tǒng)計(jì)特性(能譜)和相鄰脈沖時(shí)間 間隔的統(tǒng)計(jì)特性。運(yùn)用高斯函數(shù)的組合對所測得的脈沖幅度統(tǒng)計(jì)特性(能譜)和相鄰脈沖 時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)特性建立參數(shù)化模型，這一過程為儀器的學(xué)習(xí)過程。模型參數(shù)化帶來的好 處在于只用極少的參數(shù)就可以表達(dá)原始信號的統(tǒng)計(jì)特性，不必對測量中每一時(shí)刻的幅值 和脈沖時(shí)間間隔作記錄，大大節(jié)省了存儲空間(只需原始信息量的1/100)；用高斯函數(shù)的 組合抽樣實(shí)現(xiàn)對原始信號的模擬，模擬產(chǎn)生的核信號的脈沖幅度統(tǒng)計(jì)特性(能譜)和相鄰 脈沖時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)特性得到逼真再現(xiàn)，同時(shí)核信號的統(tǒng)計(jì)漲落過程也得到逼真再現(xiàn)；通 過脈沖幅度統(tǒng)計(jì)模型的參數(shù)調(diào)整以模擬由探測器分辨率和輻射強(qiáng)度的變化以及核能譜漂 移等因素帶來的統(tǒng)計(jì)特性的變化；實(shí)現(xiàn)了儀器對放射性對象或環(huán)境隨機(jī)特性的智能化獲取 與再現(xiàn)。DSP數(shù)字信號處理器與人機(jī)接口 IXD顯示器和鍵盤相連。通過IXD可以顯示能譜 的統(tǒng)計(jì)漲落過程，同時(shí)配合鍵盤便于參數(shù)的設(shè)置。在電路上，IXD和鍵盤與DSP的GPIO 口 相連。DSP數(shù)字信號處理器與多通道模擬信號輸出通道相連，可以輸出高斯脈沖、指數(shù)脈 沖及矩形脈沖3種信號，滿足了核儀器對信號波形的多樣化要求。用鍵盤進(jìn)行波形的設(shè)置， 電路上由DSP的GPIO 口對通道選擇模擬開關(guān)進(jìn)行控制。脈沖輸出通道采用16位高速D/A 轉(zhuǎn)換器，并設(shè)有平滑濾波電路。D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，DSP根據(jù)核信號的脈沖幅度和相鄰脈沖時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)特性模型隨機(jī)產(chǎn)生脈沖幅度和脈沖間隔時(shí)間，再由所設(shè)置的脈沖波形計(jì)算每次D/A轉(zhuǎn)換的輸入數(shù)字量，并通過DSP芯片事件管理器(EV)對D/A轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)換后的模擬 信號經(jīng)平滑濾波電路后輸送出。DSP數(shù)字信號處理器與計(jì)算機(jī)相連。通過計(jì)算機(jī)上的分析軟件可對數(shù)據(jù)作進(jìn)一步 的處理，同時(shí)也可將計(jì)算機(jī)上已有的脈沖幅度和相鄰脈沖時(shí)間間隔的統(tǒng)計(jì)特性數(shù)據(jù)下載到 本核信號隨機(jī)特性模擬器的存儲器中，以作學(xué)習(xí)或模擬隨機(jī)特性使用。在電路連接上，DSP 處理器的SCI串行通訊線通過MAX232芯片轉(zhuǎn)換后與計(jì)算機(jī)相連。為了獲取所測對象或環(huán)境的核輻射數(shù)據(jù)(這一過程為學(xué)習(xí)過程)，本實(shí)用新型提 供的核信號隨機(jī)特性模擬器還設(shè)置有探測器通道。在結(jié)構(gòu)上，采用了分離式的Y射線測量 電路板和X射線測量電路板，即在進(jìn)行Y射線測量時(shí)，將Y射線電路板與DSP主板進(jìn)行 插接；同理，在進(jìn)行χ射線測量時(shí)，將χ射線電路板與DSP主板進(jìn)行插接。采用這樣的結(jié)構(gòu) 使得儀器更為緊湊，也方便了探測通道的單獨(dú)開發(fā)，提高了互換性。在進(jìn)行能譜測量時(shí)，由 于射線與物質(zhì)的相互作用會發(fā)生電磁輻射，通過探測器把這個(gè)電磁輻射轉(zhuǎn)換為微弱的電信 號，電信號通過后續(xù)電路進(jìn)行整型放大，使之成為電脈沖信號后進(jìn)入多道數(shù)據(jù)采集分析模 塊。多道數(shù)據(jù)采集分析模塊在DSP處理器的控制下進(jìn)行工作，把不同幅度的模擬信號轉(zhuǎn)換 為對應(yīng)的數(shù)字信號，即道址，并記錄脈沖數(shù)，以形成核信號的能譜，即脈沖幅度隨機(jī)特性；同 時(shí)，DSP處理器對脈沖間隔時(shí)間作量化，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以形成核信號的時(shí)間隨 機(jī)特性。接下來，DSP就可對所獲得的脈沖幅度及時(shí)間間隔隨機(jī)特性曲線-即統(tǒng)計(jì)分布曲 線_建立高斯組合參數(shù)化統(tǒng)計(jì)模型，完成一次(信息)數(shù)據(jù)搜集。另外，本實(shí)用新型還采用了電源管理模塊，降低了功耗，便于便攜操作。本實(shí)施方案克服了目前核隨機(jī)信號發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號隨機(jī)性單一、不靈活及 不逼真的局限，可以通過學(xué)習(xí)功能現(xiàn)場獲取實(shí)際信號的隨機(jī)特性，并對隨機(jī)特性建立參數(shù) 化模型。通過模型產(chǎn)生隨機(jī)信號以再現(xiàn)原放射現(xiàn)場，也可通過參數(shù)調(diào)整靈活地模擬不同環(huán) 境和測量條件?？梢酝ㄟ^計(jì)算機(jī)將已有的數(shù)據(jù)下載到儀器中，以供儀器形成參數(shù)化模型庫。雖然結(jié)合附圖描述了本實(shí)用新型的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在所附權(quán) 利要求的范圍內(nèi)不需要創(chuàng)作性勞動就能作出的各種變形或修改仍屬本專利的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求核信號隨機(jī)特性模擬器，其特征在于包括DSP處理單元、探測器、信號處理模塊、多道數(shù)據(jù)采集分析模塊、電源模塊、LCD顯示器、鍵盤、計(jì)算機(jī)及多路模擬通道，所述DSP處理單元與多道數(shù)據(jù)采集分析模塊、LCD顯示器、鍵盤、多路模擬通道相連，另外還通過SCI線與計(jì)算機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核信號隨機(jī)特性模擬器，其特征在于置有探測通道，含探測 器、信號處理模塊、多道數(shù)據(jù)采集分析模塊，探測通道電路板與DSP主板的連接采取分離式 插接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核信號隨機(jī)特性模擬器，其特征在于信號處理模塊分別與 多道數(shù)據(jù)采集分析模塊和探測器相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種核信號隨機(jī)特性模擬器，包括DSP處理單元、探測器、信號處理模塊、多道數(shù)據(jù)采集分析模塊、電源模塊、LCD顯示器、鍵盤、計(jì)算機(jī)及多路模擬通道；所述DSP處理單元與多道數(shù)據(jù)采集分析模塊、LCD顯示器、鍵盤、多路模擬通道相連，另外還通過SCI線與計(jì)算機(jī)相連；所述信號處理模塊分別與多道數(shù)據(jù)采集分析模塊和探測器相連。該模擬器采用參數(shù)化模型方法，可以方便、靈活地對放射性現(xiàn)場的核信號隨機(jī)特性進(jìn)行學(xué)習(xí)并逼真模擬；同時(shí)，也可根據(jù)需要調(diào)整參數(shù)以滿足在核放射性測量中對核信號隨機(jī)特性多樣化的要求。
文檔編號G01T1/36GK201622351SQ20092024332
公開日2010年11月3日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者丁衛(wèi)撐, 劉念聰, 劉易, 周偉, 方方, 王敏, 王超, 閻萍, 黃洪全, 龔迪琛 申請人:成都理工大學(xué)