CN105404172A - 一种核探测器信号模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核探测器信号模拟装置，包括模拟采集模块、信号检测模块、数据存储模块、人机交互模块、数据处理模块和波形生成模块；通过模拟采集模块采集探测器产生的脉冲信号，并通过信号分析模块提取脉冲信号的基本参数，并将基本参数存入数据库存储模块存储，然后通过人机交互模块接收输入的探测器类型、探测器设计参数等参数，通过数据处理模块综合以上所有的参数，产生对应的数据，最后通过波形生成模块将数据生成对应的模拟信号发出。本发明的有益效果是：替代真实的放射源产生的信号，减少了人体吸收额外辐射剂量，同时能通过产生各种距离、角度以及衰减介质下的脉冲信号，完成对探测仪器的全方位测试。

Description

一种核探测器信号模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及核探测仪器领域，具体地，涉及一种核探测器信号模拟装置及方法。

背景技术

在核探测仪器的设计和测试过程中，需要经常使用核放射源对探测器进行照射产生辐射脉冲信号，从而判断核探测器的设计是否满足要求。该过程中由于人为使用放射源，容易使人额外吸收辐射剂量，危害人体健康，同时测试过程中放射源所处的距离不同，角度不同，衰减介质不同，都会对探测仪器的性能验证产生影响，而测试过程中，往往由于测试条件的限制，不可能通过使用放射源照射产生全方位的辐射信号对仪器进行测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能通过产生各种距离、角度以及衰减介质下的脉冲信号的核探测器信号模拟装置及方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种核探测器信号模拟装置，包括模拟采集模块、信号检测模块、数据存储模块、人机交互模块、数据处理模块和波形生成模块；模拟采集模块与信号检测模块相连接，信号检测模块与数据存储模块相连接，数据存储模块和人机交互模块都与数据处理模块连接，数据处理模块与波形生成模块连接；

模拟采集模块用于完成对探测器产生的脉冲信号的采集，并将数据传送到信号检测模块；

信号检测模块用于通过信号识别算法识别探测器输出脉冲的基本参数，识别的探测器输出脉冲的基本参数包括幅度、上升时间、形状等信息，并将信号的基本信息传输到数据存储模块存储；

数据存储模块用于将信号检测模块传输来的探测器输出脉冲的基本参数存入数据库，并将基本参数数据发送到数据处理模块；

人机交互模块用于接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，并将数据发送到数据处理模块；

数据处理模块用于将数据存储模块和人机交互模块发送来的数据经过蒙特卡洛算法进行处理，产生数字化的输出信号，并将信号传输到波形生成模块；

具体地，数据处理模块同时接收人机交互模块接收输入的探测器类型、设计参数、探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，结合数据存储模块传输来的探测器脉冲的基本信息，通过蒙特卡洛计算仿真可以生成对应参数下的探测器脉冲数据，并将脉冲数据传输到波形生成模块；

波形生成模块用于将数据处理模块产生的数字化的信号转换为对应的核探测器模拟信号输出，从而输出探测器脉冲波形，该波形可以外接到核探测仪器进行仪器的设计与测试。

本发明通过模拟采集模块采集不同探测器产生的脉冲信号，并通过信号分析模块提取脉冲信号的基本参数，并将基本参数存入数据库存储模块存储，然后通过人机交互模块接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，通过数据处理模块综合以上所有的参数，产生对应的数据，最后通过波形生成模块将数据生成对应的模拟信号发出。通过模拟计算方式产生辐射脉冲信号，替代当前必须使用放射源来产生脉冲信号，减少人体所吸收的辐射剂量；能产生不同类型探测器、不同距离、不同角度、不同衰减介质多种组合下的辐射脉冲信号，比当前单一使用放射源来产生脉冲信号的应用场景广泛。

优选的，核探测器信号模拟装置还包括远程控制接口模块，远程控制接口模块分别与模拟采集模块、数据存储模块以及人机交互模块连接，远程控制接口模块用于控制模拟采集模块的开启和关闭、将采集的探测器信息进行远程传输、以及以远程的方式实现人机交互，将参数信息输入到人机交互模块中。

能通过远程控制接口模块实现数据传输、状态监控以及人机交互，可完全远程控制，即使在辐射脉冲信号采集过程中也可以远离放射源进行信号的采集，减少人体吸入的辐射剂量。

具体地，远程控制接口模块通过和模拟采集模块相连，控制模拟采集模块的开启和关闭，实现即使在使用放射源采集脉冲的过程中，也可以远离放射源，减少人体吸收辐射剂量；远程控制接口模块通过和数据存储模块相连，可以将采集的探测器信息进行远程传输；远程控制接口模块通过和人机交互模块相连接，可以以远程的方式实现人机交互，将参数信息输入到该装置中。

所述的一种核探测器信号模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：

S1、通过模拟采集模块采集探测器产生的脉冲信号，通过信号分析模块提取脉冲信号的基本参数，并将基本参数存入数据库存储模块存储，数据库存储模块存储将信号检测模块传输来的探测器输出脉冲的基本参数存入数据库，并将基本参数数据发送到数据处理模块；

S2、通过人机交互模块接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，并将数据发送到数据处理模块；

S3、数据处理模块同时接收人机交互模块接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，结合数据存储模块传输来的探测器脉冲的基本信息，通过蒙特卡洛计算仿真生成不同参数下的探测器脉冲数据，并将脉冲数据传输到波形生成模块；

S4、波形生成模块将数据处理模块产生的数字化的信号转换为对应的核探测器模拟信号输出。从而输出探测器脉冲波形，该波形可以外接到核探测仪器进行仪器的设计与测试。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明通过电子装置模拟核辐射探测器的输出信号，替代真实的放射源产生的信号，用于核探测器的设计和测试过程，减少了人体吸收额外辐射剂量，同时能通过产生各种距离、角度以及衰减介质下的脉冲信号，完成对探测仪器的全方位测试。解决了核探测仪器设计和测试中，需要经常使用核放射源对探测器进行照射产生辐射脉冲信号，使人体吸收额外的辐射剂量，以及放射源照射产生多种不同条件下的脉冲信号操作复杂，测试效率低，仪器测试验证不全面的问题。

2、本发明通过模拟采集模块采集不同探测器产生的脉冲信号，并通过信号分析模块提取脉冲信号的基本参数，并将基本参数存入数据库存储模块存储，然后通过人机交互模块接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，通过数据处理模块综合以上所有的参数，产生对应的数据，最后通过波形生成模块将数据生成对应的模拟信号发出。通过模拟计算方式产生辐射脉冲信号，替代当前必须使用放射源来产生脉冲信号，减少人体所吸收的辐射剂量；能产生不同类型探测器、不同距离、不同角度、不同衰减介质多种组合下的辐射脉冲信号，比当前单一使用放射源来产生脉冲信号的应用场景广泛。

3、良好的人机交互模块，方便修改各种参数，即时输出多种脉冲信号。

4、能通过远程控制接口模块实现数据传输、状态监控以及人机交互，可完全远程控制，即使在辐射脉冲信号采集过程中也可以远离放射源进行信号的采集，减少人体吸入的辐射剂量。

5、本发明在核探测仪器设计和测试中有望替代使用真实的放射源来产生辐射脉冲信号，不但减少了人体吸收额外辐射剂量，同时能输出全方位的模拟脉冲信号，完成对仪器的全面测试，具有对人体健康有利，并能显著提高仪器设计和测试的效率，具有较好的应用前景。

6、相比于现有核脉冲模拟装置或方法主要侧重于模拟核信号的随机特性及核信号自身的脉冲特性，本发明不但包含了核信号的随机特性、脉冲特性等，更将探测器与放射源之间的空间特性，如探测距离、探测角度、衰减介质特性等信息也包含了进去，是对更为接近真实测量环境下的核信号的模拟。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

附图中标记及相应的零部件名称：

1-模拟采集模块，2-信号检测模块，3-数据存储模块，4-人机交互模块，5-数据处理模块，6-波形生成模块，7-远程控制接口模块。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图1所示，一种核探测器信号模拟装置，包括模拟采集模块、信号检测模块、数据存储模块、人机交互模块、数据处理模块和波形生成模块；模拟采集模块与信号检测模块相连接，信号检测模块与数据存储模块相连接，数据存储模块和人机交互模块都与数据处理模块连接，数据处理模块与波形生成模块连接；

模拟采集模块用于完成对探测器产生的脉冲信号的采集，并将数据传送到信号检测模块；

其中，探测器主要用来探测放射源产生的射线，由于根据放射源所处的距离不同，角度不同，衰减介质不同的不同，探测器所探测到的离子的强度也不同，因此探测器所产生的脉冲信号的特征也不相同。

信号检测模块用于通过信号识别算法识别探测器输出脉冲的基本参数，并将信号的基本信息传输到数据存储模块存储，探测器输出脉冲的基本参数是实现脉冲成型的基本因素，包括幅度、上升时间、形状等参数，全部传输到数据存储模块存储；

所述的信号识别算法采用模板匹配的方法来实现，模板就是已知的核探测器的基本信号，通过相关性系数的方法，从采集的信号中获取与模板特征匹配的信号。

相关系数的公式如下:

相关系数的值介于–1与+1之间，即–1≤r≤+1。其性质如下：

当r>0时，表示两变量正相关，r<0时，两变量为负相关。当|r|=1时，表示两变量为完全线性相关，即为函数关系。当r=0时，表示两变量间无线性相关关系。当0<|r|<1时，表示两变量存在一定程度的线性相关。且|r|越接近1，两变量间线性关系越密切；|r|越接近于0，表示两变量的线性相关越弱。

数据存储模块用于将信号检测模块传输来的探测器输出脉冲的基本参数存入数据库，并将基本参数数据发送到数据处理模块；

人机交互模块用于接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，并将数据发送到数据处理模块；

数据处理模块用于将数据存储模块和人机交互模块发送来的数据经过蒙特卡洛算法进行处理，产生数字化的输出信号，并将信号传输到波形生成模块；

具体地，数据处理模块同时接收人机交互模块接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，结合数据存储模块传输来的探测器脉冲的基本信息，通过蒙特卡洛计算仿真可以生成对应参数下的探测器脉冲数据，并将脉冲数据传输到波形生成模块；

波形生成模块用于将数据处理模块产生的数字化的信号转换为对应的核探测器模拟信号输出，从而输出探测器脉冲波形，该波形可以外接到核探测仪器进行仪器的设计与测试。

优选的，核探测器信号模拟装置还包括远程控制接口模块，远程控制接口模块分别与模拟采集模块、数据存储模块以及人机交互模块连接，远程控制接口模块用于控制模拟采集模块的开启和关闭、将采集的探测器信息进行远程传输、以及以远程的方式实现人机交互，将参数信息输入到人机交互模块中。

具体地，远程控制接口模块通过和模拟采集模块相连，控制模拟采集模块的开启和关闭，实现即使在使用放射源采集脉冲的过程中，也可以远离放射源，减少人体吸收辐射剂量；远程控制接口模块通过和数据存储模块相连，可以将采集的探测器信息进行远程传输；远程控制接口模块通过和人机交互模块相连接，可以以远程的方式实现人机交互，将参数信息输入到该装置中。

所述的一种核探测器信号模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：

S1、通过模拟采集模块采集探测器产生的脉冲信号，通过信号分析模块提取脉冲信号的基本参数，并将基本参数存入数据库存储模块存储，数据库存储模块存储将信号检测模块传输来的探测器输出脉冲的基本参数存入数据库，并将基本参数数据发送到数据处理模块；

S2、通过人机交互模块接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，并将数据发送到数据处理模块；

S3、数据处理模块同时接收人机交互模块接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，结合数据存储模块传输来的探测器脉冲的基本信息，通过蒙特卡洛计算仿真生成不同参数下的探测器脉冲数据，并将脉冲数据传输到波形生成模块；

S4、波形生成模块将数据处理模块产生的数字化的信号转换为对应的核探测器模拟信号输出。从而输出探测器脉冲波形，该波形可以外接到核探测仪器进行仪器的设计与测试。

如上所述，可较好的实现本发明。

Claims (4)

1.一种核探测器信号模拟装置，其特征在于，包括模拟采集模块、信号检测模块、数据存储模块、人机交互模块、数据处理模块和波形生成模块；

模拟采集模块用于完成对探测器产生的脉冲信号的采集，并将数据传送到信号检测模块；

信号检测模块用于通过信号识别算法识别探测器输出脉冲的基本参数，并将信号的基本信息传输到数据存储模块存储；

数据存储模块用于将信号检测模块传输来的探测器输出脉冲的基本参数存入数据库，并将基本参数数据发送到数据处理模块；

人机交互模块用于接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，并将数据发送到数据处理模块；

数据处理模块用于将数据存储模块和人机交互模块发送来的数据经过蒙特卡洛算法进行处理，产生数字化的输出信号，并将信号传输到波形生成模块。

2.根据权利要求1所述的一种核探测器信号模拟装置，其特征在于，所述的数据处理模块同时接收人机交互模块接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，结合数据存储模块传输来的探测器脉冲的基本信息，通过蒙特卡洛计算仿真生成探测器脉冲数据，并将脉冲数据传输到波形生成模块。

3.根据权利要求1或2所述的一种核探测器信号模拟装置，其特征在于，还包括远程控制接口模块，远程控制接口模块用于控制模拟采集模块的开启和关闭、将采集的探测器信息进行远程传输、以及以远程的方式实现人机交互，将参数信息输入到人机交互模块中。

4.如权利要求1所述的一种核探测器信号模拟装置的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过模拟采集模块采集探测器产生的脉冲信号，通过信号分析模块提取脉冲信号的基本参数，并将基本参数存入数据库存储模块存储，数据库存储模块存储将信号检测模块传输来的探测器输出脉冲的基本参数存入数据库，并将基本参数数据发送到数据处理模块；

S2、通过人机交互模块接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，并将数据发送到数据处理模块；

S3、数据处理模块同时接收人机交互模块接收输入的探测器类型、探测器设计参数、粒子类型特性、发射距离、衰减介质、探测角度、信号输出幅度和信噪比，结合数据存储模块传输来的探测器脉冲的基本信息，通过蒙特卡洛计算仿真生成不同参数下的探测器脉冲数据，并将脉冲数据传输到波形生成模块；

S4、波形生成模块将数据处理模块产生的数字化的信号转换为对应的核探测器模拟信号输出。