阅读说明：本技术 甄别脉冲信号的方法、fpga、装置和存储介质 (Method, FPGA, device and storage medium for discriminating pulse signal ) 是由 曹振 李玉兰 赵崑 赵继南 于 2018-08-16 设计创作，主要内容包括：本公开提出一种甄别脉冲信号的方法、FPGA、装置和存储介质,涉及辐射探测技术领域。其中的方法包括：对数字脉冲信号进行脉冲幅度甄别,其中,数字脉冲信号是待甄别的脉冲信号经数字化处理得到的；如果脉冲幅度甄别结果大于预设幅度参考值,判定脉冲信号是α粒子脉冲信号；如果脉冲幅度甄别结果不大于预设幅度参考值,对数字脉冲信号进行脉冲形状甄别或脉冲宽度甄别；根据脉冲形状甄别结果或脉冲宽度甄别结果,判定脉冲信号是α粒子脉冲信号或β粒子脉冲信号。从而,有效甄别α、β粒子脉冲信号,降低甄别过程中低能α粒子串道到β粒子的比率。(The method comprises the steps of conducting pulse amplitude screening on a digital pulse signal, wherein the digital pulse signal is obtained by conducting digital processing on the pulse signal to be screened, judging that the pulse signal is an α particle pulse signal if the pulse amplitude screening result is larger than a preset amplitude reference value, conducting pulse shape screening or pulse width screening on the digital pulse signal if the pulse amplitude screening result is not larger than the preset amplitude reference value, and judging that the pulse signal is a α particle pulse signal or a β particle pulse signal according to the pulse shape screening result or the pulse width screening result, so that the α and β particle pulse signals are effectively screened, and the ratio of low-energy α particle channel to β particles in the screening process is reduced.)

甄别脉冲信号的方法、FPGA、装置和存储介质

技术领域

本公开涉及辐射探测技术领域，特别涉及一种甄别脉冲信号的方法、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、装置和存储介质。

背景技术

便携式α、β表面污染仪，使用双闪烁体和一个光电探测器件实现α、β表面污染的测量，其中双闪烁体由ZnS(Ag)闪烁体涂布在塑料闪烁体上组成。

测量时，α粒子基本只在ZnS(Ag)闪烁体中产生电离效应并发光，β粒子则主要在塑料闪烁体中产生电离效应并发光。光电探测器件收集闪烁光，并将其转化为电信号，实现对α、β粒子的测量。

如何甄别产生脉冲信号的射线种类是表面污染仪的关键技术。

发明内容

鉴于此，本公开提出一种甄别脉冲信号的方案，能够甄别产生脉冲信号的射线种类。

本公开的一些实施例提出一种甄别脉冲信号的方法，包括：

对数字脉冲信号进行脉冲幅度甄别，其中，所述数字脉冲信号是待甄别的脉冲信号经数字化处理得到的；

如果脉冲幅度甄别结果大于预设幅度参考值，判定所述脉冲信号是α粒子脉冲信号；

如果脉冲幅度甄别结果不大于所述预设幅度参考值，对所述数字脉冲信号进行脉冲形状甄别或脉冲宽度甄别；

根据脉冲形状甄别结果或脉冲宽度甄别结果，判定所述脉冲信号是α粒子脉冲信号或β粒子脉冲信号。

可选地，对所述数字脉冲信号进行脉冲幅度甄别包括：

对所述数字脉冲信号进行积分，得到能量信息，所述能量信息用于表征脉冲幅度信息；

将所述能量信息与预设能量参考值进行比较；

其中，所述预设幅度参考值包括所述预设能量参考值。

可选地，对所述数字脉冲信号进行脉冲形状甄别包括：

将所述数字脉冲信号的至少一项形状信息与相应形状信息项的参考值进行比较，

其中，形状信息项包括上升沿信息项、下降沿信息项或者波形信息项。

可选地，进行脉冲幅度甄别的数字脉冲信号预先经过电荷灵敏前置放大器的处理，所述预设幅度参考值是预设能量参考值，进行脉冲形状甄别或脉冲宽度甄别的数字脉冲信号预先经过电流灵敏前置放大器的处理。

可选地，进行甄别的数字脉冲信号预先经过电流灵敏前置放大器的处理。

本公开的一些实施例提出一种甄别脉冲信号的现场可编程门阵列FPGA，包括：

第一甄别模块，用于对数字脉冲信号进行脉冲幅度甄别，如果脉冲幅度甄别结果大于预设幅度参考值，判定脉冲信号是α粒子脉冲信号，其中，所述数字脉冲信号是待甄别的所述脉冲信号经数字化处理得到的；

第二甄别模块，用于如果脉冲幅度甄别结果不大于所述预设幅度参考值，对所述数字脉冲信号进行脉冲形状甄别或脉冲宽度甄别，根据脉冲形状甄别结果或脉冲宽度甄别结果，判定所述脉冲信号是α粒子脉冲信号或β粒子脉冲信号。

可选地，所述第一甄别模块，用于：

对所述数字脉冲信号进行积分，得到能量信息，所述能量信息用于表征脉冲幅度信息，将所述能量信息与预设能量参考值进行比较，如果所述能量信息大于预设能量参考值，判定所述脉冲信号是α粒子脉冲信号；

其中，所述预设幅度参考值包括所述预设能量参考值。

可选地，所述第二甄别模块，在对所述数字脉冲信号进行脉冲形状甄别时用于：

将所述数字脉冲信号的至少一项形状信息与相应形状信息项的参考值进行比较，如果所述数字脉冲信号的形状信息项与α粒子相应形状信息项的参考值匹配，判定所述脉冲信号是α粒子脉冲信号，如果所述数字脉冲信号的形状信息项与β粒子相应形状信息项的参考值匹配，判定所述脉冲信号是β粒子脉冲信号；

其中，形状信息项包括上升沿信息项、下降沿信息项或者波形信息项。

本公开的一些实施例提出一种甄别脉冲信号的现场可编程门阵列FPGA，包括：

存储器；以及

耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行任意一项所述的甄别脉冲信号的方法。

本公开的一些实施例提出一种甄别脉冲信号的装置，包括：

模拟数字转换器，用于将待甄别的脉冲信号进行数字化处理，得到数字脉冲信号；

任意一项所述的现场可编程门阵列FPGA。

可选地，甄别脉冲信号的装置还包括：电流灵敏前置放大器；其中，电流灵敏前置放大器与模拟数字转换器电连接，模拟数字转换器与所述FPGA电连接。

可选地，所述模拟数字转换器包括第一模拟数字转换器和第二模拟数字转换器。所述装置还包括：电荷灵敏前置放大器和电流灵敏前置放大器；其中，电荷灵敏前置放大器与第一模拟数字转换器电连接，第一模拟数字转换器与所述FPGA的第一甄别模块电连接；电流灵敏前置放大器与第二模拟数字转换器电连接，第二模拟数字转换器与所述FPGA的第二甄别模块电连接。

本公开的一些实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任意一项所述的甄别脉冲信号的方法的步骤。

附图说明

下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。根据下面参照附图的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是α粒子脉冲波形和β粒子脉冲波形的示意图。

图2是本公开甄别脉冲信号的方法一些实施例的流程示意图。

图3是RC积分电路的示意图。

图4A是本公开甄别脉冲信号的方法另一些实施例的流程示意图。

图4B是本公开甄别脉冲信号的方法另一些实施例的流程示意图。

图5是本公开的甄别脉冲信号的现场可编程门阵列FPGA一些实施例的结构示意图。

图6是本公开的甄别脉冲信号的现场可编程门阵列FPGA另一些实施例的结构示意图。

图7和图8是本公开的甄别脉冲信号的装置一些实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

α、β表面污染仪：α粒子在ZnS(Ag)闪烁体中产生电离效应并发光，β粒子在塑料闪烁体中产生电离效应并发光。光电探测器件收集闪烁光，并将其转化为电信号。

发明人发现：如图1所示，α粒子脉冲波形和β粒子脉冲波形具有一定的差异性，根据该差异性可以进行粒子脉冲的甄别。

图2是本公开甄别脉冲信号的方法一些实施例的流程示意图。该实施例的方法例如可以由FPGA执行。

如图2所示，该实施例的方法包括：步骤210～240。

在步骤210，对数字脉冲信号进行脉冲幅度甄别，其中，数字脉冲信号是待甄别的脉冲信号经数字化处理得到的。

例如，采用模拟数字转换器将待甄别的脉冲信号进行数字化处理，得到数字脉冲信号。

如图1所示，α粒子脉冲和β粒子脉冲的幅度具有一定的差异性，α粒子脉冲的幅度比β粒子脉冲的幅度更高一些。因此，通过脉冲幅度甄别理论上可以甄别出α粒子脉冲和β粒子脉冲。

经研究发现，利用脉冲幅度甄别，β粒子串道到α粒子的比率很少，而低能α粒子串道到β粒子的比率较高。因此，如果脉冲幅度甄别结果大于预设幅度参考值，可以直接作出判定，即执行步骤220。如果脉冲幅度甄别结果不大于预设幅度参考值，由于低能α粒子和β粒子之间的存在串道，因此，无法准确判定，需要执行步骤230，以进一步甄别。

在步骤220，如果脉冲幅度甄别结果大于预设幅度参考值，判定脉冲信号是α粒子脉冲信号。

其中，预设幅度参考值例如可以根据实验测得的α粒子脉冲信号的幅度信息确定。

在步骤230，如果脉冲幅度甄别结果不大于预设幅度参考值，对数字脉冲信号进行脉冲形状甄别或脉冲宽度甄别。

如图1所示，α粒子脉冲和β粒子脉冲的宽度具有一定的差异性，α粒子脉冲的宽度比β粒子脉冲的宽度更宽一些。因此，通过脉冲宽度甄别可以甄别出α粒子脉冲和β粒子脉冲。例如，选取设定幅值yo处的脉冲宽度进行甄别，通过设定幅值yo可以选取脉冲宽度差异性最大的部分进行甄别，有利于提高甄别的准确性。

如图1所示，α粒子脉冲和β粒子脉冲的形状具有一定的差异性，例如，α粒子脉冲的上升沿或者下降沿比β粒子脉冲的上升沿或者下降沿更平滑一些。因此，通过脉冲形状甄别可以甄别出α粒子脉冲和β粒子脉冲。

在步骤240，根据脉冲形状甄别结果或脉冲宽度甄别结果，判定脉冲信号是α粒子脉冲信号或β粒子脉冲信号。

如果脉冲形状甄别结果与α粒子脉冲形状参考信息匹配，判定脉冲信号是α粒子脉冲信号，如果脉冲形状甄别结果与β粒子脉冲形状参考信息匹配，判定脉冲信号是β粒子脉冲信号。

如果脉冲宽度甄别结果与α粒子脉冲宽度参考信息匹配，判定脉冲信号是α粒子脉冲信号，如果脉冲宽度甄别结果与β粒子脉冲宽度参考信息匹配，判定脉冲信号是β粒子脉冲信号。

上述实施例能够有效甄别α、β粒子脉冲信号，降低甄别过程中低能α粒子串道到β粒子的比率。

经研究发现，脉冲的幅度与入射粒子能量成正比，因此，可以利用能量信息表征脉冲幅度信息，来实现脉冲幅度甄别。从而，更准确地体现α粒子脉冲和β粒子脉冲的幅度方面的差异。

鉴于此，本公开还提出一种通过积分方式对数字脉冲信号进行脉冲幅度甄别的方法。该方法包括：

对数字脉冲信号进行积分，得到能量信息，能量信息用于表征脉冲幅度信息，将能量信息与预设能量参考值进行比较，如果能量信息大于预设能量参考值，判定脉冲信号是α粒子脉冲信号；其中，预设幅度参考值包括预设能量参考值。

其中，积分处理例如可以参考图3所示的RC积分电路实现，其中，R表示电阻，C表示电容。

本公开还提出一种对数字脉冲信号进行脉冲形状甄别的方法。该方法包括：

将数字脉冲信号的至少一项形状信息与相应形状信息项的参考值进行比较，如果数字脉冲信号的形状信息项与α粒子相应形状信息项的参考值匹配，判定脉冲信号是α粒子脉冲信号，如果数字脉冲信号的形状信息项与β粒子相应形状信息项的参考值匹配，判定脉冲信号是β粒子脉冲信号。其中，形状信息项包括上升沿信息项、下降沿信息项或者波形信息项。

从而，根据脉冲的部分或全部的波形特征，就可以甄别出α粒子脉冲和β粒子脉冲。

图4A是本公开甄别脉冲信号的方法另一些实施例的流程示意图。

如图4A所示，该实施例的方法包括：步骤310～360。

在步骤310，利用电流灵敏前置放大器对待甄别的脉冲信号进行放大。

电流灵敏前置放大器可以对输入的电流信号直接进行放大，输出的电流或电流幅度与输入的电流信号成正比，也称为快前置放大器，可以获得精确的时间信息。

在步骤320，利用模拟数字转换器对电流灵敏前置放大器输出的脉冲信号进行数字化处理得到数字脉冲信号。

在步骤330，FPGA对数字脉冲信号进行脉冲幅度甄别。

例如，FPGA可以采用前述的通过积分方式对数字脉冲信号进行脉冲幅度甄别的方法，也可以直接采集数字脉冲信号的幅度进行脉冲幅度甄别。

在步骤340，如果脉冲幅度甄别结果大于预设幅度参考值，FPGA判定脉冲信号是α粒子脉冲信号。

在步骤350，如果脉冲幅度甄别结果不大于预设幅度参考值，FPGA对数字脉冲信号进行脉冲形状甄别或脉冲宽度甄别。

在步骤360，FPGA根据脉冲形状甄别结果或脉冲宽度甄别结果，判定脉冲信号是α粒子脉冲信号或β粒子脉冲信号。

上述实施例，利用电流灵敏前置放大器对待甄别的脉冲信号放大，可以增大α粒子脉冲和β粒子脉冲的差异性，有利于更准确地甄别出α粒子脉冲和β粒子脉冲。

图4B是本公开甄别脉冲信号的方法另一些实施例的流程示意图。

如图4B所示，该实施例的方法包括：

在步骤410，利用电荷灵敏前置放大器对待甄别的脉冲信号进行放大。

电荷灵敏前置放大器可以对输入的电流信号进行积分输出电压信号，即能量信息。

在步骤420，利用模拟数字转换器对电荷灵敏前置放大器输出的脉冲信号进行数字化处理得到第一数字脉冲信号。然后执行步骤450。

在步骤430，利用电流灵敏前置放大器对待甄别的脉冲信号进行放大。

在步骤440，利用模拟数字转换器对电流灵敏前置放大器输出的脉冲信号进行数字化处理得到第二数字脉冲信号。然后执行步骤470。

在步骤450，FPGA对第一数字脉冲信号进行脉冲幅度甄别，将第一数字脉冲信号与预设能量参考值进行比较。

在步骤460，如果第一数字脉冲信号大于预设能量参考值，FPGA判定脉冲信号是α粒子脉冲信号。

在步骤470，如果第一数字脉冲信号不大于预设能量参考值，FPGA对第二数字脉冲信号进行脉冲形状甄别或脉冲宽度甄别。

在步骤480，根据脉冲形状甄别结果或脉冲宽度甄别结果，FPGA判定脉冲信号是α粒子脉冲信号或β粒子脉冲信号。

上述实施例，利用电流灵敏前置放大器对待甄别的脉冲信号放大，可以增大α粒子脉冲和β粒子脉冲的差异性，有利于更准确地甄别出α粒子脉冲和β粒子脉冲；利用电荷灵敏前置放大器对待甄别的脉冲信号进行放大，FPGA内部无需部署积分功能，直接根据预设能量参考值进行比较即可完成脉冲幅度甄别，可以简化FPGA的功能。

图5是本公开的甄别脉冲信号的现场可编程门阵列FPGA一些实施例的结构示意图。

如图5所示，该实施例的FPGA包括逻辑模块510～520。其中，

第一甄别模块510，用于对数字脉冲信号进行脉冲幅度甄别，如果脉冲幅度甄别结果大于预设幅度参考值，判定脉冲信号是α粒子脉冲信号，其中，数字脉冲信号是待甄别的脉冲信号经数字化处理得到的。

第二甄别模块520，用于如果脉冲幅度甄别结果不大于预设幅度参考值，对数字脉冲信号进行脉冲形状甄别或脉冲宽度甄别，根据脉冲形状甄别结果或脉冲宽度甄别结果，判定脉冲信号是α粒子脉冲信号或β粒子脉冲信号。

在一些实施例中，第一甄别模块510，用于：对数字脉冲信号进行积分，得到能量信息，能量信息用于表征脉冲幅度信息，将能量信息与预设能量参考值进行比较，如果能量信息大于预设能量参考值，判定脉冲信号是α粒子脉冲信号；其中，预设幅度参考值包括预设能量参考值。

在一些实施例中，第二甄别模块520，在对数字脉冲信号进行脉冲形状甄别时用于：

将数字脉冲信号的至少一项形状信息与相应形状信息项的参考值进行比较，如果数字脉冲信号的形状信息项与α粒子相应形状信息项的参考值匹配，判定脉冲信号是α粒子脉冲信号，如果数字脉冲信号的形状信息项与β粒子相应形状信息项的参考值匹配，判定脉冲信号是β粒子脉冲信号；其中，形状信息项包括上升沿信息项、下降沿信息项或者波形信息项。

从而，有效甄别α、β粒子脉冲信号，降低甄别过程中低能α粒子串道到β粒子的比率。

图6是本公开的甄别脉冲信号的现场可编程门阵列FPGA另一些实施例的结构示意图。

如图6所示，该实施例的FPGA包括：

存储器610以及耦接至该存储器610的处理器620，处理器620被配置为基于存储在存储器610中的指令，执行任意一些实施例中的甄别脉冲信号的方法。

其中，存储器610例如可以包括系统存储器、固定非易失性存储介质等。系统存储器例如存储有操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)以及其他程序等。

该实施例的FPGA还可以包括输入输出接口630。输入输出接口630为显示器、鼠标、键盘、触摸屏等输入输出设备提供连接接口。

该实施例的FPGA还可以包括布线640。存储器610、处理器620、输入输出接口630之间例如可以通过总线640通信。

本公开还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任意一些实施例中的甄别脉冲信号的方法的步骤。

图7和图8是本公开的甄别脉冲信号的装置一些实施例的结构示意图。

如图7和图8所示，该实施例的装置包括：

模拟数字转换器710，用于将待甄别的脉冲信号进行数字化处理，得到数字脉冲信号；以及

任意一些实施例中的现场可编程门阵列FPGA720。

在一些实施例中，如图7所示，模拟数字转换器710包括第一模拟数字转换器711和第二模拟数字转换器712。该装置还包括：电荷灵敏前置放大器730和电流灵敏前置放大器740。

其中，电荷灵敏前置放大器730与第一模拟数字转换器711电连接，第一模拟数字转换器711与FPGA的第一甄别模块510电连接；电流灵敏前置放大器740与第二模拟数字转换器712电连接，第二模拟数字转换器712与所述FPGA的第二甄别模块520电连接。工作过程参见图4B所示实施例。

在一些实施例中，如图8所示，该装置还包括：电流灵敏前置放大器830。其中，电流灵敏前置放大器830与模拟数字转换器710电连接，模拟数字转换器710与FPGA720电连接。工作过程参见图4A所示实施例。

本领域内的技术人员应当明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解为可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。