高计数率数字化谱仪信号处理技术研究

摘要

煤炭作为火力发电厂的主要燃料，对其组成成分进行在线精确测量，可实时指导火电厂锅炉的优化燃烧，提高燃烧效率，减少污染物排放，降低不良事故的发生率。瞬发伽玛中子活化分析(PGNAA)是实现煤炭等块状物料在线检测的主流方法，高计数率数字化伽玛能谱多道分析仪是保障物料成分高精度在线测量的核心部件，本文针对高计数率脉冲信号的获取和处理、高分辨率伽玛能谱的形成等关键技术进行理论分析和实验研究。
　　本文首先进行了测试平台的研究设计，选用了大规格的晶体探测器和高速模数转换器，在对煤炭等物料进行检测时，单位时间内可采集到更多的特征伽玛射线信号;同时设计并开发了信号分析处理平台，以实现数字化脉冲信号的平滑滤波算法，生成有效的伽玛能谱，可提供信号处理算法的比较、验证和评价。
　　本文研究分析了闪烁体晶体探测器获取的伽玛信号脉冲特征，研究分析了多种滤波算法的特点，在此基础上主要针对最小二乘滤波法和无限脉冲响应滤波中的巴特沃斯滤波器、切比雪夫Ⅰ型滤波器、切比雪夫Ⅱ型滤波器、椭圆滤波器进行实验验证。研究结果表明:三阶巴特沃斯低通滤波为最适用于高计数率数字化谱仪信号脉冲平滑滤波的算法，最佳滤波截止频率为1.5MHz。
　　本文研究了从数字脉冲信号到伽玛能谱的建立过程，针对高计数率下存在的脉冲信号堆积效应，本文提出了四种信号脉冲寻峰算法和四种信号脉冲重叠峰处理算法。在信号分析处理平台上，分析比较了上述算法所形成的伽玛能谱的氢峰分辨率、计数率以及信号处理时间。研究结果表明:导数寻峰法和多点比较寻峰法为最适用于谱仪信号脉冲寻峰的算法;按阈值删除法和模型库处理法为最适用于谱仪信号脉冲重叠峰处理的算法。
　　最后通过对煤样的在线检测实验得出，本文研究的高计数率数字化伽玛能谱多道分析仪，在性能上明显优于传统基于中小规格晶体探测器的电子学谱仪。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 课题的提出及其意义

1．2 国内外研究的现状

1．2．1 谱仪技术的发展

1．2．2 数字化谱仪信号处理算法的研究概述

1．3 本论文的主要研究内容

1．4 小结

第二章 研究试验平台设计

2．1 瞬发伽玛中子活化分析(PGNAA)简介

2．2 检测试验平台研究设计

2．2．1 高计数率数字化伽玛能谱多道分析仪的组成及工作过程

2．2．2 伽玛能谱多道分析仪的硬件组成及基本原理

2．2．3 检测试验平台结构设计

2．3 信号分析处理平台设计开发

2．3．1 信号分析处理平台设计开发环境及语言介绍

2．3．2 信号分析处理平台界面及功能介绍

2．4 实验分析指标

2．5 小结

第三章 脉冲信号数字化滤波技术研究

3．1 脉冲信号特征分析

3．1．1 数字脉冲信号干扰特征

3．1．2 数字脉冲信号峰型特征

3．2 信号滤波算法概述

3．3 脉冲信号数字化滤波算法研究

3．3．1 最小二乘滤波

3．3．2 无限脉冲响应滤波

3．4 脉冲信号数字化滤波算法实验研究

3．4．1 滤波算法实验分析

3．4．2 巴特沃斯滤波阶次与滤波截止频率分析

3．5 小结

第四章 数字化能谱实现技术的研究

4．1 伽玛能谱信号的建立

4．2 信号脉冲寻峰算法研究

4．2．1 几种常见的寻峰算法

4．2．2 针对信号脉冲的寻峰算法研究

4．3 信号脉冲重叠峰处理算法研究

4．3．1 按阈值判断删除的重叠峰处理算法

4．3．2 基于脉冲模型的重叠峰分离算法

4．3．3 基于脉冲模型库的重叠峰分离算法

4．3．4 基于最小二乘拟合的重叠峰分离算法

4．4 脉冲信号寻峰与重叠峰处理算法实验研究

4．4．1 实验中寻峰算法及重叠峰处理算法的参数设定

4．4．2 脉冲信号寻峰算法实验研究

4．4．3 脉冲信号重叠峰处理算法实验研究

4．5 高计数率数字化谱仪与传统电子学谱仪的实验比较

4．6 小结

第五章 总结及展望

5．1 总结

5．2 后续研究展望

参考文献

致谢

作者在研究生期间主要学术成果