低偶然符合效应的高脉冲分辨能力数字化X荧光能谱仪研制

在 X 荧光能谱测量中 ,当两个事例发生间隔较短时 ,存在脉冲前沿或后沿堆积的情况 。如果能谱仪 的脉冲分辨能力不足 ,在事例发生间隔小于能谱仪脉冲分辨能力时 ,发生了偶然符合效应 。当堆积发生在信 号的上升沿时 ,后端电子学无法识别堆积脉冲 ,并将堆积脉冲当成 1 个脉冲 ,从而在测量能谱中会产生虚假 能峰 ;当堆积出现在下降沿时 ,堆积信号间隔小于通道成形时间时 ,堆积信号会被丢弃 ,导致所测量谱线的 有效计数减小 ,对精确放射性测量带来了不利影响 。从提高能谱仪模拟电路信噪比 、降低误触发 、缩短快成 形通道成形时间 、提高能谱仪的脉冲分辨能力 ,从而减小符合效应等角度入手 ,研制了一种低偶然符合效应 的快慢双成形通道的数字化能谱仪 。该能谱仪设计了具有高脉冲分辨能力的快通道 ,采用对称零面积梯形 成形算法 ,有效消除快通道时间变窄带来的不足 ,结合对梯形平顶的判断 ,实现对低频噪声抑制与降低误触 发概率 ;同时设计高信噪比 、低噪声的模拟电路以减小快通道对噪声误触发的概率 ,降低偶然符合概率 。文 中先利用仿真验证了提升快通道时间可以提升脉冲分辨能力 ,接着利用 MOXTEK 的 X 光管激发被测样品 Cu 获得特征 X 射线 ,由 KETEK 的高分辨率 SDD 探测器检测信号 ,通过调节 X 光管的管流得到计数率范围 为 13 ~ 103 kcps 的 X 荧光能谱 ,从而得到偶然符合概率与计数率的关系 ,并且通过改变快通道成形时间分 析其对偶然符合的影响 。实验表明 ,更低的快通道成形时间拥有更高的脉冲分辨率能力 ,更低的偶然符合效 应 ;在 103 kcps 计数率下 ,150 ns 快通道成形时间条件下 ,Cu 的 Kα峰 、 Kβ及 Kα + Kβ的偶然符合概率分 别为 1.568% ,0. 265% 和 0.403% ;设计的对比实验结果表明 :在相同快通道成形时间条件下 ,所研制的数 字化能谱仪相比于 Amptek 的 DP-5 型号数字化能谱仪偶然符合概率低了 60% 。

  • 2021-06-28
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氦光泵磁力仪探头设计和环路数字化研究

法勘探是一种常用的地球物理勘探方法,其中光泵磁力仪是国内外应用于航空和地面磁法测量最多的磁 力仪器.为满足深部矿产资源勘查对高精度磁测设备的需求,本文开展了低噪声、宽量程的高性能数字氦光泵磁力 仪关键技术研究,主要包括磁传感器探头优化设计和新型数字化环路设计两方面.首先通过深入分析影响氦光泵 磁力仪灵敏度的主要决定因素,对磁传感器关键部件氦灯、氦室进行小型化技术研究.解决高性能氦泵源和原子气 室等关键件的制作工艺。提高氦灯效率和氦吸收室的磁共振信号输出强度,制作出高性能、低噪声的小型化氦光泵 探头.然后,针对常规模拟跟踪环路的局限性,通过数字化技术研究,采用FPGA、DsP、DDs、环路跟踪算法和信号 处理软件等技术构成新型数字环路,弥补现有基于模拟跟踪环路技术的模拟式氦光泵磁力仪的不足,该数字环路 降低了氦光泵磁力仪的电路噪声,增强了抗电磁干扰能力,并扩展了磁力仪的量程.本文通过小型探头和数字环路 的技术设计,研制出高精度大量程的地面数字氦光泵磁力仪,并用于第三方测试.通过第三方测试证明:实测仪器 的静态噪声小于4 pT,磁场测量范围为20000~100000 nT,梯度容限大于10000 nT/m.

  • 2021-06-28
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