[发明专利]一种γ能谱测量谱漂及积分非线性校正方法

说明书

本发明公开了一种γ能谱测量谱漂及积分非线性校正方法，包括γ射线探测器、放大整形电路、ADC电路和数字化脉冲幅度分析器；谱漂和积分非线性校正方法在FPGA上构建的SOPC中实现；其过程是探测器输出电压脉冲，该脉冲信号经放大整形后通过ADC电路数字化，经数字化脉冲幅度分析器分析处理，再经网络输入数据转换处理、谱漂及积分非线性校正神经网络和网络输出数据转换处理，获得γ能谱测量的谱数据。其有益效果是：简化硬件电路设计，降低测量环境和硬件系统性能变化带来测量结果的不确定度，避免谱漂及积分非线性测量误差；采用同一个神经网络同时对谱漂和积分非线性进行校正，可避免分步校正导致的校正效果冲突，达到谱漂和积分非线性综合校正的目的。

技术领域

本发明涉及地质勘探中的测量设备，具体地说，涉及一种利用γ能谱测量谱漂及积分非线性的校正方法。

背景技术

γ能谱测量通常采用NaI(Tl)闪烁晶体+光电倍增管+前置放大电路的探测器结构，其原理为γ射线入射到NaI(Tl)闪烁体内与NaI(Tl)闪烁晶体作用后，所产生次级电子使闪烁体分子电离或激发，退激时NaI(Tl)闪烁晶体发出大量光子，光子聚到光电倍增管的光阴极后，通过光电效应光子在光阴极上打出光电子，光电子在光电倍增管中逐步倍增，经各个倍增极倍增后的电子到阳极收集，通过前置放大电路而形成探测器输出电压脉冲，该电压脉冲经过信号放大整形电路后通过多道脉冲幅度分析器获得γ能谱测量的多道谱数据，如图1所示。

γ能谱测量过程信号的转化过程是：γ射线能量-NaI(T1)晶体的发光强度-光电子数量-电压脉冲幅值-信号放大整形后脉冲幅值-数字化脉冲幅度值，γ能谱精确测量分析的前提是在测量范围内信号转化过程呈较好的线性关系。

多道脉冲幅度分析过程为：多道脉冲幅度分析器把放大整形后的脉冲信号幅度进行量化，获得代表其脉冲幅度的数字量，再将被测量的脉冲按幅度分类计数,将代表脉冲幅度的数字量作为所对应的道址,脉冲的幅度在哪一个间隔,即对应道值中的计数加1，如图1所示。

经过一定周期的测量,各道对应的计数反映了输入γ射线的能谱分布图，即按不同γ射线的能量分布记录射线的强度，横坐标为能量，纵坐标为对应能量γ射线的计数率，即每一个道址内的脉冲个数代表该能量γ射线的强度，如图2所示。

1γ能谱测量谱漂产生的原因分析

在应用过程中谱漂是影响γ能谱仪准确度的主要因素。谱漂是表示测量得到的仪器谱与规定的“标准谱”相比较，谱线发生整体前移或后移，因此在后期数据处理及应用过程中给截取探测核素对应能窗范围内的数据带来误差，造成γ能谱测量结果的偏差(图3所示)。因此在γ能谱测量过程中需采取谱漂校正技术。

对于闪烁体射线探测器产生谱漂的原因有很多，按照闪烁体探测器的组成部分以及信号的传递过程分析，产生谱漂主要原因包括：一、由于测量环境温度的变化,闪烁晶体的发光效率和光电倍增管转换效率都受到温度变化的影响，电子学部分也由于温度效应导致其性能指标的变化，进而导致探测器输出信号受温度变化的影响；二、测量环境地磁场对光电倍增管性能的影响；三、仪器的不稳定性,包括元器件的疲劳效应、老化现象及仪器连续工作稳定性能、抗干扰能力等。

2γ能谱测量非线性的原因分析

γ能谱测量系统数据采集过程与其他测量系统类似，均是经过传感器将实际物理量转换为微弱的电信号；然后通过放大器将微弱的电信号转变成可供A/D转换电路能够接受的电信号，经过A/D转化获得供后续处理分析的数字量。从实际物理量转变到采集系统所需的数字量过程中,任何一个环节的非线性,必然导致探测目标实际物理量与探测结果的数字量间存在积分非线性关系，其中传感器大多具有积分非线性特性,是测量系统的输入与输出之间不能保证很好的线性关系的主要原因。