1 成都理工大学 核技术与自动化工程学院成都 610059
2 东华理工大学 核技术应用教育部工程研究中心南昌 330013
3 东华理工大学 机械与电子工程学院南昌 330013
高斯信号具有对称性和完备性，因此高斯滤波方法在核信号处理以及辐射能谱分析时得到大量使用。目前构造实时处理核脉冲信号的真高斯成形滤波器尚有难度，实际常用数字类高斯成形算法主要是基于模拟核电子学中Sallen-Key滤波器和CR-（RC）n滤波器的电路微分方程推导而得到，其输出的类高斯脉冲信号对称性较差、单级使用时存在下冲等问题。本文提出一种卷积型类高斯成形滤波算法，它以梯形脉冲信号为基础，经过第一次卷积实现双极性脉冲成形，再次卷积进行累加求和从而得到左右对称的类高斯脉冲，利用Z变换方法推导出该算法的数字递推公式。通过仿真模拟研究了算法的有效性和成形参数对幅频特性的影响规律，成形参数na和nc取值增大时，滤波器通频带减小，低频成分幅度相对增加，高频噪声抑制作用增强，但也导致成形脉冲变宽，增加了脉冲堆积概率。最后，利用搭建的X射线荧光测量系统实验平台获取实测核脉冲数据，分别应用类高斯成形算法和梯形成形算法进行离线处理，实验结果表明：该类高斯成形算法具有更好的堆积脉冲分离能力，在相同的X光管管压和管流条件下，设置相同的达峰时间，两者所得能谱的能量分辨率基本相当，但是类高斯成形的能谱具有更高的特征峰面积和总计数。
数字脉冲处理 类高斯成形 梯形成形 能量分辨率 Digital pulse processing Quasi-Gaussian pulse shaping Trapezoidal pulse shaping Energy resolution
成都理工大学 核技术与自动化工程学院成都 610059
高斯脉冲具有信噪比高、弹道亏损小的优点，因此，在核辐射测量系统中常将核辐射探测器输出信号成形为高斯波形。核辐射探测器实际输出的核脉冲信号更接近于双指数信号，因此在小波变换的基础上，利用卷积运算的微分特性，提出了双指数信号高斯脉冲成形算法，并建立了成形系统的冲激响应。采用模拟核脉冲信号，从时域和频域两方面研究了成形参数对成形脉冲形状、滤波特性的影响规律；采用FAST硅漂移探测器（Silicon Drift Detector，SDD）测量标准Mn样品获得实测核脉冲信号，分别进行高斯脉冲成形算法和梯形脉冲成形算法处理，并生成能谱；通过对比5.89 keV特征峰峰面积、能量分辨率，研究两种成形算法在能量分辨率和堆积脉冲分离方面的性能。结果表明：当达峰时间为3.2~6.4 μs时，两种成形算法所得能谱的能量分辨率最佳，此时，两者之差小于5 eV；在相同达峰时间条件下，高斯脉冲成形算法的堆积脉冲分离能力优于梯形脉冲成形算法。
小波变换 高斯脉冲成形 能量分辨率 堆积脉冲 Wavelet transform Gaussian pulse shaping Energy resolution Pile-up pulse
1 成都理工大学, 四川 成都 610059
2 成都师范学院, 四川 成都 611130
在使用能量色散X射线荧光光谱仪定量分析钼铜矿中低含量Cu和Mo元素过程中, X光管的原级谱对测量结果影响非常大。 为了降低这一影响, 采用蒙特卡洛软件模拟了用Ag, Cu和Mo, Ti三种材质的滤片, 在不同厚度情况下对原级谱的影响。 模拟结果显示, 1 mm Ti滤片测铜钼元素效果优于0.2 mm Ag滤片、 0.02 mm Cu和0.1 mm Mo滤片。 根据模拟结果, 在实验室用三种滤片对样品进行了实测, 谱线图对比显示, 用Cu+Mo作滤片测钼元素时, 本底计数大于200, 用Ag和Ti作滤片测钼元素, 几乎没有本底影响。 但相同的样品, 用Ti作滤片测得钼最高计数为800左右, 而用Ag作滤片时测得钼最高计数为300左右。 由此可见, 用Ti作滤片测钼元素时, X光管原级谱对被测量元素的干扰影响小, 其本底低于用银滤片和铜钼滤片。 Ti滤片在降低本底影响的同时, 钼的计数率最高, 说明射线强度损失最少。 用Cu+Mo作滤片测铜元素时, 铜最高计数为300, 用Ag作滤片时铜最高计数为180左右, 而用Ti作滤片铜最高计数为500左右。 由此可见, 在铜元素含量较低时, 用Ti作滤片测铜元素, 铜的计数率最高, 射线强度损失最少。 通过公式计算显示: 用1 mm Ti滤片测钼铜矿中铜的检出限为5.63 mg·kg-1, 钼的检出限为1.39 mg·kg-1, 检出限明显降低。 采用不同含量的标准样品进行测量与化学分析拟合, 通过工作曲线可见, 高、 低含量的样品均具有良好的线性关系, 误差水平符合正常化学分析误差标准, R2为0.99及以上, 说明1 mm Ti滤片测量精密度高。 同一个样品进行多次重复测量, 其Cu元素的RSD(%)=0.59, Mo元素的RSD(%)=0.3, 均小于1, 表明仪器测量稳定性好, 样品测试结果具有重现性。 研究结果为使用能量色散X射线荧光光谱仪测定钼铜矿中的钼和铜滤光片的选择及其厚度的确定提供了可信的依据, 推荐选用1 mm Ti滤片。 经过实际现场的检验。 该方法稳定可靠, 具有重要的实际应用价值。
能量色散X射线荧光光谱仪 原级谱 铜钼元素 滤光片 检出限 Energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer Primary spectrum Copper-molybdenum element Filter Detection limit 光谱学与光谱分析
2020, 40(6): 1934
1 成都理工大学核技术与自动化工程学院, 四川 成都 610059
2 中核四○四有限公司第三分公司, 甘肃 嘉峪关 735100
在核燃料后处理流程中, 需对工艺中的铀浓度进行准确测量。 利用X射线管照射铀溶液, 通过测量铀的L边界X射线透射谱确定铀浓度。 文章设计了铀的L边界X射线透射谱测量系统。 通过配制1~200 g·L-1铀标准溶液, 建立铀浓度测量工作曲线, 并对系统的精密度、 准确度和稳定性进行测试。 结果表明, 铀浓度测量工作曲线线性拟合参数R2=0.999 9; 系统对57.004 g·L-1铀溶液测量精密度为0.21%, 对38.255 g·L-1铀溶液测量相对误差为0.32%; 对2.236 g·L-1铀溶液进行连续测量, 99.67%数据落在μ±3 s。
X射线透射谱 L边界技术 铀浓度测量 X-ray transmission spectrum L-Edge technology Uranium determination 光谱学与光谱分析
2017, 37(11): 3641
成都理工大学核技术学院, 四川 成都 610059
针对矿山尾矿中微量银元素测定的技术难题, 提出了一种基于超短光路原理的能量色散X荧光能谱快速检测的方法。 提高元素测量分辨率, 提高样品分析效率, 降低光管功率, 延长仪器使用寿命。 能谱系统优化了滤片以及探测器屏蔽物等设计, 准直器采用对X射线基本无散射的聚四氟乙烯, 达到微量银元素的检测要求。 实际尾矿测试中, 银的检出限达到01 mg·kg-1, RSD在01%～26%之间, 准确度在87%～115%之间。 对比尾矿、 原矿及精矿的检测实验, 证明了在能量色散X荧光能谱中引入超短光路设计方法, 能够提升系统峰/本底比, 满足微量银元素的检测要求。
矿山尾矿 微量银元素 能量色散X荧光能谱 超短光路 Mine tailings Trace silver EDXRF Ultra short optical path 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2242
1 成都理工大学核技术与自动化工程学院, 四川 成都 610059
2 吉林大学, 吉林 长春 130012
针对传统能量色散X荧光仪(energy dispersive X-ray fluorescence, EDXRF)分析土壤中微量重金属测量精确度低的问题, 提出了一种X荧光仪改进方法。 为了减少反射X射线的影响, 入射X射线垂直照射样品, 探测器平行放置与样品一侧且垂直于X射线。 样品与探测器之间由准直器连接。 对国家标样测量结果表明, 仪器对Mo, Zn, Cu, Pb, Zr, Nb的检出限为0.4, 6.68, 1.97, 6.84, 1.60, 7.59 mg·kg-1。 各元素对数偏差在0～0.05之间。 元素含量在三倍检出限以上RSD%(GBW)小于7, 元素含量在三倍检出限内RSD%(GBW)小于15。 为了验证改进后X荧光仪测量效果, 在大兴安岭地区采集土壤样品与传统荧光仪进行比较分析。 改进X荧光仪提高了土壤中微量重金属测量精度, 满足野外地质普查要求。
能量色散X荧光仪 土壤 重金属 测量精度 EDXRF soil Heavy metal detection Measurement accuracy 光谱学与光谱分析
2016, 36(10): 3429
成都理工大学核技术与自动化工程学院, 四川 成都 610059
在核能谱分析中, 高斯函数最小二乘拟合法是计算单能峰净峰面积常用的方法, 该方法精度较高, 但噪声敏感性较强, 导致拟合出的高斯函数在峰位附近的残差向量较大。 针对该问题, 对高斯函数最小二乘拟合法进行了详细推导, 分析了峰位附近残差向量较大的原因, 提出了一种基于高斯函数最小二乘拟合法的高斯函数加权最小二乘拟合法, 即在高斯函数最小二乘拟合法的基础上, 引入了权重因子。 该权重因子与取对数后数据权重削弱趋势相反或与数据本身趋势相符, 以减小噪声敏感性。 由于在求解高斯函数参数的过程中涉及到求逆矩阵运算, 计算量较大, 耗时较长, 为了提高实时性, 将求逆矩阵的运算过程转换为了简单的方程组运算, 并给出了高斯函数的幅值、 中心及方差参数的快速求解公式。 将这两种方法用于55Fe的特征X射线单能峰的实际拟合中, 结果表明, 高斯函数加权最小二乘拟合法效果均较好, 这说明该方法降低了噪声敏感性, 减小了高斯函数在峰位附近的残差向量, 进一步提高了拟合精度。 另外, 使用快速求解公式, 也减小了运算量, 增强了实时性, 为在便携式设备中的有效使用提供了可能。
核能谱 单能峰 权重因子 加权最小二乘拟合 Nuclear spectrum Single spectrum peak Weight factor Weighted least square fitting 光谱学与光谱分析
2016, 36(8): 2373
1 东华理工大学教育部核技术应用工程研究中心，江西南昌330013
2 成都理工大学核技术学院，四川成都610059
3 萍乡学院 机电系，江西 萍乡 337055
介绍了一种核脉冲信号的数字梯形成形算法。利用函数卷积法实现了梯形成形的递推算法。该算法是核信号滤波成形的常用方法，它的实现提高了系统的时间和能量分辨力。利用 Matlab7.0软件，完成了对理想核脉冲信号和实际探测器输出信号的计算机模拟仿真与分析。该算法可以根据实时信号改变参数配置，优化滤波器并显示成形结果。
核脉冲信号 梯形成形 函数卷积法 软件仿真 nuclear pulse signal digital trapezoidal shaping function convolution software simulation 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(4): 605
在数字化X荧光分析仪中, 不稳定的基线电压, 会直接影响到仪器的性能, 造成能量分辨率下降。 基于此, 利用卡尔曼滤波算法, 对数字化后的X射线荧光信号进行基线估计。 由于现有的经典卡尔曼滤波、 简化sage-husa和改进sage-husa算法模型进行基线滤波的效果都不佳, 因此有必要对现有的算法进行改进和优化。 提出双重遗忘法, 建立新型的基于sage-husa自适应卡尔曼滤波算法模型。 实验结果表明, 利用该数学模型进行基线滤波, 取得了很好的滤波效果。 避免了滤波发散和基线收敛缓慢的问题, 实现了脉冲基线恢复, 提高了仪器的能量分辨率。
X荧光 卡尔曼滤波 数字基线估计 能量分辨率 X-ray fluorescence Kalman filter Digital baseline estimation Energy resolution
1 成都理工大学 地学核技术四川省重点实验室, 成都 610059
2 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室, 成都 610059
3 西南科技大学, 四川 绵阳 621010
针对能量色散X荧光分析(EDXRF)技术中元素间效应实验研究的难点问题，采用蒙特卡罗方法对基于Si(PIN)探测器的EDXRF系统建立模拟模型，并对模拟微束软X射线注量谱建立了高斯展宽算法。对Fe-Ni样品进行模拟计算，表明经该算法展宽后的注量谱与实测Kα系特征X射线谱吻合度较高，并得到了各元素特征X射线归一计数与元素含量关系曲线，结果表明该方法可自行校正EDXRF中元素间效应，获得准确的元素Kα系特征X射线谱理论强度。
能量色散X荧光分析 MCNP软件 高斯展宽 元素间效应 energy dispersive X-ray fluorescence MCNP code Gaussian broadening inter-element effect
