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核放射パルス幅のディジタル化方法及びシステム

国内特許コード P150011684
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2013-517000
公表番号 特表2013-534629
登録番号 特許第5698352号
出願日 平成24年5月22日(2012.5.22)
公表日 平成25年9月5日(2013.9.5)
登録日 平成27年2月20日(2015.2.20)
国際出願番号 CN2012075885
国際公開番号 WO2012163239
国際出願日 平成24年5月22日(2012.5.22)
国際公開日 平成24年12月6日(2012.12.6)
優先権データ
  • 201110147423.2 (2011.6.2) CN
発明者
  • 王 永▲綱▼
  • 朱 文松
  • ▲陳▼ 俊
出願人
  • 中国科学技▲術▼大学
発明の名称 核放射パルス幅のディジタル化方法及びシステム
発明の概要 本発明は、対象電流信号に対して定比率タイミング処理を行って、定比率タイミング信号を出力するステップと、対象電流信号に対して整形処理を行って、対象整形信号を得るステップと、前記対象電流信号のピーク到着時刻Tdと予め定められた時間差ΔTがある時刻Toから、前記対象整形信号とダイナミック閾値信号の同じ時刻での値を比較し、このダイナミック閾値信号がこの対象整形信号より小さい方から小さくなくなるように変化した時刻Totを過閾値時刻とするステップと、上記時刻Tdと時刻Totとの間の時間の長さをディジタル量に変換するステップとを含む。任意2つの、幅がVot1とVot2である前記対象整形信号に対して、上記ダイナミック閾値信号は



を満たす。
従来技術、競合技術の概要



核事件エネルギー検知器は、入射された対象核放射線のパルス幅を測定可能な電気信号に変換して測定するものであり、これらの電気信号は、一連の分離するパルス信号であり、ここで、パルス信号の幅の値は、対象放射線のエネルギーを示す。従来の核幅射パルス信号幅の測定方法では、アナログーディジタルコンバータ(ADC)を用いて、入力されたアナログ信号に対してAD変換を行う。このような方法は、チャネル数が多く,複数のチャネルで並列に読み出す必要がある核検知器システム(例えば、核映像化検知器システム)に適用できない。それは、各チャネルに1つの高速ADCが必要であり、信号の読み出し及びディジタル化電子学システムの規模を大きくしすぎで、応用できないからである。そのため、チャネル数が多く並列読み出し及びディジタル化のニーズに合うとともに、高い集積度を実現できる新型の核放射パルス幅ディジタル化方法は、期待されている。

産業上の利用分野



本発明は、核放射パルス信号処理に関するものであり、特に、核放射パルス幅のディジタル化方法及びシステムに関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
核事件エネルギー検知器と、定比率タイミング回路と、整形回路とを利用し、
定比率タイミング回路を用いて前記核事件エネルギー検知器が出力する対象パルス信号に対して定比率タイミング処理を行い、今回の核事件の到着時刻Tdを示す定比率タイミング信号を出力するステップと、
整形回路を用いて前記対象パルス信号に対して整形処理を行って対象整形信号を得るステップと、
比較器回路が、前記Tdと予め決められた時間差ΔTがある時刻Toから、対象整形信号とダイナミック閾値信号の同じ時刻での値を比較し、当該ダイナミック閾値信号の値が、当該対象整形信号の値よりも小さい値から、当該対象整形信号の値以上の値に変化した時刻を今回の核事件の過閾値時刻Totとするステップと、
時間ディジタル変換(TDC)回路が、前記Tdと前記Totとの間の時間の長さをディジタル量に変換するステップと、を含み、
前記ダイナミック閾値信号が、
【数6】


を満たし、ただし、前記Tot1がある核事件の整形信号と前記ダイナミック閾値信号を比較して得られた過閾値時刻であり、Vot1が前記整形信号の幅であり、Tot2が異なる核事件の前記整形信号と前記ダイナミック閾値信号を比較して得られた過閾値時刻であり、前記Vot2が前記異なる核事件の前記整形信号の幅である、ことを特徴とする核パルス幅ディジタル化方法。

【請求項2】
前記対象整形信号と前記ダイナミック閾値信号との同じ時刻での値を比較する前に、前記ダイナミック閾値信号を生成するステップを更に含む、ことを特徴とする請求項1に記載の核パルス幅ディジタル化方法。

【請求項3】
前記ダイナミック閾値信号を生成するステップは、
予め記憶された一連のディジタル閾値電圧値に基づいて前記ダイナミック閾値信号を生成するステップを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の核パルス幅ディジタル化方法。

【請求項4】
前記予め記憶された一連の前記ディジタル閾値電圧値に基づいて前記ダイナミック閾値信号を生成するステップに先立って、
時間間隔ΔTと、一連の前記ディジタル閾値電圧値の個数N(ただし、Nは1以上の正整数である。)を確定するステップと、
SNの幅をAとし、S1の幅をA/Nとし、S2からSN-1までの幅をA/NずつインクリメントするようにN個の前記整形信号S1-SNを選択するステップと、
前記整形信号のある時刻を時間原点Ts1とするステップと、
前記整形信号SM のTs1+MΔT(ただし、前記Mは正整数であり、1≦M≦N)時刻に対応する電圧値を前記ディジタル閾値電圧値として記憶するステップと、をさらに含む、ことを特徴とする請求項3に記載の核パルス幅ディジタル化方法。

【請求項5】
予め記憶された一連の前記ディジタル閾値電圧値に基づいて前記ダイナミック閾値信号を生成する前記ステップは、
前記予め定められた時間間隔で予め記憶した一連の前記ディジタル閾値電圧値を順次に読み出して、ディジタルーアナログ変換によってアナログ信号に変換するステップと、
前記アナログ信号をローパスフィルタリングして増幅することによって、前記ダイナミック閾値信号を得るステップと、を含む、ことを特徴とする請求項4に記載の核パルス幅ディジタル化方法。

【請求項6】
前記TdとTotとの間の時間の長さをディジタル量に変換するステップは、
前記核事件エネルギー検知器の出力する前記対象パルス信号が固定閾値以上の値を有するとき、前記TdとTotとの間の時間の長さをディジタル量に変換するステップを含む、ことを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の核パルス幅ディジタル化方法。

【請求項7】
前記整形処理は、アクティブ積分整形処理である、ことを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の核パルス幅ディジタル化方法。

【請求項8】
核事件エネルギー検知器と、整形回路と、定比率タイミング手段と、比較器回路と、時間ディジタル変換(TDC)手段とを含み、
前記核事件エネルギー検知器の出力端が整形回路及び定比率タイミング回路の入力端のそれぞれに接続され、前記定比率タイミング手段が定比率タイミング回路を含み、前記時間ディジタル変換(TDC)手段がTDC回路を含み、
前記整形回路は、前記核事件エネルギー検知器の出力する対象パルス信号に対して整形処理を行い、対象整形信号を出力し、
前記定比率タイミング回路は、前記核事件エネルギー検知器の出力する対象パルス信号に対して定比率タイミング処理を行い、今回の核事件の到着時刻Tdを示す定比率タイミング信号を出力し、
前記比較器回路は、前記Tdと予め定められた時間差があるTo時刻から、前記対象整形信号とダイナミック閾値信号の同じ時刻での値を比較し、前記ダイナミック閾値信号の値が、前記対象整形信号の値よりも小さい値から、前記対象整形信号の値以上の値に変化したとき、今回の核事件の過閾値時刻Totを示すパルス信号を出力し、
前記TDC回路は、前記Tdを記録し、前記Totを記録し、前記Tdと前記Totとの間の時間の長さをディジタル量に変換し、
前記ダイナミック閾値信号は、
【数7】


を満たし、ただし、
前記Tot1がある核事件の整形信号と前記ダイナミック閾値信号を比較して得られた過閾値時刻であり、Vot1が前記整形信号の幅であり、Tot2が異なる核事件の前記整形信号と前記ダイナミック閾値信号を比較して得られた過閾値時刻であり、前記Vot2が前記異なる核事件の前記整形信号の幅である、ことを特徴とする核パルス幅ディジタル化システム。

【請求項9】
前記ダイナミック閾値信号を生成するダイナミック閾値生成手段をさらに含む、ことを特徴とする請求項8に記載の核パルス幅ディジタル化システム。

【請求項10】
前記定比率タイミング手段は、
前記核事件エネルギー検知器の出力する対象パルス信号が一定の立ち上がりタイミング閾値より高い値を有するとき、予識別信号を出力する予識別回路をさらに含み、
前記TDC手段は、
前記予識別信号を受信したとき、前記TDC回路の動作を指示する指示手段をさらに含む、ことを特徴とする請求項8に記載の核パルス幅ディジタル化システム。

【請求項11】
核放射パルス幅を線形的に時間の長さに変換し、当該時間の長さを測定することによって核放射パルス信号のディジタル化を実現する核放射パルス幅のディジタル化方法であって、
核事件エネルギー検知器が出力する対象電流信号に基づいて、前記対象電流信号の到着時刻Tdを示す定比率タイミング信号を生成するステップと、
整形回路を用いて前記対象電流信号に対して整形処理を行って対象整形信号を得るステップと、
前記対象電流信号の到着時刻Tdと予め決められた時間差ΔTがある時刻Toから、前記対象整形信号とダイナミック閾値信号の同じ時刻での値を比較し、時刻Totで、当該ダイナミック閾値信号の値が、当該対象整形信号の値よりも小さい値から、当該対象整形信号の値以上の値に変化すれば、当該時刻Totを過閾値時刻とするステップと、
上記時刻Tdと時刻Totとの間の時間の長さをディジタル量に変換し、当該ディジタル量を核放射パルス幅のディジタル化値とするステップと、を含み、
任意2つの、幅がVot1とVot2である前記対象整形信号に対して、上記ダイナミック閾値信号は、
【数8】


を満たし、ただし、前記Tot1がある核事件の整形信号と上記ダイナミック閾値信号を比較して得られた過閾値時刻であり、Vot1が前記整形信号の幅であり、Tot2が異なる核事件の前記整形信号と前記ダイナミック閾値信号を比較して得られた過閾値時刻であり、前記Vot2が前記異なる核事件の前記整形信号の幅である、ことを特徴とする核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項12】
定比率タイミング信号を生成するステップは、
前記対象電流信号に対して定比率タイミング処理を行って、前記定比率タイミング信号を得る方式、
前記核事件エネルギー検知器が出力するタイミング電流信号に基づいて、前記タイミング電流信号に対して定比率タイミング処理を行って、前記定比率タイミング信号を得る方式、
前記対象電流信号に対して整形処理を行って前記整形信号を生成してから、当該整形信号に対して定比率タイミング処理を行って、前記定比率タイミング信号を得る方式、のいずれか1つである、ことを特徴とする請求項11に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項13】
前記時刻Toは、前記対象整形信号のピーク到着時刻である、ことを特徴とする請求項11に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項14】
前記整形処理は、前記対象電流信号に対して積分処理を行って電圧信号を得る、ことを特徴とする請求項11に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項15】
前記対象整形信号と1つの前記ダイナミック閾値信号を比較するステップに先立って、当該ダイナミック閾値信号を生成するステップを含む、ことを特徴とする請求項11に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項16】
前記ダイナミック閾値信号を生成するステップにおいて、
予め記憶された一連のディジタル閾値電圧値に基づいて前記ダイナミック閾値信号を生成する、ことを特徴とする請求項15に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項17】
前記一連のディジタル閾値電圧値に基づいて前記ダイナミック閾値信号を生成するステップにおいて、前記一連の閾値電圧値をディジタルーアナログ変換しローパスフィルタリングする、ことを特徴とする請求項16に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項18】
前記一連のディジタル閾値電圧値は、前記核事件エネルギー検知器の特性と前記整形回路のパラメータに基づいて算出される、ことを特徴とする請求項16に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項19】
前記一連のディジタル閾値電圧値を生成するステップは、
i) 前記時間ΔTと前記一連のディジタル閾値電圧値の個数N(Nは1以上の正整数である。)を確定するステップと、
ii) 前記整形信号SNの幅をAとし、前記整形信号S1の幅をA/Nとし、前記整形信号S2~SN-1の幅をA/Nずつインクリメントするように、形状が前記対象整形信号と同じであるN個の前記整形信号S1~SNを選択するステップと、
iii) 前記時刻Toを設定するステップと、
iv) 前記整形信号SMのTo+MΔT(前記Mが正整数であり、1≦M≦N)時刻に対応する電圧値をディジタル閾値電圧値として記憶して前記一連のディジタル閾値電圧値を得るステップと、を含む、ことを特徴とする請求項18に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項20】
前記一連のディジタル閾値電圧値を生成するステップは、
i) システムの最大測定可能な信号の幅の値に対応する所望の過閾値時間である最大時間測定値Tmaxを確定するステップと、
ii) 前記時刻Toを設定するステップと、
iii) 前記時間ΔTを確定するステップと、
iv) 式(Tmax-To)/ΔTに基づいてディジタル閾値電圧値の個数N(Nが1以上の正整数)を確定するステップと、
v) 前記整形信号SNの幅をAとし、前記整形信号S1の幅をA/Nとし、前記整形信号S2~SN-1の幅をA/Nずつインクリメントするように、形状が前記対象整形信号と同じであるN個の前記整形信号S1
~SNを選択するステップと、
vi) 前記整形信号SMのTo+MΔT(ただし、Mが正整数であり、1≦M≦N)時刻に対応する電圧値をディジタル閾値電圧値として記憶して前記一連のディジタル閾値電圧値を得るステップと、を含む、ことを特徴とする請求項18に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項21】
前記ダイナミック閾値信号を生成するステップにおいて、ダイナミック閾値生成回路により前記ダイナミック閾値信号をリアルタイムに生成する、ことを特徴とする請求項15に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項22】
前記ダイナミック閾値信号を生成するステップは、
線形ランプ電圧信号と、形状が前記対象整形信号と同じである前記整形信号とを乗算することによって行われる、ことを特徴とする請求項21に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項23】
前記整形信号は、そのピーク到着時刻から前記線形ランプ電圧信号と乗算される、ことを特徴とする請求項22に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項24】
前記整形信号のピーク到着時刻で、前記線形ランプ電圧信号はゼロである、ことを特徴とする請求項23に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項25】
アナログ回路により前記対象電流信号と形状が同じである電流信号を生成し、前記整形回路と同じ別の前記整形回路により当該電流信号に対して整形処理を行って、前記線形ランプ電圧信号と乗算される前記整形信号を得る、ことを特徴とする請求項24に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項26】
前記線形ランプ電圧信号と前記整形信号とを乗算して得られた信号を増幅してバッファーすることによって前記ダイナミック閾値信号を得る、ことを特徴とする請求項25に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項27】
増幅ゲインを変化することによって異なる変化レートの前記ダイナミック閾値信号を得るステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項26に記載の核放射パルス幅のディジタル化方法。

【請求項28】
核事件エネルギー検知器と、整形回路と、定比率タイミング手段と、比較器回路と、時間ディジタル変換(TDC)手段とを含み、前記核事件エネルギー検知器の出力端が整形回路及び定比率タイミング回路の入力端のそれぞれに接続され、前記定比率タイミング手段が定比率タイミング回路を含み、前記時間ディジタル変換(TDC)手段がTDC回路を含み、
前記整形回路は、前記核事件エネルギー検知器が出力する対象電流信号に対して整形処理を行って、対象整形信号を出力し、
前記定比率タイミング回路は、前記核事件エネルギー検知器が出力する対象電流信号に対して定比率タイミング処理を行って、今回の核事件の到着時刻Tdを示す定比率タイミング信号を出力し、
前記比較器回路は、前記Tdと予め決められた時間差ΔTがある時刻Toから、前記対象整形信号とダイナミック閾値信号との同じ時刻での値を比較し、前記ダイナミック閾値信号の値が、前記対象整形信号の値よりも小さい値から、前記対象整形信号の値以上の値に変化した過閾値時刻である時刻Totで、当該過閾値時刻Totを示すパルス信号を出力し、
前記TDC回路は、時刻TdとTotを記録し、前記時刻TdとTotとの間の時間の長さをディジタル量に変換し、
前記ダイナミック閾値信号は、
【数9】


満たし、ただし、前記Tot1がある核事件の整形信号と前記ダイナミック閾値信号を比較して得られた前記過閾値時刻であり、Vot1が前記整形信号の幅であり、Tot2が異なる核事件の前記整形信号と前記ダイナミック閾値信号を比較して得られた前記過閾値時刻であり、前記Vot2が前記異なる核事件の前記整形信号の幅である、ことを特徴とする核放射パルス幅のディジタル化システム。

【請求項29】
前記定比率タイミング手段は、前記対象電流信号が立ち上がりタイミング閾値より高い値を有するとき、予識別信号を出力する予識別回路をさらに含む、ことを特徴とする請求項28に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。

【請求項30】
前記TDC手段は、前記予識別信号を受信したとき、前記TDC回路の動作を指示する指示手段をさらに含む、ことを特徴とする請求項29に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。

【請求項31】
前記ダイナミック閾値信号を生成するダイナミック閾値生成回路をさらに含む、ことを特徴とする請求項28に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。

【請求項32】
前記ダイナミック閾値生成回路は、メモリと、ディジタルーアナログ変換回路と、ローパスフィルタとを含み、
前記メモリは、予め算出された一連のディジタル閾値電圧値を記憶し、
前記ディジタルーアナログ変換回路は、静的な前記メモリに接続され、静的な前記メモリから読み出した一連のディジタル閾値電圧値を受信し、当該一連のディジタル閾値電圧値をアナログ信号に変換してローパスフィルタに出力し、
前記ローパスフィルタは、前記ディジタルーアナログ変換回路に接続され、前記アナログ信号をローパスフィルタリングして、ダイナミック閾値電圧信号を生成する、ことを特徴とする請求項31に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。

【請求項33】
前記メモリは、静的な前記メモリであり、静的な前記メモリの書込みと読み出しを制御するリードライト論理モジュールに接続される、ことを特徴とする請求項32に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。

【請求項34】
前記ダイナミック閾値生成回路は、
前記対象整形信号と形状が同じである前記整形信号を生成するための第一部分と、
線形ランプ電圧信号を生成するための第二部分と、
前記整形信号と前記線形ランプ電圧信号とを乗算するためのアナログ乗算器と、
前記乗算して得られた信号を増幅して所望の前記ダイナミック閾値信号を得るためのアンプ回路と、を含む、ことを特徴とする請求項31に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。

【請求項35】
前記第一部分は、順次に接続される微分回路と、電圧電流変換回路と、前記整形回路とを含み、方形波電圧信号の入力を受け付ける、ことを特徴とする請求項34に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。

【請求項36】
前記第一部分の微分回路は、前記方形波電圧信号を微分して、前記核事件エネルギー検知器の出力する対象電流信号と形状が同じである電圧信号を形成する、ことを特徴とする請求項35に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。

【請求項37】
前記第一部分の電圧電流変換回路は、前記第一部分の微分回路により生成される電圧信号を、前記核事件エネルギー検知器の出力する対象電流信号と形状が同じである電流信号を生成する、ことを特徴とする請求項36に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。

【請求項38】
前記第一部分の前記整形回路は、前記対象整形信号を生成する前記整形回路と同じである、ことを特徴とする請求項37に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。

【請求項39】
前記第二部分は、順次に接続される電圧電流変換回路と積分回路を含む、ことを特徴とする請求項34に記載の核放射パルス幅のディジタル化システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
  • 2G188EE03
  • 2G188EE05
  • 2G188EE07
  • 2G188EE29
画像

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JP2013517000thum.jpg
出願権利状態 登録
分野
  • 物理学
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