核数据处理课程设计.doc

核数据处理课程设计 实验报告 姓 名： 付 勇 明 学 号： 0 9 0 2 1 2 3 3 专 业： 核工程与核技术 学 院：核工程与地球物理学院 20112年 06月 24 日 能谱数据处理摘要：数据能谱平滑采用重心法，这种平滑方式的优点是权重因子都是正数，平滑之后的谱数据不可能出现负值，从而提高了平滑之后的谱数据的可靠性。用简单比较法来寻峰，是一种最直接又快速的寻峰方法。用瓦森峰面积法来确定峰的面积，取总面积法的基线和Covell面积法的峰区。Abstract：Data spectrum smooth center of gravity method, the advantages of such a smooth way is the weighting factor is a positive number, the spectral data after the smoothing can not be negative, thereby increasing the reliability of the data spectrum after smoothing. Simple comparative law from either the peak, is one of the most direct and fast peak search method. The the Wasen peak area method to determine the peak area, taking the baseline of the total area of law and the law of the Covell area of the Peak District.关键字：数据能谱、重心法平滑、简单比较法寻峰、瓦森峰面积法Keywords: spectroscopy data、the center of gravity method smooth、Simple comparison method to find the peak、the Wasen peak area method 能谱数据处理一、设计要求 1、采用重心法对所提供的数据能谱进行平滑； 2、采用简单比较法来寻找峰的峰位； 3、采用瓦森峰面积法计算样品中的金Au、银Ag、铜Cu的特征射线峰净峰面积，并计算混合样品中天然放射性核数的含量。4、学习使用Matlab编程软件，并利用Matlab 编程对能谱进行平滑滤波处理。二、原理及思想 由多道脉冲分析器获取的谱数据需要以一定的数学方法进行处理才能得到实验要求的最终结果。能谱的数据处理大致可以分为两个步骤。首先进行峰分析，即由能谱数据中找到全部有意义的峰，并计算出扣除本底之后每个峰的净面积。第二步是放射性核素的活度或样品中元素浓度的计算，即由峰位所对应的能量识别出被测样品中含有哪些放射性核素或被激发的元素，并且由峰的净面积计算出放射性核素的活度或元素在样品中的浓度。下面分别采用重心法对所提供的数据能谱进行平滑、采用简单比较法来寻找峰的峰位、用瓦森峰面积法计算样品中特征射线峰净峰面积。 1、重心法数据平滑处理 由于射线和探测器中固有的统计涨落、电子学系统的噪声的影响，谱数据有很大的统计涨落。在每道计数较少时，相对统计涨落更大。谱数据的涨落将会使谱数据处理产生误差。其主要表现为在寻峰过程中丢失弱峰或出现假峰、峰净面积计算的误差加大等等。谱数据的平滑就是以一定的数学方法对谱数据进行处理，减少谱数据中的统计涨落，但平滑之后的谱曲线应尽可能地保留平滑前谱曲线中有意义的特征，峰的形状和峰的净面积不应产生很大的变化。 所谓重心法就是假设光滑后的数据是原来的重心。对某一质点的集合体，由于各质点所受合外力大小和方向不同，导致各质点向不同方向运动不同距离，如果该质点系所受的合外力为0，那么该物体的重心不变，对于能谱而言，由于噪声信号幅度平均值为0，所以谱线上各数据的重心不变。由于能谱中不存在半道，则可以推出重心法的3点平滑公式：-yi=1/4(yi-1+2yi+yi+1);同理推出5点：-yi=1/16(yi-2+4yi-1+6yi+4yi+1yi+2);以此可以推出7、9、11等点的平滑公式。这几个平滑公式的优点是权因子都是正数，平滑之后的谱数据不可能出现负值，从而提高了平滑之后的谱数据的可靠性。这在原始谱数据中本底很小、峰很高、而且峰的宽度很窄时是非常重要的。如果平滑之后的谱数据出现了负值（这显然是不合理的），可能使后续的计算程序在运行时产生错误。 2、简单比较法寻峰 简单比较法寻峰：简单比较法寻峰是最直观而又快速的一种导峰方法。在谱数据中，某一道的数据比其邻近的几道大很多时，则认为该道存在一个峰。在计算中边疆检索平滑后的谱数据，如在第m道满足 则第m道附近有一个峰。式中TRH是寻峰阈值。在第m道附近的谱数据中用二阶差值多项式计算出精确峰位。 3、峰的边界道确定 对于一个单峰区，确定峰区左、右边界道的方法，当峰形在峰位两侧比较对称时，可以由峰的FWHM计算峰区的左、右边界道址。峰区的宽度取为3FWHNM，FWHNM的值可以根据峰位mp由测量系统的FWHNM刻度公式计算。由于峰形对称，左、右边界道和峰位的距离都是1.5FWHNM。式中mp是峰位，符号INT的含义是取整数。当峰形函数在峰位两侧不对称时，峰位不在峰区的中点，需要根据峰形函数分别计算出左、右边界道址，必需指出，这种确定峰区边界道址的方法都只适用于单峰区，对于确定重峰区边界道址不适用。 4、 Wason方法计算峰的净面积 Wason方法把全峰面积法和Covell方法结合起来。和全峰面积法一样，以峰两侧的平稳点之间联成一条直线来模拟本底的分布，而峰区的左、右边界道址的选择方法和Covell法相同（图5-1-25）。设决定本底分布的峰两侧平稳点为、，峰区边界点为mL、mR。图5-1-25中阴影部分所表示的峰净面积为式中，、分别为本底边界点、道中的谱计数。净面积的统计方差为在Wason方法中，峰区内道数较少，因而本底分布的形状对净面积计算的影响较小。又由于本底取得较低，提高了峰净面积和本底面积的比值。和Covell方法一样，在Wason方法中由于峰边界道选在峰两侧斜率较大的点上，峰净面积对峰形的变化很敏感。 原理图一: Wason法计算净面积 三：程序流程图开 始 能谱数据的获取 利用重心法对能谱平滑（五点法） 平滑后的能谱图 简单比较法寻峰 峰的边界道确定 Wason方法计算峰的净面积 得到计算峰面积 结 束四、设计步骤与结果要对数据能谱进行峰位与峰面积计算，首先要把数据能谱化，在对数据能谱进行平滑，然后在寻峰，最后在对峰位进行面积计算。 1、数据能谱化 通过编程把数据能谱化，程序见Matlab文件夹数据能谱化程序。能谱图：如图一。 2、能谱数据平滑 通过使用重心法（五点法）对能谱进行平滑。采用重心法中的五点法公式：-yi=1/16(yi-2+4yi-1+6yi+4yi+1yi+2); 通过编程把数据能谱化，平滑能谱见图二，程序见Matlab文件夹能谱数据平滑程序。 图一：Cu43.7Au37.5Ag18.8混合样品的能谱图 图二：Cu43.7Au37.5Ag18.8平滑后混合样品的能谱图 由图1与图2、图3相比较可以看出，平滑滤波后的能谱主要特征没有发生改变，但统计涨落基本抑制，一些弱峰明显地显露出来。 3、简单比较法寻峰简单比较法寻峰：在计算中边疆检索平滑后的谱数据，如在第m道满足则第m道附近有一个峰。式中TRH是寻峰阈值。在第m道附近的谱数据中用二阶差值多项式计算出精确峰位。寻峰后能谱见图三，程序见Matlab文件夹能谱数据寻峰程序。 图三：Cu43.7Au37.5Ag18.8寻峰后混合样品的能谱图通过简单比较法寻峰图如图三，由图可知还是有很多峰位，这些峰位中包括假峰、弱峰等，这些都必须经过再次的修改。简单比较法寻峰能力比较弱，尤其弱峰寻找能力差，重峰分辨能力也差，所以简单比较法适于寻找强单峰。但算法简单，程序运行速度较快。 4、峰的边界道确定 由于寻峰效果不是很好，无法确定峰的FWHM，所以无法确定峰的边界道。 5、Wason方法计算峰的净面积 计算峰的净面积如下，程序见Matlab文件夹Wason方法计算峰的净面积程序。由于Wason方法计算峰的净面积的程序没有调试出来，所以本次课程设计没有做峰面积计算和定量分析。五、课程设计总结 本次课程设计对能谱的数据处理的过程中，我使用了5点重心法对能谱进行平滑，采用简单比较法对能谱进行寻峰，最后用Wason方法计算峰的净面积。本次课程设计让我学会了使用Matlab编写程序、检查程序错误、对程序正确运行等。并且更加的掌握了重心法平滑能谱、简单比较法对能谱进行寻峰；也加深对傅里叶变换法平滑能谱、总面积法计算峰面积等。通过这次课程设计，让我明白要学好核数据处理，就得很好的对数据处理加工，因此必须掌握相应的编程（Matlab、C语言、VB等）方法去处理。通过这次课程设计的学习，自己感觉收获最大的就是学会了如何熟练地使用 Matlab软件，为以后的学习提供了处理数据的方法。8