ОЦЕНКА СКОРОСТИ СЧЕТА НА ВХОДЕ В ДЕТЕКТОРАХ ИМПУЛЬСОВ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК G01T1/17 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение относится к оценке скорости счета на входе в детекторах импульсов излучения. Изобретение может быть применено к детекторам, предназначенным для обнаружения импульсов энергии излучения («импульсов излучения») любого вида и любых энергий, включая детекторы частиц, выполненные с возможностью обнаружения квантово-механических частиц, таких как фотоны, субатомные частицы, ионы, атомы, или детекторы, предназначенные для обнаружения классических импульсов излучения, таких как сейсмические волны, СОНАР, СОДАР, ультразвуковые или другие вибрации материалов, или классического радара или световых импульсов, включая ЛИДАР.

[0002] Применения, где детекторы импульсов излучения могли бы извлечь пользу из этого изобретения, включают в качестве неограничивающих примеров проверку безопасности, сканирование багажа, медицинскую визуализацию, анализ материалов, метеорологические измерения, обработку минералов, анализ минералов, сейсморазведку методом отраженных волн и секвенирование ДНК. В предыдущих заявках на патент настоящего заявителя описаны различные применения детекторов импульсов излучения, применимые к настоящему изобретению, как более подробно описано в опубликованных международных заявках на патент PCT/AU2005/001423, PCT/AU2009/000395, PCT/AU2009/001648, PCT/AU2012/000678, PCT/AU2014/050420, PCT/AU2017/050514 и PCT/AU2017/050512, содержание каждой из которых включено сюда в полном объеме по ссылке, в качестве примеров применений и устройств, в которых варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы в соответствующем программном обеспечении. Таким образом, настоящее изобретение распространяется на такие устройства, соответствующим образом запрограммированные с использованием способа по настоящему изобретению и применениях этих устройств, описанных в вышеупомянутых международных заявках на патент.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В детекторах импульсов излучения отдельные импульсы излучения попадают в детекторы и генерируют отдельные импульсы сигнала. Как правило, для детекторов частиц отдельные импульсы сигнала представляют собой электрический сигнал, вызванный каскадом фотонов, возникающий в ответ на падающую на материал детектора частицу излучения. В зависимости от интенсивности излучения число импульсов излучения, попадающих в детекторы и взаимодействующих с материалом детектора в единицу времени, меняется. Этот параметр называется скоростью счета на входе, и его важно измерять по причинам, зависящим от применения. Напротив, скорость счета на выходе - это число импульсов излучения, фактически обнаруженных схемой обнаружения, которое, как правило, меньше, чем скорость счета на входе по различным причинам, обсуждаемым ниже. Оценка скорости счета на входе позволяет получить надежное представление об интенсивности излучения, что важно для точного количественного обнаружения излучения. Например, при визуализации излучения, каждый пиксель представлен интенсивностью, являющейся падающим потоком отдельных импульсов излучения (например, квантовых частиц). В устройстве для определения характеристик материалов скорость счета на входе необходима для нормализации концентрации минерала или другого компонента, идентифицируемого по характеристикам измеряемого излучения. В применении к дифракции рентгеновских лучей точное измерение интенсивности дифракционных колец важно для характеристики структуры исследуемого материала.

[0004] В детекторах радиационных частиц отдельные импульсы сигнала могут проходить предварительную электронную обработку, такую как преобразование линейного сигнала в импульсный сигнал, и соответственно могут включать в себя аналоговые и цифровые этапы или компоненты.

[0005] Поскольку каждый отдельный импульс сигнала имеет конечную продолжительность, а время прибытия каждого отдельного импульса сигнала является случайным и независимым, обычным является то, что более одного отдельного импульса сигнала может достигать детектора в течение этой конечной продолжительности, что приводит к «наложению импульсов», вследствие чего сигнал вызван наложением двух или более вплотную прибывающих отдельных импульсов сигнала. При очень интенсивных потоках излучения или в детекторах с большими длительностями импульсов отдельных сигналов может случиться так, что совокупный сигнал детектора будет постоянно превышать базовый уровень.

[0006] Само по себе наложение импульсов не препятствует различению всех многократно перекрывающихся импульсов, и поэтому обнаружение множества прибытий многократных отдельных импульсов сигнала в наложенном сигнале все еще возможно. Существует множество методов обработки сигналов, позволяющих надежно подсчитывать некоторые или многие отдельные импульсы сигнала в наложенном сигнале. Простые методы могут включать в себя временную дифференциацию для обнаружения прибытия каждого отдельного импульса сигнала путем обнаружения быстрого увеличения сигнала выше порогового значения для определения начала каждого импульса. Если требуется определить энергию каждого импульса, требуются более сложные методы. Например, заявитель по настоящей заявке изобрел несколько таких методов, большинство из которых опираются на измеренную или предполагаемую форму импульса каждого отдельного импульса и математический метод для выделения отдельных импульсов и присвоения времени прибытия и энергии (амплитуды) каждому отдельному импульсу.

[0007] Методы идентификации отдельных импульсов сигнала заявителя по настоящей заявке описаны более подробно в опубликованных международных заявках на патент PCT/AU2005/001423, PCT/AU2009/000395, PCT/AU2009/001648, PCT/AU2012/000678, PCT/AU2014/050420, включенных по ссылке, как указано выше.

[0008] Несмотря на то, что можно выделить множество отдельных импульсов сигнала в наложенном сигнале, даже с помощью сложных алгоритмов, тем не менее, неизбежно, что отдельные импульсы сигнала иногда прибывают по сути одновременно, так что форма импульса, образованная как сумма отдельного импульса сигнала из отдельного импульса сигнала с энергией и отдельного импульса сигнала от частицы с энергией , неотличима от отдельного импульса сигнала из одного отдельного импульса сигнала с энергией приблизительно .

[0009] Кроме того, физика обнаружения частиц в некоторых детекторах частиц может в более общем плане включать в себя период отсутствия или пониженной чувствительности после каждого события обнаружения, в результате чего последующее прибытие частиц, прибывающих в период отсутствия или пониженной чувствительности, не может или менее способно производить ожидаемый отдельный импульс сигнала.

[0010] При высоких скоростях счета по мере того, как средний интервал между счетами уменьшается, число необнаруженных прибытий отдельных импульсов сигнала увеличивается, что делает число обнаруженных прибытий отдельных импульсов сигнала, прибывающих в секунду, все более плохой заниженной оценкой фактической скорости счета на входе.

[0011] Обратной величиной скорости счета на входе является среднее время между прибытиями отдельных импульсов сигнала, которое имеет завышенное значение по сравнению со средним временем между обнаруженными прибытиями отдельных импульсов сигнала.

[0012] Обратимся к Фигуре 1, где показано шесть отдельных импульсов 101-106 сигнала, прибывающих в разное время. Импульсы 104 и 105 расположены близко друг к другу и накладываются друг на друга, образуя наложенный сигнал 110, и в этом примере предполагается, что они расположены слишком близко друг к другу, чтобы их можно было обнаружить как раздельные прибытия отдельных импульсов сигнала. Таким образом, обнаруженные времена прибытия .

[0013] Отметим, что общее число обнаруженных прибытий отдельных импульсов сигнала в период измерения равно , с временами прибытия , с . Среднее время между обнаруженными прибытиями отдельных импульсов сигнала тогда составляет , где - интервал между соседними прибытиями, и оценивается как . Это завышенное значение и заниженное значение скорости счета на входе , поскольку общее число обнаруженных прибытий отдельных импульсов сигнала занижает фактическое общее число прибытий отдельных импульсов сигнала , и .

[0014] Традиционный подход к этой проблеме, который иногда называют «проблемой поправки на мертвое время», заключается в оценке параметра, называемого «мертвое время» T_dead, которое соответствует фиксированному периоду времени после обнаружения каждого импульса, в которое, как предполагается, детектор полностью неспособен обнаруживать или различать другой импульс, и должным образом останавливать часы на период мертвого времени после каждого обнаруженного импульса. Это корректирует период времени в сторону уменьшения на мертвое время, умноженное на число обнаруженных импульсов, до скорректированного периода времени. Проблема при этим подходе состоит в том, что концепция мертвого времени является упрощенной, и предыдущие попытки улучшить этот подход были сосредоточены на увеличении сложности концепции мертвого времени для лучшего моделирования мертвого времени, улучшения корректировки в сторону уменьшения периода времени в формуле .

[0015] Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить улучшенный способ оценки скорости счета на входе с помощью альтернативного подхода. Изобретатели по настоящей заявке разработали способ, который позволяет избежать необходимости в лучшем моделировании «мертвого времени», вместо этого сосредоточив внимание на способе, который позволяет использовать при вычислении скорости счета на входе не все из обнаруженных отсчетов.

[0016] В патенте США 7728307 на имя Барата, столбец 8, строки 13-29, раскрывается способ оценки скорости счета на входе, основанный только на периоде времени, в течение которого сигнал детектора находится на базовой линии, между кластерами отдельных импульсов сигнала, причем кластер определяется как непрерывный период, когда сигнал детектора выше базовой линии. Способ Барата выполняется в качестве предварительного этапа перед попыткой использования алгоритма распознавания импульсов для обнаружения потенциально множественных прибытий отдельных импульсов сигнала внутри каждого кластера. Барат утверждает, что период времени между концом одного кластера отдельных импульсов сигнала и началом следующего, в течение которого сигнал находится на уровне или ниже базовой линии, является процессом Пуассона, позволяющим вычислять скорость счета на входе как среднее значение по всем интервалам между кластерами. Однако этот способ нельзя использовать при высоких скоростях счета, когда импульсы всегда накладываются, поскольку сигнал никогда не снижается до базовой линии. Кроме того, при средних скоростях счета, когда сигнал детектора периодически падает до базовой линии, а в каждом кластере появляется много прибытий отдельных импульсов сигнала, большинство принятых отсчетов будет неоправданно отвергаться, и чувствительность детектора, поскольку он измеряет скорость счета на входе, сильно снижаться, что потребует увеличения времени счета, что нежелательно и может быть недоступно в среде динамически изменяющегося потока.

[0017] Настоящее изобретение позволяет объективно измерять скорость счета без подробного моделирования мертвого времени, сохраняя при этом высокую чувствительность детектора.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Каждое прибытие импульса излучения является случайным событием, независимым от всех прибытий других импульсов излучения, с постоянной вероятностью прибытия в единицу времени, независимо от предшествующей истории прибытий. Это приводит к пуассоновскому распределению среднего для интервала от любого произвольного момента времени до следующего прибытия, а не только от одного прибытия до следующего прибытия, как в текущих способах оценки скорости счета, как описано выше, или от конца каждого кластера отдельных импульсов сигнала на базовой линии до начала следующего, как в ссылке на Барата выше.

[0019] Изобретение работает на основе произвольности времени начала для выборочного учета только надежных интервалов из набора обнаруженных времен прибытия отдельных импульсов. Вместо того чтобы использовать каждое обнаруженное прибытие отдельных импульсов сигнала в качестве времени начала наивного метода или конца каждого кластера в качестве времени начала метода Барата, мы можем выбрать любое время начала, обозначенное S_k Вычисленные интервалы, использующие такие времена начала, будут несмещенными при условии, что каждое выбранное время начала будет по меньшей мере минимальным надежным промежутком необнаружения после прибытия самого последнего отдельного импульса сигнала. При желании минимальный надежный промежуток необнаружения может быть определен способами, описываемыми в настоящем документе. При выбираемых таким образом временах начала, когда следующее прибытие отдельного импульса сигнала после обнаруживается в , мы всегда можем быть уверены, что это первое прибытие отдельного импульса сигнала с момента времени S_k начала и что нет необнаруженных прибытий в интервале. Затем мы повторяем процесс и выбираем следующее время начала после , которое является по меньшей мере минимальным интервалом обнаружения после любого предыдущего обнаруженного прибытия отдельного импульса сигнала, и записываем . Таким образом среднее значение набора полученных значений является несмещенной оценкой , поскольку в этих интервалах нет необнаруженных прибытий, и, следовательно, его обратное значение является несмещенной оценкой скорости счета на входе . Таким образом, время начала и обнаруженные прибытия отдельных импульсов сигнала селективно выбираются для включения в вычисление среднего интервала, которые надежно являются интервалами, представляющими время до следующего фактического прибытия отдельного импульса сигнала, и не содержат скрытых дополнительных прибытий отдельных импульсов сигнала.

[0020] В соответствии с первым широким аспектом изобретения способ измерения скорости счета на входе детектора импульсов излучения, включающий в себя этапы:

(1) приема импульсов излучения от источника излучения на детекторе;

(2) приема сигнала детектора от детектора, содержащего агрегирование отдельных импульсов сигнала от каждого принятого импульса излучения;

(3) обнаружения отдельных импульсов сигнала в сигнале детектора и определения соответствующих времен прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала, некоторые из которых разнесены на менее чем минимальный надежный промежуток необнаружения;

(4) задания множества времен начала интервалов, между каждой соседней парой которых помещается по меньшей мере одно из времен прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала, причем время начала каждого интервала наступает позже на по меньшей мере минимальный надежный промежуток необнаружения, чем соответствующее самое последнее время прибытия обнаруженного отдельного импульса сигнала;

(5) вычисления соответствующего множества интервалов прибытия отдельных импульсов сигнала между каждым из времен начала интервала и соответствующим временем прибытия следующего обнаруженного отдельного импульса сигнала;

(6) вычисления параметра скорости счета на входе на основе интервалов прибытий отдельных импульсов сигнала;

при этом минимальный надежный промежуток необнаружения представляет собой минимальный период, который исключает появление необнаруженных прибытий отдельных импульсов сигнала внутри каждого интервала прибытия отдельного импульса сигнала.

[0021] В соответствии со вторым широким аспектом изобретения предлагается способ измерения скорости счета на входе детектора импульсов излучения, включающий в себя этапы:

(1) приема импульсов излучения от источника излучения на детекторе;

(2) приема сигнала детектора от детектора, содержащего агрегирование отдельных импульсов сигнала от каждого принятого импульса излучения;

(3) обнаружения отдельных импульсов сигнала в сигнале детектора и определения соответствующих времен прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала, некоторые из которых разнесены на менее чем минимальный надежный промежуток необнаружения; и

(4) вычисления параметра скорости счета на входе на основе только выбранных интервалов между соседними временами прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала, которые больше, чем установленный промежуток необнаружения, и в той степени, в которой они превышают установленный промежуток необнаружения, установленный промежуток необнаружения больше, чем минимальный надежный промежуток необнаружения;

при этом минимальный надежный промежуток необнаружения представляет собой минимальный период, который исключает появление необнаруженных прибытий отдельных импульсов сигнала внутри каждого интервала прибытия отдельного импульса сигнала.

[0022] В соответствии с третьим широким аспектом изобретения предлагается способ оценки скорости счета на входе детектора импульсов излучения, включающий в себя этапы:

(1) приема импульсов излучения от источника излучения на детекторе в течение периода калибровки, причем принятые импульсы излучения в единицу времени задают скорость счета на входе в течение периода калибровки;

(2) измерения сигнала детектора за период калибровки от детектора, содержащего агрегирование отдельных импульсов сигнала от каждого принятого импульса излучения; и

(A) в режиме калибровки:

(3) вычисления параметра, выявленного из сигнала детектора, дискретизированного за период калибровки, причем параметр является известной функцией скорости счета на входе;

(4) оценки калибровочной скорости счета на входе в течение периода калибровки с использованием выбранного способа оценки скорости счета на входе, применяемого к сигналу детектора, дискретизированному за период калибровки, который известен как надежный при оцененной калибровочной скорости счета на входе; и

(5) определения калибровочной функции, связывающей измерения параметра со скоростью счета на входе, на основе вычисленного параметра за период калибровки, калибровочной скорости счета на входе в течение периода калибровки и известной функции; и

(B) в рабочем режиме:

(6) вычисления параметра, выявленного из сигнала детектора за период измерения;

(7) оценки скорости счета на входе в течение периода измерения путем применения калибровочной функции к параметру, выявленному из сигнала детектора за период измерения.

[0023] В одном из вариантов осуществления известной функцией скорости счета на входе является пропорциональность, а калибровочная функция и этап определения калибровочной функции содержат определение константы пропорциональности. Параметр может быть основан на среднем значении выборки сигнала детектора за период калибровки или измерения.

[0024] В одном из вариантов осуществления выбранный способ оценки скорости счета на входе является одним из способов по любому из пп. 1-16.

[0025] Признаки дополнительных вариантов осуществления и аспектов изобретения могут быть выяснены из описания и прилагаемой формулы изобретения

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0026] На Фиг. 1 представлен пример формы сигнала детектора, иллюстрирующий работу изобретения в соответствии с одним из вариантов осуществления;

[0027] на Фиг. 2 представлен еще один пример формы сигнала детектора для ряда импульсов с учетом наложения импульсов;

[0028] на Фиг. 3 представлено цифровое моделирование, показывающее характеристики варианта осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0029] Теперь будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения.

[0030] Этапы обнаружения отдельных импульсов сигнала в сигнале детектора и определения времен прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала (и, необязательно, определения соответствующих энергий отдельных импульсов сигнала) упомянутые в первом и втором аспектах выше, могут выполняться любым алгоритмом обнаружения импульсов, известным в данной области, в том числе алгоритмами заявителя, упомянутыми выше, и подобными способами в будущем, и не нуждаются в дополнительных пояснениях в данном документе. Всюду в дальнейшем предполагается, что поток времен прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала можно получить из такого алгоритма обнаружения импульсов.

[0031] Обратимся сначала к Фиг. 1, где вариант осуществления изобретения использует выбор времени начала, которое представляет собой промежуток после прибытия последнего обнаруженного отдельного импульса сигнала в . Промежуток выбирается как постоянное значение, близкое к минимальному надежному промежутку необнаружения, но превышающее его. Выбор всех таких имеющихся времен начала максимально увеличивает доступные надежные данные счета для определения скорости счета на входе, которая может быть выражена как средний интервал as

(Уравнение 1)

где - число выборок, удовлетворяющих критерию . Эта величина, по сути, принимает среднее значение всех интервалов между соседними обнаруженными прибытиями отдельных импульсов сигнала, которые больше , и в той степени, в которой они больше (i.e ). На Фиг. 1 видно, что в последовательности используются все пять времен прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала.

[0032] Приведенное выше уравнение 1 строго справедливо только для непрерывных величин, для которых влияние прерывистости интервала цифровой дискретизации незначительно, что происходит, если промежуток G многократно превосходит цифровой шаг квантования по времени или если зарегистрированные времена прибытия вычисляются с точностью до подвыборки, причем применение первого или последнего случая зависит от конкретного алгоритма идентификации импульса, описанного выше и известного из уровня техники. Если влияние прерывистости интервала цифровой дискретизации является значительным, необходимо применить поправку, которая легко определяется. Например, если зарегистрированные времена прибытия вычисляются только до ближайшей точки цифровой временной выборки, то эвристическое рассуждение помогает понять, что критерий в действительности означает из-за ошибки округления, и поэтому применяется следующая исправленная формула:

(Уравнение 2)

[0033] Эвристический аргумент может быть подтвержден формальным выводом.

[0034] На Фиг. 2 представлен пример с прибытиями отдельных поступающих импульсов сигнала, которые накладываются, и в котором сигнал 200 не возвращается к базовой линии. Это рассматривается в двух сценариях, в которых прибытие отдельного импульса сигнала в обнаруживается или не обнаруживается, поскольку это подтверждается только слегка деформированным пиком на этапе 201 и в зависимости от сложности алгоритма обнаружения прибытия может или не может быть обнаружен. Мы также предполагаем, что просто больше, чем . Первые два члена в сумме будут соответствовать указанному выше алгоритму и . Если обнаруживается прибытие отдельного импульса сигнала в , то следующий член в сумме будет . Эти слагаемые в сумме представлены на Фиг. 2 в виде заштрихованных участков вдоль оси, а периоды времени, которые соответственно исключены, показаны с помощью монолитных участков длительностью после каждого обнаруженного прибытия отдельного импульса сигнала. Если прибытие отдельного импульса сигнала в не обнаружено, то следующий член в сумме будет .

[0035] В приведенном выше примере есть случаи, когда время прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала не включается в сумму, потому что они возникают внутри следующего обнаруженного прибытия отдельного импульса сигнала. Это принцип работы изобретения: исключить ненадежные интервалы, которые могут скрыть необнаруженный отдельный импульс сигнала. Хотя в принципе не существует верхнего предела , чем больше значение, тем больше обнаруженных прибытий отдельного импульса сигнала отклоняется и тем больше времени требуется для накопления достаточного числа выборок для точной оценки среднего интервала прибытия, стандартная ошибка которого обратно пропорционально квадратному корню из числа выборок. Таким образом, значения , превышающие необходимые, по сути, снижают чувствительность детектора.

[0036] Отказ от некоторых времен прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала при вычислении является важным преимуществом изобретения, которое обеспечивает надежную производительность по сравнению со способами уровня техники, которые пытаются вычислить точное мертвое время и использовать все имеющиеся обнаруженные прибытия отдельных импульсов сигнала.

[0037] Для проверки реализаций изобретения и обеспечения механизма для определения оптимального значения можно использовать цифровое моделирование сигналов. На Фиг. 3 показаны результаты цифрового моделирования сигнала детектора, сформированного из отдельных импульсов излучения, типичного для кремниевого дрейфового диода (SDD) детектора, при различных смоделированных существующих скоростях счета на входе до 10 миллионов импульсов в секунду. При каждой моделируемой фактической скорости счета на входе алгоритм оценки скорости счета на входе выполнялся с разными значениями параметра промежутка. В качестве алгоритма обнаружения отдельных импульсов сигнала использовался способ, раскрытый в PCT/AU2014/050420. Нулевое значение представляет собой наивное вычисление, показывающее, как и ожидалось, что вычисленная скорость счета на входе становится все более заниженной по мере увеличения фактической скорости счета и увеличения процента необнаруженных прибытий отдельных импульсов сигнала. По мере увеличения значения G относительная погрешность уменьшается до тех пор, пока при значении 120 нс ошибка, по существу, не станет нулевой при всех фактических скоростях счета до 10 миллионов отсчетов в секунду. Аналого-цифровая частота дискретизации при моделировании составляла 250 МГц, поэтому значение , равное 120 нс, соответствует 30 отсчетам. Более высокие значения G (не показаны) также показывают практически нулевую частоту ошибок с увеличением времени, требуемого для статистической точности, как и ожидалось по мере того, как отклоняется больше обнаруженных прибытий.

[0038] Таким образом, моделирование можно использовать для информирования о том, достаточен ли конкретный установленный промежуток необнаружения, и определения оценки минимального надежного промежутка необнаружения путем изменения установленного промежутка необнаружения. Таким образом, в этом примере 120 нс являются оценкой минимального надежного промежутка необнаружения.

[0039] Таким образом, моделирование конкретной реализации способов согласно изобретению также можно использовать для проверки того, что реализация дает несмещенную оценку скорости счета на входе, без обязательного определения минимального надежного промежутка необнаружения. Это выполняется простым моделированием способа в требуемом диапазоне скоростей счета на входе и проверкой того, что ошибка оцененных скоростей счета остается в требуемых пределах.

[0040] Реальные данные также могут использоваться для обеспечения механизма определения подходящего значения . Один из методов заключается в обработке группы наборов данных, с одинаковым спектром у всех, но с разной скоростью счета. Такую группу наборов данных можно сформировать, используя один и тот же источник излучения и измеряя сигнал детектора с размещением источника на разных расстояниях от детектора, тем самым изменяя фактическую скорость счета. Если является значением сигнала детектора в каждой точке временной выборки, то среднее значение выборки для выборок имеет ожидаемое значение, которое масштабируется линейно по отношению к фактической скорости счета на входе. Проверка того, что вычисленная скорость счета на входе в соответствии с алгоритмом по изобретению имеет постоянное соотношение со средним значением выборки для каждого набора данных, обеспечивает подтверждение того, что значение , используемое в алгоритме, обеспечивает несмещенную оценку скорости счета на входе в диапазоне скоростей счета в наборах данных. Непостоянное соотношение предполагает, что значение слишком низкое. Аналогично, реальные данные можно использовать в любой конкретной реализации способов по изобретению, независимо от того, используется ли фиксированный промежуток или нет.

[0041] Следует понимать, что способ остается несмещенным до тех пор, пока каждое время начала является по меньшей мере минимальным надежным промежутком необнаружения, существует значительная свобода в точном алгоритме, с помощью которого выбирается каждое время начала. Например, в приведенном выше примере постоянный промежуток остается после прибытия последнего обнаруженного отдельного импульса сигнала, но промежуток также может изменяться случайным образом в каждой выборке, пока он остается больше минимального надежного промежутка необнаружения, или может также содержать дополнительные значения, зависящие от других параметров. Например, с помощью алгоритмов обнаружения отдельных импульсов сигнала, которые идентифицируют как время начала импульса, так и ширину импульса, к промежутку можно добавить ширину самого последнего импульса. Поэтому, термин «установленный промежуток необнаружения» в формуле изобретения призван быть достаточно широким, чтобы охватывать установленные промежутки необнаружения, которые не обязательно являются постоянными, но изменяются случайным образом или в соответствии с формулой других параметров, если иное не очевидно.

[0042] Кроме того, существует значительная свобода в задании времени прибытия обнаруженного отдельного импульса сигнала. Так как время прибытия отдельного импульса сигнала сопоставляется с какой-либо точкой на импульсе, не обязательно с началом времени нарастания, как показано на графиках, алгоритм может работать успешно, поскольку минимальный надежный промежуток необнаружения просто корректируется в сторону увеличения, чтобы компенсировать любую разницу. Может случиться так, что даже несовместимые положения на импульсе от выборки к выборке надежно обрабатываются алгоритмом, который легко проверяется согласно методикам, описанным выше.

[0043] Следует также понимать, что в некоторых реализациях изобретения непосредственное знание минимального надежного промежутка необнаружения не требуется, поскольку необходимо только, чтобы промежуток всегда был достаточным для обеспечения несмещенной оценки скорости счета на входе, чтобы иметь уверенность, что промежуток больше минимального надежного промежутка необнаружения. В вариантах осуществления изобретения может быть выбран конкретный установленный промежуток необнаружения, и снова достаточно убедиться, что установленный промежуток необнаружения обеспечивает несмещенную оценку скорости счета на входе, чтобы иметь уверенность, что установленный промежуток необнаружения больше минимального надежного промежутка необнаружения. Непостредственное знание минимального надежного промежутка необнаружения полезно для оптимизации чувствительности детектора и максимального использования времен прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала в вариантах осуществления изобретения.

[0044] Описанный выше способ с использованием реальных данных для определения подходящего значения также можно использовать в качестве другого способа оценки скорости счета на входе в одном из вариантов осуществления третьего широкого аспекта изобретения. В простом варианте осуществления в рабочем режиме в каждый момент времени оценки скорости счета на входе среднее значение выборки может быть умножено на калибровочную константу . Калибровочная константа определяется в режиме калибровки путем выполнения выбранного способа определения скорости счета на входе по сигналу детектора за период от до времени калибровки для получения калибровочной скорости счета и за тот же период времени калибровки вычисление среднего значения выборки для получения калибровочного среднего значения выборки . Калибровочная константа - это отношение . В течение периода времени калибровки положение источника излучения или детектора регулируется, если необходимо, так, чтобы измеренная скорость счета находилась в надежной области обычно достаточно низкой измеренной скорости счета) выбранного способа оценки скорости счета на входе. Выбранный способ оценки скорости счета на входе для калибровки может быть способами, описываемыми в настоящем документе в первом и втором широких аспектах, в этом случае надежная область является широкой, или способом предшествующего уровня техники, в этом случае надежная область менее широкая. Этот способ выборки среднего значения можно использовать там, где требуется меньшая вычислительная нагрузка, а описываем в настоящем документе способ на основе промежутка можно использовать только для дополнительной калибровки. Описанный выше способ можно обобщить на любой параметр, полученный из сигнала детектора, который является известной функцией скорости счета на входе. Новые параметры и функции могут быть обнаружены с привлечением проверенных способов несмещенной оценки, описываемых в настоящем документе и в первом и втором широких аспектах.

[0045] Посредством способов по изобретению предлагается более точный детектор импульсов излучения и способ обнаружения. Следует также понимать, способы по изобретению можно легко применять, используя программное обеспечение, реализующее способы в обычном компьютерном процессоре или аппаратном обеспечении для цифровой обработки сигналов. Такое аппаратное обеспечение уже хорошо известно и обычно присутствует в системах детектора импульсов излучения.

[0046] Специалисты в данной области также поймут, что в изобретение могут быть внесены многие другие изменения, не выходящие за объем изобретения, который определяется из самого широкого объема и формулы изобретения.

[0047] Например, хотя в приведенном выше примере сигнал детектора представляет собой цифровой сигнал, дискретизируемый с постоянной частотой дискретизации, сигнал детектора, как определено в формуле изобретения, вообще, распространяется на сигнал детектора, имеющий любую временную зависимость, в том числе аналоговый сигнал.

[0048] Например, изобретение распространяется на вычисление любого параметра, относящегося к скорости счета на входе или из которого скорость счета на входе можно вывести, в том числе его обратную величину, средний интервал прибытия отдельного импульса сигнала или любую его функцию. Термин «параметр скорости счета на входе» в формуле изобретения предназначен для распространения на такие варианты.

[0049] Следует понимать, что число интервалов прибытий импульса, используемых при вычислении оценки скорости счета на входе является переменным и зависит от требуемой точности, которую можно легко предсказать с помощью стандартной ошибки среднего для распределения Пуассона для среднего интервала прибытия отдельного импульса сигнала деленного на .

[0050] Кроме того, хотя все иллюстрации относятся к обстоятельствам наложения импульсов, когда сигнал был выше базовой линии, а наложение импульсов является причиной того, что времена прибытия некоторых обнаруженных отдельных сигналов разделены меньшим, чем минимальный надежный промежуток необнаружения, изобретение распространяется на предсказуемые обстоятельства, при которых такие ненадежные интервалы существуют по причинам, не зависящим от того, происходит ли наложение импульсов или оно является их причиной.

[0051] Кроме того, в то время как уравнения, представленные здесь, вычисляют среднее арифметическое набора чисел для получения , вычисление других статистических параметров имеет самый широкий охват, они равны или являются фиксированными функциями среднего арифметического распределения Пуассона и, следовательно, позволяют их вывести, такие как медиана, мода, дисперсия, асимметрия, эксцесс или энтропия.

[0052] В формуле изобретения, которая следует ниже, и в предшествующем описании изобретения, за исключением случаев, когда контекст требует иного, ввиду ясности языка или необходимого смысла, слово «содержать» или варианты, такие как «включает в себя» или «содержащий», используются в широком смысле, т.е. чтобы указать наличие заявленных признаков, но не исключать наличие или добавление дополнительных признаков в различных вариантах осуществления изобретения. Кроме того, любые этапы способа, изложенные в формуле изобретения, не обязательно предназначены для выполнения во времени в записанной последовательности или для выполнения без паузы после запуска, если этого не требует контекст.

[0053] Подразумевается, что поправки, типа предусмотренной уравнением 2, в случае влияний цифровой дискретизации находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

[0054] Следует понимать, что, если в данном документе упоминается любая публикация уровня техники, такая ссылка не является признанием того, что публикация составляет часть общеизвестных знаний в данной области техники в Австралии или любой другой стране.

Группа изобретений относится к области измерительной техники. Способ оценки скорости счета на входе детектора импульсов излучения по сигналу детектора, где некоторые отдельные импульсы сигнала, составляющие сигнал детектора, разнесены во времени менее чем на минимальный надежный промежуток необнаружения. Импульсы сигнала обнаруживаются с использованием алгоритма обнаружения и задается множество времен начала интервалов, каждое из которых перемежается с по меньшей мере одним из времен прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала, причем время начала каждого интервала позже на по меньшей мере минимальный надежный промежуток необнаружения, чем соответствующее самое последнее время прибытия обнаруженного отдельного импульса сигнала. Соответствующее множество интервалов прибытия отдельных импульсов сигнала вычисляется между каждым из времен начала интервалов и соответствующим временем прибытия следующего обнаруженного отдельного импульса сигнала. Технический результат – повышение точности оценки скорости счета детектора. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ измерения скорости счета на входе детектора импульсов излучения, включающий в себя этапы:

(1) приема импульсов излучения от источника излучения на детекторе, причем принятые импульсы излучения в единицу времени задают скорость счета на входе;

(2) приема сигнала детектора от детектора, содержащего агрегирование отдельных импульсов сигнала от каждого принятого импульса излучения;

(3) использования способа обнаружения, обнаружения отдельных импульсов сигнала в сигнале детектора и определения соответствующих времен прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала;

(4) задания множества времен начала интервалов, между каждой соседней парой которых помещается по меньшей мере одно из времен прибытия обнаруженных отдельных импульсов сигнала, причем время начала каждого интервала наступает позже, чем соответствующее самое последнее время прибытия обнаруженного отдельного импульса сигнала, на установленный промежуток необнаружения, являющийся по меньшей мере таким же большим, как минимальный надежный промежуток необнаружения упомянутого способа обнаружения, тем самым гарантируя отсутствие необнаруженных отдельных импульсов сигнала, появляющихся между каждым из времен начала интервалов и соответствующим временем прибытия следующего обнаруженного отдельного импульса сигнала;

(5) вычисления соответствующего множества интервалов прибытия отдельных импульсов сигнала между каждым из времен начала интервалов и соответствующим временем прибытия следующего обнаруженного отдельного импульса сигнала;

(6) вычисления параметра скорости счета на входе на основе интервалов прибытий отдельных импульсов сигнала.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий на стадии проверки этапы:

моделирования сигналов детектора с разными известными скоростями счета на входе на основе известной формы отдельного импульса для детектора;

выполнения этапов от обнаружения до вычислений на смоделированных сигналах детектора; и

подтверждения того, что параметр скорости счета на входе дает несмещенную оценку каждой из различных известных скоростей счета на входе.

3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий на стадии проверки этапы:

обработки группы наборов данных реальных сигналов обнаружения, все из которых с одинаковым спектром, но с разными скоростями счета, каждый из которых имеет выявленный параметр, вычисленный по ним, который известен как масштабируемый по отношению к скорости счета на входе; и

выполнения этапов от обнаружения до вычислений для каждого набора данных; и

подтверждения того, что вычисленный параметр скорости счета на входе масштабируется в соответствии с выявленным параметром.

4. Способ по п. 3, причем выявленный параметр, вычисленный из каждого набора данных, представляет собой среднее значение сигнала детектора для каждого набора данных.

5. Способ по любому из пп. 1-4, причем установленный промежуток необнаружения является минимальным надежным промежутком необнаружения.

6. Способ по любому из пп. 1-4, причем установленный промежуток необнаружения имеет постоянное значение .

7. Способ оценки скорости счета на входе детектора импульсов излучения, включающий в себя этапы:

(1) приема импульсов излучения от источника излучения на детекторе за период калибровки, причем принятые импульсы излучения в единицу времени задают скорость счета на входе в течение периода калибровки;

(2) измерения сигнала детектора за период калибровки от детектора, содержащего агрегирование отдельных импульсов сигнала от каждого принятого импульса излучения; и

(A) в режиме калибровки:

(3) вычисления параметра, выявленного из сигнала детектора, дискретизированного за период калибровки, причем параметр является известной функцией скорости счета на входе;

(4) оценки калибровочной скорости счета на входе в течение периода калибровки с использованием выбранного способа оценки скорости счета на входе, применяемого к сигналу детектора, дискретизированному за период калибровки, который известен как надежный при оцененной калибровочной скорости счета на входе; и

(5) определения калибровочной функции, связывающей измерения параметра со скоростью счета на входе, на основе вычисленного параметра за период калибровки, калибровочной скорости счета на входе в течение периода калибровки и известной функции; и

(B) в рабочем режиме:

(6) вычисления параметра, выявленного из сигнала детектора за период измерения;

(7) оценки скорости счета на входе в течение периода измерения путем применения калибровочной функции к параметру, выявленному из сигнала детектора за период измерения.

8. Способ по п. 7, причем известной функцией скорости счета на входе является пропорциональность, а калибровочная функция и этап определения калибровочной функции содержат определение константы пропорциональности.

9. Способ по п. 8, причем параметр основан на среднем значении выборки сигнала детектора за период калибровки или измерения.

10. Способ по любому из пп. 7-9, причем выбранный способ оценки скорости счета на входе является одним из способов по любому из пп. 1-6.

11. Способ оценки скорости счета на входе в детектор импульсов излучения по любому из предшествующих пунктов, причем детектор импульсов излучения обнаруживает одно или более из: квантово-механических частиц, включая фотоны, субатомные частицы, ионы или атомы; классических импульсов в сейсмических волнах, СОНАРе, СОДАРе, радаре или ЛИДАРе.

12. Устройство измерения скорости счета на входе детектора импульсов излучения, содержащее детектор импульсов излучения, реализующее способ по любому из предшествующих пунктов.