基于LSQR的剂量仪能量响应标定系统

本发明属于信号检测与处理，具体地说，尤其涉及一种基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统。

背景技术：

1、随着科学技术的不断发展，核技术作为新兴前沿技术之一，在本世纪取得了令人瞩目的成绩，因为其清洁能源的特性，在能源领域的应用不断增加，随着核技术的不断发展，其应用范围还将不断扩大。但是随着它给人们生活带来便利的同时，其本身也存在很大的风险，首当其冲的就是电离辐射问题。

2、对于放射工作人员来说，在工作环境中有电离辐射是不可避免的，此时个人剂量仪可对其周边环境的剂量值进行测量并作出提示，但是在实际中基于光电晶体的个人辐射剂量仪的辐射能量和剂量传感器(半导体光电传感器)灵敏度高，但是准确测量辐射剂量需要解决两个问题，一是对不同能量射线的非线性，二是对剂量率也有很大的非线性，所以必须针对能量和剂量率进行准确标定，但是标准源有限，标准剂量点也有限，需要通过有限次的标准刻度以最大限度地提高准确度，相对整个能量段(几十kev到几mev)，通常只有cs和x光管作为标准，只有几个标准能量，另外标准剂量率也很有限，这就需用到最小二乘求解病态方程组的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统，将射线转换为能谱时，使用突变算法与滑动平均相结合的滤波算法，可有效减少噪声干扰。

2、一种基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统，包括以下步骤：

3、步骤s1：将设计完成的剂量仪放入标准辐射场的标准参考点处；

4、步骤s2：在标准参考点处测量该点的射线能谱，并将该点能谱数据保存在内存中，在测量时，使用突变算法与滑动平均相结合的滤波算法以减少噪声干扰；

5、步骤s3：测出能谱后，判断标准参考点是否测量完毕，若测量完毕，进入步骤s4，否则换至下一标准参考点，继续进行步骤s1-步骤s3，直至参考点测量完毕；

6、步骤s4：利用多个参考点能谱数据构建ax＝b的方程组，此方程组为病态方程组，使用软件中编写的lsqr算法对其计算标定系数。

7、优选地，根据射线不同可分为x、γ射线，每个射线共五个标准参考点，因此一共有十个标准参考点。

8、优选地，步骤s2中的突变算法与滑动平均算法相结合的滤波算法，包括以下步骤：

9、在内存中开辟两个数组，分别为正常数组和突变数组，对前5个计数值求平均值，当新的数据来到时，若这个数据的值大于正常数组的平均值的1/5且小于平均值的5倍时，则新的数据放入正常数组，否则放入突变数组；若连续三个数据都为突变数据，则认为环境剂量发生改变，并将突变数据放入正常数组中，若连续三个数据不全是突变数据，则认为该数据为噪声干扰，将该数据舍弃。

10、优选地，步骤s4中需要定义矩阵a，脉冲计数值由10位adc转换得出，因此转换值为0-1023之内的数据，因此a为10×1024的矩阵，b为值已知的10×1的向量，因此，此方程组为病态方程组；通过多道分析仪(10位adc)获得的数据为0-1023之间的数据，其代表的是能量的强度，当测量并计数完成后，则为射线能谱，标准源和标准点都有限，所以计算标定系数时会面临病态方程组求解问题。

11、优选地，步骤s4中的lsqr算法为一种迭代算法，由lanczos双对角化与qr分解两部分组成，期间运用最小二乘法的思想，在求解大型病态方程组时有着较快的收敛速度与稳定性，同时具有一定的正则化性质。

12、对矩阵a使用lanczos双对角化方法，便可使其化为双对角形式：

13、

14、再对其进行qr分解：

15、

16、其中，qk≡qk,k+1...q2,3q1,2是平面旋转矩阵，它的作用是消除bk的下对角元素β2,β3,...。

17、优选地，所述基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统还包括硬件系统模块，硬件系统模块包括：

18、脉冲计数模块，闪烁探测器将射线转换为光信号，闪烁探测器为csi(ti)，再经过光电转换将光信号转换为电流信号，光电转换器件为滨松s1506，电流信号经过前置放大电路、极零相消电路、滤波电路后传入adc模块，将模拟信号转换为数字信号，得到脉冲计数值，adc为处理器自带，处理器选择ti公司的msp430f5510，其具有低功耗的特点，适合个人剂量仪的使用；

19、存储模块，用于软件代码存储以及数据处理与计算时的内存使用，存储芯片为镁光公司的mt25ql128；

20、人机交互模块，包括液晶显示、按键等模块，方便使用；

21、电源模块，通过电源模块给msp430和液晶屏幕供电，电压为3.3v。

22、优选地，所述基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统还包括软件模块，软件模块包括cpu初始化模块、i/o配置模块、数据处理模块、lsqr计算模块、adc数据采集模块、液晶显示模块、按键处理模块，软件模块与硬件模块相对应，实现基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统的设计目的。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、将射线转换为能谱时，使用突变算法与滑动平均相结合的滤波算法，可有效减少噪声干扰，在能谱转换为剂量值时，通常需要标定因子，但在标定过程中，由于标准源和标准参考点都有限，所以会出现病态方程组的求解问题；对比于传统的使用推荐转换值，在标定过程中使用lsqr算法求解病态方程组，可使得仪器获得最优的标定系数，从而减小因标定系数不准导致的测量误差。

技术特征：

1.一种基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统，其特征在于：根据射线不同可分为x、γ射线，每个射线共五个标准参考点，因此一共有十个标准参考点。

3.根据权利要求2所述的基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统，其特征在于：步骤s2中的突变算法与滑动平均算法相结合的滤波算法，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统，其特征在于：步骤s4中需要定义矩阵a，脉冲计数值由10位adc转换得出，因此转换值为0-1023之内的数据，因此a为10×1024的矩阵，b为值已知的10×1的向量，因此，此方程组为病态方程组。

5.根据权利要求4所述的基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统，其特征在于：步骤s4中的lsqr算法为一种迭代算法，由lanczos双对角化与qr分解两部分组成，期间运用最小二乘法的思想，在求解大型病态方程组时有着较快的收敛速度与稳定性，同时具有一定的正则化性质。

6.根据权利要求5所述的基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统，其特征在于：所述基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统还包括硬件系统模块，硬件系统模块包括：

7.根据权利要求6所述的基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统，其特征在于：所述基于lsqr的剂量仪能量响应标定系统还包括软件模块，软件模块包括cpu初始化模块、i/o配置模块、数据处理模块、lsqr计算模块、adc数据采集模块、液晶显示模块、按键处理模块，软件模块与硬件模块相对应。

技术总结
本发明公开了一种基于LSQR的剂量仪能量响应标定系统，其属于信号检测与处理技术领域。它解决了现有技术中传统剂量仪能量响应标定系统存在的标定系数不准导致测量误差大的缺陷。其主体结构包括软件的编写和硬件的设计，软件设计中的算法主要包括突变算法与滑动平均相结合的滤波算法，用于减小噪声干扰，LSQR算法用于剂量仪标定时病态方程组的求解，同时具有一定的正则化特性。本发明主要用于LSQR的剂量仪能量响应标定上。

技术研发人员：俞朝阳,林伟,于玉丹,袁畅,黄昊天
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14