(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理事象を受けてリニアパルス信号を出力するパルス検出部と、
リニアパルス信号の勾配を滑らかに整形する波形整形部と、
整形されたリニアパルス信号をデジタルパルスデータに変換する高速ＡＤ変換部と、
予め設定された閾値データを出力する閾値データ設定部と、
高速ＡＤ変換部が出力するデジタルパルスデータと、閾値データ設定部が出力する閾値データと、を比較し、閾値データを連続して上回るデジタルパルスデータのうちの最大のデジタルパルスデータをピーク値データとして一時記憶し、その後にデジタルパルスデータが閾値データを下回るとき、少なくとも最大のピーク値データを出力するピーク値データ検出部と、
ピーク値データ検出部からのデジタルパルスデータを用いてパルスの積分値を算出し、積分値を用いて予め定められた性状を満たすか判定し、性状を満たすパルスについてのピーク値データを出力させるとともにそれ以外のピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部を制御するパルス波形積分解析部と、
ピーク値検出部から出力されるピーク値データをパルスの波高として入力する信号処理部とを備え、
前記パルス波形積分解析部は、
予め定められた比率の上限値と下限値とを設定する基準設定部と、
デジタルパルスデータが入力され、１つのパルスについてのデジタルパルスデータの最大値を波高値として検出する波高値検出部と、
デジタルパルスデータが入力され、１つのパルスについてデジタルパルスデータを加算して積分値を算出する積分部と、
波高値検出部から出力される波高値を二乗した値を、積分部から出力される積分値で除した比率が、基準設定部から出力される下限値を上回り、かつ上限値を下回る条件を満たす場合に、このパルスを正常と判断し、条件を満たさない場合にこのパルスを異常と判断する比較判定部と、
正常時にはこのパルスのピーク値データを出力させ、また、異常時にはこのパルスのピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部を制御する出力制御部と、
を備えることを特徴とするパルス処理装置。
【請求項２】
物理事象を受けてリニアパルス信号を出力するパルス検出部と、
リニアパルス信号の勾配を滑らかに整形する波形整形部と、
整形されたリニアパルス信号をデジタルパルスデータに変換する高速ＡＤ変換部と、
予め設定された閾値データを出力する閾値データ設定部と、
高速ＡＤ変換部が出力するデジタルパルスデータと、閾値データ設定部が出力する閾値データと、を比較し、閾値データを連続して上回るデジタルパルスデータのうちの最大のデジタルパルスデータをピーク値データとして一時記憶し、その後にデジタルパルスデータが閾値データを下回るとき、少なくとも最大のピーク値データを出力するピーク値データ検出部と、
ピーク値データ検出部からのデジタルパルスデータを用いてパルスの積分値を算出し、積分値を用いて予め定められた性状を満たすか判定し、性状を満たすパルスについてのピーク値データを出力させるとともにそれ以外のピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部を制御するパルス波形積分解析部と、
ピーク値検出部から出力されるピーク値データをパルスの波高として入力する信号処理部とを備え、
前記パルス波形積分解析部は、
予め定められた比率の上限値および下限値と、１つのパルスについての基準の波高値および基準のパルス幅と、を設定する基準設定部と、
デジタルパルスデータが入力され、１つのパルスについてのデジタルパルスデータの最大値を波高値として検出する波高値検出部と、
デジタルパルスデータが入力され、１つのパルスについてデジタルパルスデータを加算して積分値を算出する積分部と、
デジタルパルスデータが入力され、１つのパルスについて所定の下限値を超えるデジタルパルスデータの個数をパルス幅として検出するパルス幅検出部と、
パルス幅検出部から出力される波高値を二乗した値を、積分部から出力される積分値で除した比率が、基準設定部から出力される下限値を上回り、かつ上限値を下回るという条件を満たす場合に、このパルスを正常と判断し、下限値以下の場合にこのパルスを異常と判断し、上限値を上回る場合であって波高値が基準波高値の２倍でパルス幅が基準パルス幅の１倍である場合に２つのパルスが重畳されたと判断し、上限値を上回る場合であって波高値が基準波高値の１倍でパルス幅が基準パルス幅の２倍である場合に２つのパルスが重畳されたと判断する比較判定部と、
正常時にはこのパルスのピーク値データを出力させ、２つのパルスが重畳されたと判断した時に２つのパルスのピーク値データを出力させ、また、異常時にはこのパルスのピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部を制御する出力制御部と、
を備えることを特徴とするパルス処理装置。
【請求項３】
前記信号処理部が波高分布データを出力する波高分析回路である請求項１又は２に記載のパルス処理装置と、
波高分析回路からの波高分布データを登録する波高分布メモリと、
波高分布メモリから波高分布データを読み出す演算処理部と、
演算処理部から出力された波高分布データを用いて波高分布を表示する出力部と、
を備えることを特徴とする放射線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス検出が容易となるようにパルスの処理を行うパルス処理装置、および、このパルス処理装置を内蔵する放射線分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の放射線分析装置について説明する。従来技術の放射線分析装置６００は、図２７で示すように、放射線検出器６０１、閾値制御回路６０２、コンパレータ６０３、ピークホールド回路６０４、ＡＤＣ６０５、ＣＰＵ６０６を備える。これら各部からの出力は図２８のタイムチャートで示すようになる。
放射線検出器６０１は、放射線の検出時にリニアパルス信号Ａを出力する。コンパレータ６０３は、放射線検出器６０１からリニアパルス信号Ａを入力し、そして、閾値制御回路６０２から閾値信号Ｂを入力する。コンパレータ６０３は、リニアパルス信号Ａの値が閾値信号Ｂの値を上回るときに、トリガ信号Ｃを出力する。【０００３】
ピークホールド回路６０４は、トリガ信号Ｃを検出してからピークホールドを開始し、リニアパルス信号Ａのピーク値Ｐ１でピークホールドし、ピーク値Ｐ１でホールドされたピークホールド出力信号Ｄを出力する。ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）６０５は、ピークホールド出力信号Ｄをデジタルデータに変換し、ピーク値Ｐ１を表すデジタルデータＥを出力する。このピーク値Ｐ１を表すデジタルデータＥの出力はピーク値Ｐ２の新しいデジタルデータＥが生成されるまで行われる。【０００４】
ＣＰＵ６０６は、トリガ信号Ｃを検出してＡＤＣ６０５からのデジタルデータを入力可能な状態とし、ＡＤＣ６０５のデジタルデータＥを入力する。ＣＰＵ６０６は、このデジタルデータＥをピーク値Ｐ１として取得する。ピーク値Ｐ１の取得後、ＣＰＵ６０６は、リセット信号Ｆを出力する。
コンパレータ６０３は、リセット信号Ｆを入力し、トリガ信号Ｃをリセットする。ピークホールド回路６０４は、リセット信号Ｆを入力し、ピークホールド出力信号Ｄをリセットする。このようにＣＰＵ６０６からリセット信号Ｆが出力され、全ての処理が初期化される。続いて、他のパルスのピーク値Ｐ２を取得する。以下、同様に入力されるパルスのピーク値を取得し続ける。このような放射線分析装置６００は、所定波高を超えるリニアパルス信号のみ計測する。放射線分析装置６００は、これにより閾値以下の微小ノイズを除去し、誤検出を防止して信頼性を高めている。【０００５】
また、このような放射線分析装置の他の従来技術として、例えば、特許文献１（特開２００２−５５１７１号公報、発明の名称「放射線計測装置」）に記載の発明が知られている。
この放射線計測装置は、バンドパスフィルタにより低エネルギー部の雑音ピークを減少させて、放射線の検出を行っている。これにより、雑音の影響が低減され、ＡＤ変換によるスループットの低下を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−５５１７１号公報（特に図１，図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図２７を用いて説明した従来技術の放射線分析装置６００では、図２８，図２９のＴ１のようなリニアパルス検出処理およびピークホールド処理を行う期間、Ｔ２のようなＡＤ変換処理を行う期間、Ｔ３のようなＣＰＵ処理を行う期間、を経て、次のパルス検出を行うことができる。これらパルス検出からリセットまでの一連の期間Ｔ４が経過するまでは次のパルスが入力されても検出や処理ができず、Ｔ４の期間中は、放射線検出器６０１から出力されるリニアパルス信号は無視される。このように従来技術の放射線分析装置６００は、処理時間待ちによるデッドタイムが発生し、検出したパルスの欠測が起こり、測定能力が下がるおそれがあるという問題があった。【０００８】
また、引用文献１に記載の放射線計測装置でも、その図１，図５で示すように、ピーク検出回路８、ピークホールド回路９、Ａ／Ｄ変換器１０、ＭＣＡ（マルチチャンネルアナライザ）１１が直列的に接続されており、一のパルスの信号処理に時間を要し、従来技術と同様にパルスの欠測が起こるおそれがあるという問題があった。
そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、信号処理を高速化して欠測を防止するパルス処理装置を提供することにある。また、このパルス処理装置を搭載することにより欠測を防止し、測定能力を高めた放射線分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るパルス処理装置の第１の態様は、物理事象を受けてリニアパルス信号を出力するパルス検出部と、リニアパルス信号の勾配を滑らかに整形する波形整形部と、整形されたリニアパルス信号をデジタルパルスデータに変換する高速ＡＤ変換部と、予め設定された閾値データを出力する閾値データ設定部と、高速ＡＤ変換部が出力するデジタルパルスデータと、閾値データ設定部が出力する閾値データと、を比較し、閾値データを連続して上回るデジタルパルスデータのうちの最大のデジタルパルスデータをピーク値データとして一時記憶し、その後にデジタルパルスデータが閾値データを下回るとき、少なくとも最大のピーク値データを出力するピーク値データ検出部と、ピーク値データ検出部からのデジタルパルスデータを用いてパルスの積分値を算出し、積分値を用いて予め定められた性状を満たすか判定し、性状を満たすパルスについてのピーク値データを出力させるとともにそれ以外のピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部を制御するパルス波形積分解析部と、ピーク値検出部から出力されるピーク値データをパルスの波高として入力する信号処理部とを備え、前記パルス波形積分解析部は、予め定められた比率の上限値と下限値とを設定する基準設定部と、デジタルパルスデータが入力され、１つのパルスについてのデジタルパルスデータの最大値を波高値として検出する波高値検出部と、デジタルパルスデータが入力され、１つのパルスについてデジタルパルスデータを加算して積分値を算出する積分部と、波高値検出部から出力される波高値を二乗した値を、積分部から出力される積分値で除した比率が、基準設定部から出力される下限値を上回り、かつ上限値を下回る条件を満たす場合に、このパルスを正常と判断し、条件を満たさない場合にこのパルスを異常と判断する比較判定部と、正常時にはこのパルスのピーク値データを出力させ、また、異常時にはこのパルスのピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部を制御する出力制御部と、を備えるようにした。
【００１０】
高速ＡＤ変換部により、リニアパルス信号をデジタルパルスデータに常時変換する変換処理を行う。また、ＡＤ変換処理と並行して、このうちの最大のデジタルパルスデータを直ちにピーク値データとするピーク値データ検出処理を行う。また、ピーク値データ検出処理と並行して、ピーク値データを用いてパルスの波高についての各種信号処理を行う。これらのように処理を並行して行うようにしたため、高速処理を実現することができる。【００１１】
また、リニアパルス信号の勾配を滑らかにする波形整形部を備えているので、パルス波形の解析が容易になる。
【００１２】
また、本発明に係るパルス処理装置の第２の態様は、物理事象を受けてリニアパルス信号を出力するパルス検出部と、リニアパルス信号の勾配を滑らかに整形する波形整形部と、整形されたリニアパルス信号をデジタルパルスデータに変換する高速ＡＤ変換部と、予め設定された閾値データを出力する閾値データ設定部と、高速ＡＤ変換部が出力するデジタルパルスデータと、閾値データ設定部が出力する閾値データと、を比較し、閾値データを連続して上回るデジタルパルスデータのうちの最大のデジタルパルスデータをピーク値データとして一時記憶し、その後にデジタルパルスデータが閾値データを下回るとき、少なくとも最大のピーク値データを出力するピーク値データ検出部と、ピーク値データ検出部からのデジタルパルスデータを用いてパルスの積分値を算出し、積分値を用いて予め定められた性状を満たすか判定し、性状を満たすパルスについてのピーク値データを出力させるとともにそれ以外のピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部を制御するパルス波形積分解析部と、ピーク値検出部から出力されるピーク値データをパルスの波高として入力する信号処理部とを備え、前記パルス波形積分解析部は、予め定められた比率の上限値および下限値と、１つのパルスについての基準の波高値および基準のパルス幅と、を設定する基準設定部と、デジタルパルスデータが入力され、１つのパルスについてのデジタルパルスデータの最大値を波高値として検出する波高値検出部と、デジタルパルスデータが入力され、１つのパルスについてデジタルパルスデータを加算して積分値を算出する積分部と、デジタルパルスデータが入力され、１つのパルスについて所定の下限値を超えるデジタルパルスデータの個数をパルス幅として検出するパルス幅検出部と、パルス幅検出部から出力される波高値を二乗した値を、積分部から出力される積分値で除した比率が、基準設定部から出力される下限値を上回り、かつ上限値を下回るという条件を満たす場合に、このパルスを正常と判断し、下限値以下の場合にこのパルスを異常と判断し、上限値を上回る場合であって波高値が基準波高値の２倍でパルス幅が基準パルス幅の１倍である場合に２つのパルスが重畳されたと判断し、上限値を上回る場合であって波高値が基準波高値の１倍でパルス幅が基準パルス幅の２倍である場合に２つのパルスが重畳されたと判断する比較判定部と、正常時にはこのパルスのピーク値データを出力させ、２つのパルスが重畳されたと判断した時に２つのパルスのピーク値データを出力させ、また、異常時にはこのパルスのピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部を制御する出力制御部と、を備えた。これにより、ノイズ除去した波高値を得ることができる。
【００１３】
これらのようなパルス処理装置は、特に放射線分析装置に適用することが好ましい。放射線によるパルスを欠測させることなく取得するため、放射せんによる波高分布が高精度で取得され、特に核種の確定精度が向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、信号処理を高速化して欠測を防止するパルス処理装置を提供することができる。また、このパルス処理装置を搭載することにより欠測を防止し、測定能力を高めた放射線分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態のパルス処理装置のブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のパルス処理装置の各ブロックからの出力を説明するタイムチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態のパルス処理装置の並行処理を説明する説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のパルス処理装置によるパルス処理を説明する説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態のパルス処理装置によるパルス処理を説明する説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態のパルス処理装置によるパルス処理を説明する説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態のパルス処理装置のブロック図である。
【図８】パルス波形解析部のブロック図である。
【図９】パルス波形解析を説明する説明図であり、図９（ａ）は通常のパルスの説明図、図９（ｂ）は尖塔状のパルスの説明図、図９（ｃ）は複数ピークを有するパルスの説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態のパルス処理装置のブロック図である。
【図１１】波高値補正を説明する説明図であり、図１１（ａ）は入力パルス信号の説明図、図１１（ｂ）はデジタルパルスデータの説明図である。
【図１２】波高値補正を説明する説明図であり、図１２（ａ）は最高値の波高値が得られるサンプリングの説明図、図１２（ｂ）は最高値から波高値がずれるサンプリングの説明図である。
【図１３】波高値補正を説明する説明図であり、図１３（ａ）は左右対称な場合の説明図、図１３（ｂ）は左右非対称な場合の説明図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態のパルス処理装置のブロック図である。
【図１５】波形整形部のブロック図である。
【図１６】波形整形を説明する説明図であり、図１６（ａ）は整形前波形を示す図、図１６（ｂ）は整形後波形を示す図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態のパルス処理装置のブロック図である。
【図１８】パルス波形積分解析部のブロック図である。
【図１９】パルス波形積分解析を説明する説明図であり、図１９（ａ）は通常パルスを示す図、図１９（ｂ）は小型パルスを示す図、図１９（ｃ）は尖塔状パルスを示す図である。
【図２０】パルス波形積分解析を説明する説明図であり、図２０（ａ）は２パルス同時入力を示す図、図２０（ｂ）は２パルスの時間ずれ入力を示す図、図２０（ｃ）は２パルスの僅差の時間ずれ入力を示す図である。
【図２１】実施例１の放射線分析装置のブロック図である。
【図２２】信号の説明図であり、図２２（ａ）はリニアパルス信号の説明図、図２２（ｂ）は波高分布の説明図である。
【図２３】実施例２の放射線分析装置のブロック図である。
【図２４】実施例３の放射線分析装置のブロック図である。
【図２５】実施例４の放射線分析装置のブロック図である。
【図２６】実施例５の放射線分析装置のブロック図である。
【図２７】従来技術の放射線分析装置のブロック図である。
【図２８】従来技術の放射線分析装置の各ブロックからの出力を説明するタイムチャートである。
【図２９】従来技術の放射線分析装置の直列処理を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
続いて、本発明を実施するための第１の形態について図を参照しつつ以下に説明する。このパルス処理装置１００は、図１で示すように、パルス検出部１、高速ＡＤ変換部２、閾値データ設定部３、ピーク値データ検出部４、信号処理部５を備える。
パルス検出部１は、ランダムなタイミングで発生する物理事象に応じてアナログパルスであるリニアパルス信号ａを出力する。このリニアパルス信号ａは、図２で示すように、所定値以上の波高値を有する。
【００１７】
高速ＡＤ変換部２は、リニアパルス信号ａを所定サンプリング速度でサンプリングしてデジタルパルスデータｂに変換し、変換したデジタルパルスデータｂを順次出力する。高速ＡＤ変換部２は、そのサンプリング速度を１００Ｍｓｐｓとし、十分なピーク検出の精度が得られるようにしている。なお、図２でリニアパルス信号ａのサンプリングを開始した時点からデジタルパスルデータｂが閾値データを下回るときまでのＴ１の期間に他のパルスが入力された、つまりリニアパルスが重複して入力された場合は１の（１つの意味であり、以下同じ）パルスとして検出される。
閾値データ設定部３は、予め設定されたパルスのピーク値の下限を表す閾値データｃを出力する。この閾値データはデジタル信号である。
【００１８】
ピーク値データ検出部４は、ピーク値を検出する。このピーク値データ検出部４は、高速ＡＤ変換部２が順次出力するデジタルパルスデータｂと、閾値データ設定部３が出力する閾値データｃと、を比較し、閾値データｃを連続して上回るデジタルパルスデータのうちの最大のデジタルパルスデータをピーク値データとして一時記憶する。このピーク値データの検出は以下のようにして行う。先ず、最初に閾値データｃを上回ったデジタルパルスデータをピーク値データとして一時記憶する。その後、デジタルパルスデータｂが入力される毎に、入力されたデジタルパルスデータｂと一時記憶されているピーク値データとを比較し、入力されたデジタルパルスデータｂが一時記憶されているピーク値データより大きいときに、このデジタルパルスデータｂをピーク値データとして更新記憶する。このピーク値データの更新処理をデジタルパルスデータが閾値データｃを上回っている間繰り返す。ピーク値データ検出部４は、その後にデジタルパルスデータｂが閾値データｃを下回るときに、ピーク検出信号ｄと、その時に一時記憶されている最大のピーク値データｅと、を出力する。
【００１９】
信号処理部５は、ピーク検出信号ｄを検出した後に、ピーク値データｅをパルスの波高値として入力する。そして、このパルスの波高値を用いて各種の処理を行う。
続いて、次に入力されるリニアパルス信号ａについてピーク値２を取得する。以下同様にピーク値を順次取得する。パルス処理装置１００はこのようなものである。
【００２０】
本形態では、図３で示すように、高速ＡＤ変換部２は処理を停止することなく順次ＡＤ変換処理を続け、また、ピーク値データ検出部４も高速ＡＤ変換部２からデジタルパルスデータｂの出力が開始されてからデジタルパルスデータｂに基づいて順次ピーク値検出処理を進める。このため、図３に示すＴ２の期間のように、高速ＡＤ変換部２とピーク値データ検出部４との処理の一部が重なる並列処理を実現している。なお、Ｔ２の期間に他のパルスが入力された、つまりリニアパルスが重複して入力された場合は１のパルスとして検出される。
【００２１】
また、図３で示すように、ピーク値データ検出部４は処理を停止することなく順次処理を続け、また、信号処理部５もピーク値データ検出部４からピーク値データｅの出力が開始されてから以後ピーク値が出力される毎に順次処理を進める。このＴ３の期間のように、ピーク値データ検出部４と信号処理部５の処理が一部重なる並列処理を実現している。
【００２２】
続いて、パルス処理装置１００によるパルス処理について説明する。まず、通常パルスの検出時について説明する。図４で示すように通常のパルスが入力されたものとする。このパルスは、閾値を超えた範囲にピークが１個あるようなパルスである。このように閾値を超えた連続した範囲を１つのパルスとして認識する。値１〜値ｎ＋１，値ｎ＋ａ，値ｎ＋ｂはデジタルパルスデータの値である。
【００２３】
Ａではピークが生じているが、閾値より小さいピーク値であるため検出は行われない。Ｂでは閾値を超えたことを検出してパルスイネーブルを有効な状態にする（アサートする）。Ｃでは値１がラッチデータ（ピーク値データでありＣのときは０）より大きいことを検出してラッチイネーブルをアサートし、値１をラッチする。値１は、ピーク値データの候補となる。このような動作は値ｎまで同様に行われ、値２、・・・、値ｎ−２、値ｎ−１、値ｎまでラッチされる。
【００２４】
Ｄでは値ｎ＋１がラッチデータｎより小さいためラッチイネーブルを無効な状態にする（ネゲートする）。以下値ｎ＋ａまで続き、値ｎが保持される。Ｅでは値ｎ＋ｂが閾値を下回ったことを検出してパルスイネーブルをネゲートする。Ｆでは閾値を下回ったことを検出してデータイネーブルをアサートし、値ｎをピーク値データとして出力する。このようにして最大の値ｎのデジタルパルスデータをピーク値データとする。
【００２５】
続いて、パルス処理装置１００による他のパルス処理について説明する。ここでは、複数ピークを有するパルスの検出時について説明する。図５で示すように閾値を超えた範囲に複数のピークがあるパルスが入力されたものとする。このようなパルスの最も高いピークを検出する。値１〜値ｎ＋４はデジタルパルスデータの値である。
【００２６】
Ａでは値ｍ＋１がラッチデータｍより小さいためラッチイネーブルをネゲートする。値ｍ＋２は値ｍ＋１より大きいため再度ラッチイネーブルをアサートする。値ｍ＋１はラッチされない。Ｂでは連続したパルスの中の最大値ｎがピーク値として保存される。Ｃでは値ｎ＋３はラッチデータｎより小さいためラッチされない。このようにして複数ピークのうちで最大の値ｎのデジタルパルスデータをピーク値データとする。
【００２７】
続いて、パルス処理装置１００による他のパルス処理について説明する。ここでは、極小パルスや連続パルスの検出時について説明する。図６で示すように閾値を僅かに超えるような極小パルスを含む複数のパルスが連続する連続パルスが入力されたものとする。この場合、閾値を超えたものはパルス幅に関わらずパルスとしてピーク検出を行う。また、メモリ書き込み中に次のピークを検出しても無視する。この場合、メモリ書き込み処理はパルス幅に対して十分短いため異常に短い間隔の場合のみ無視される。メモリ書き込み時間は１００ｎｓ程度である。このように閾値を超えた連続した範囲で最も高いピークのみを検出する。値１〜値ｎ＋１はデジタルパルスデータの値である。
【００２８】
Ａではメモリ書き込み中はメモリレディをネゲートする。メモリ書き込み完了でメモリレディをアサートする。Ｂではピーク値を検出したが、前のメモリの書き込みが終わっていないため無視する。Ｃでは一旦閾値を下回ると新たなパルスとして認識する。このようにして複数ピークのうちで最大の値ｎのデジタルパルスデータをピーク値データとする。
【００２９】
このように高速ＡＤ変換部２は他に影響されることなく順次入力されるリニアパルス信号ａをＡＤ変換することができる。また、ピーク値データ検出部４は他に影響されることなく順次入力されるデジタルパルスデータｂに基づいてピーク検出することができる。また、信号処理部５は他に影響されることなく順次入力されるピーク値データｅに基づいて信号処理することができる。このようにパルス処理装置１００は、並列処理により高速のパルス処理を行い、処理待ちによるデッドタイムを削減し、測定精度を向上させている。
【００３０】
また、閾値データ設定部３、ピーク値データ検出部４、信号処理部５はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などにより一体の半導体回路として形成している。
これによりパルス毎の処理にＣＰＵが介在しなくなってパルスの高速処理を実現する。さらに１００Ｍｓｐｓという高速ＡＤ変換部２の出力に追従できるようになり、高速化を実現することができる。
【００３１】
また、高速ＡＤ変換部２は、ＡＤ変換を高速化しており、ランダムに入力されるパルスに対して、パルスの分離さえできれば数え落としは発生しない。これにより、欠測のおそれを低減し、正確な計測を実現できる。
また、高速ＡＤ変換部２を使用するため、従来技術のようなピークホールド回路を不要とし、デジタルサンプリング方式によるピーク検出を行うことができ、処理の高速化に寄与する。
【００３２】
続いて、本発明を実施するための第２の形態について図を参照しつつ以下に説明する。このパルス処理装置２００は、図７で示すように、パルス検出部１、高速ＡＤ変換部２、閾値データ設定部３、ピーク値データ検出部４、信号処理部５、パルス波形解析部６を備える。
先の第１の形態と比較すると、ピーク値データ検出部４にパルス波形解析部６が接続されている点が相違する。なお、パルス検出部１、高速ＡＤ変換部２、閾値データ設定部３、ピーク値データ検出部４、信号処理部５については先と同じ構成であり、同じ番号を付すとともに重複する説明を省略する。以下、パルス波形解析部６について重点的に説明する。
【００３３】
パルス波形解析部６は、ピーク値データ検出部４からのデジタルパルスデータｂを用いてパルスを解析し、予め定められた性状を満たすパルスについてのピーク値データを出力させるとともにそれ以外のピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部４を制御する。
パルス波形解析部６は、詳しくは、図８で示すように、基準設定部６ａ、パルス幅検出部６ｂ、波高値検出部６ｃ、比較判定部６ｄ、出力制御部６ｅを備える。これら部は後述する各種の処理を行う。
【００３４】
パルス解析の原理について説明する。本発明で対象とするパルスは、図９（ａ）で示すような略正弦波様の形状を有し、下限のパルス幅ＷＬが所定長さを有しており、また、１／２波高値のパルス幅ＷＭが所定長さを有している。そして、波高の高いパルスと波高の低いパルスとでは相似形を有しており、１／２波高値のパルス幅ＷＭと下限のパルス幅ＷＬとの比率はパルスの高低にかかわらず一定の関係にある。図９（ｂ）で示すように１／２波高値のパルス幅ＷＭが狭い場合は尖塔状のノイズとみなすことができる。また、図９（ｃ）で示すようにピークが多数ある場合もノイズとみなすことができる。これら特徴に基づいて波形解析を行う。
【００３５】
第１の解析について説明する。
正常な波形の第１条件として下限のパルス幅ＷＬが所定長より長いことが挙げられる。高速ＡＤ変換により物理事象を検出した通常の１のパルスは、多数のデジタルパルスデータからなる。デジタルパルスデータは所定サンプリング周期で得られるためサンプル数で表しても良い。本形態では下限のパルス幅ＷＬが基準パルス幅１６サンプル以上であるときに正常な波形であると判断し、基準パルス幅未満のサンプルを微小ノイズと判断する。なお、この基準パルス幅のサンプル数は、扱う物理事象や高速ＡＤ変換部２のサンプリング周期により変化する値であり、事情に応じて適宜数値を設定できる。
【００３６】
図８のパルス波形解析部６の各部は以下のように機能する。
基準設定部６ａは、デジタルパルスデータの予め定められた基準個数を基準パルス幅として設定する。
パルス幅検出部６ｂは、デジタルパルスデータが入力され、１のパルスについて所定の下限値を超えるデジタルパルスデータの個数を下限のパルス幅として検出する。
【００３７】
比較判定部６ｄは、パルス幅検出部６ｂから出力される個数が、基準設定部６ａから出力される基準個数を上回るという条件を満たす場合にこのパルスを正常と判断し、条件を満たさない場合にこのパルスを異常と判断する。比較判定部６ｄは判定結果を出力制御部６ｅへ送信する。
出力制御部６ｅは、正常時にはこのパルスのピーク値データを出力させ、また、異常時にはこのパルスのピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部４を制御する。
このような波形解析を行うことで、微小なノイズをキャンセルすることができる。
【００３８】
続いて、第２の解析について説明する。
正常な波形の第２条件としてパルスが相似形であり、１／２波高値のパルス幅ＷＭと下限のパルス幅ＷＬとの比率がほぼ所定値になることが挙げられる。図９（ｂ）で示すようにある下限のパルス幅ＷＬに対して１／２波高値のパルス幅ＷＭが異常に小さい場合は、ノイズと判断する。本形態では１／２波高値のパルス幅ＷＭが、下限のパルス幅ＷＬの１／４〜３／４の範囲内にあるときは正常な波形であると判断し、また範囲外のときは異常な波形であると判断する。なお、この比率は、扱う物理事象により変化する値であり、事情に応じて適宜数値を設定できる。
【００３９】
図８のパルス波形解析部６の各部は以下のように機能する。
基準設定部６ａは、予め定められた比率の上限値および下限値を設定する。例えば、１のパルスの１／２波高値パルス幅ＷＭを基準パルス幅ＷＬで除した比率の上限値（１／４）および下限値（３／４）を設定する。
波高値検出部６ｃは、デジタルパルスデータが入力され、１のパルスについてパルスの最大波高値を検出し、この最大波高値に基づいて１／２波高値を算出する。最大波高値に１／２を乗じた値を１／２波高値とする。
【００４０】
パルス幅検出部６ｂは、デジタルパルスデータが入力され、波高値検出部６ｃから出力される１／２波高値ＷＭに最も近い値を有する２個のデジタルパルスデータおよびこのデジタルパルスデータに挟まれるデジタルパルスデータを加算した個数を１／２波高値のパルス幅ＷＭとして検出し、１のパルスについて所定の下限値を超えるデジタルパルスデータの個数を下限のパルス幅ＷＬとして検出する。
【００４１】
比較判定部６ｄは、パルス幅検出部６ｂから出力される１／２波高値のパルス幅ＷＭを表す個数と下限のパルス幅ＷＬを表す個数との比率が、基準設定部６ａから出力される下限値を上回り、かつ上限値を下回るという条件を満たす場合にこのパルスを正常と判断し、条件を満たさない場合にこのパルスを異常と判断する。前記比率は、例えば、パルス幅検出部６ｂから出力される１／２波高値のパルス幅ＷＭを表す個数を下限のパルス幅ＷＬを表す個数で除した値である。
【００４２】
出力制御部６ｅは、正常時にはこのパルスのピーク値データを出力させ、また、異常時にはこのパルスのピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部４を制御する。
このような波形解析を行うことで、尖塔状の幅が狭いノイズや台形状の幅が広いノイズをキャンセルすることができる。
【００４３】
続いて、第３の解析について説明する。
正常な波形の第３条件としてパルスが相似形であり、パルスが大きくなると波高値Ｈと下限のパルス幅ＷＬとは同様に大きくなることが挙げられる。本形態では波高値Ｈを下限のパルス幅ＷＬで除したときの比率が一定値（例えば０．７５〜１．２５）であると設定した。なお、この比率は、扱う物理事象により変化する値であり、事情に応じて適宜数値を設定できる。
【００４４】
図８のパルス波形解析部６の各部は以下のように機能する。
基準設定部６ａは、予め定められた比率である上限値および下限値を設定する。例えば、１のパルスの波高値Ｈを下限のパルス幅ＷＬで除した比率の上限値および下限値を設定する。
パルス幅検出部６ｂは、デジタルパルスデータが入力され、１のパルスについて所定の下限値を超えるデジタルパルスデータの個数を下限のパルス幅として検出する。
【００４５】
波高値検出部６ｃは、デジタルパルスデータが入力され、１のパルスについてパルスの最大波高値を検出する。
比較判定部６ｄは、波高値検出部６ｃから出力される波高値と、パルス幅検出部６ｂから出力される下限のパルス幅を表す個数と、の比率が、基準設定部６ａから出力される下限値を上回り、かつ上限値を下回るという条件を満たす場合にこのパルスを正常と判断し、条件を満たさない場合にこのパルスを異常と判断する。前記比率は、波高値検出部６ｃから出力される波高値をパルス幅検出部６ｂから出力される下限のパルス幅を表す個数で除した値である。
【００４６】
出力制御部６ｅは、正常時にはこのパルスのピーク値データを出力させ、また、異常時にはこのパルスのピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部４を制御する。
このような波形解析を行うことで、尖塔状の幅が狭いノイズや台形状の幅が広いノイズをキャンセルすることができる。
【００４７】
続いて、第４の解析について説明する。
正常な波形の第４条件として、波高値を中心に前後複数サンプル（例えば８サンプル）の変化率が所定値の範囲内にあることが挙げられる。波高値周辺の変化が異常に大きい場合は、図９（ｂ）の尖塔状ノイズや、図９（ｃ）のように多数のピークによるノイズであるおそれがある。本形態では変化率が一定範囲内（例えば０．７５〜１．２５）であると設定した。なお、この比率は、扱う物理事象により変化する値であり、事情に応じて適宜数値を設定できる。
【００４８】
図８のパルス波形解析部６の各部は以下のように機能する。
基準設定部６ａは、予め定められた変化率の上限値および下限値を設定する。詳しくは隣接するデジタルパルスデータの変化率の上限値および下限値を設定する。
波高値検出部６ｃは、デジタルパルスデータが入力され、１のパルスについてパルスの最大波高値を検出し、この最大波高値デジタルパルスデータに挟まれる前後複数個のデジタルパルスデータについての隣接するデジタルパルスデータの変化率を検出する。
【００４９】
比較判定部６ｄは、波高値検出部６ｃから出力される変化率が、基準設定部６ａから出力される下限値を上回り、かつ上限値を下回るという条件を満たす場合にこのパルスを正常と判断し、条件を満たさない場合にこのパルスを異常と判断する。
出力制御部６ｅは、正常時にはこのパルスのピーク値データを出力させ、また、異常時にはこのパルスのピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部４を制御する。
【００５０】
このような波形解析を行うことで、尖塔状のノイズや複数ピークノイズをキャンセルすることができる。
以上、本形態のパルス処理装置２００について説明した。
図２７に示した従来技術のピークホールド回路を用いるピーク検出処理では、パルスの波高値が得られるのみで、パルスの形状を認識することはできなかった。ノイズ等による不正なパルスが入力されても、正規のパルスと同様に波高分析を行ってしまっていた。
【００５１】
一方、本発明の第２の形態では、ピーク値データ検出部４にパルス波形解析部６を追加し、異常パルスを除去する。高速ＡＤ変換部２によりデジタルパルスデータとした後でピーク値の検出を行うようにしたため、デジタルパルスデータにパルスの波形を示す情報が保持される。このため、パルス幅やある電圧値での傾きのようなパルスの波形的な様々な特長を捉えることが可能となる。あらかじめ定めた判定条件と比較することで、正規のパルスであることを認識し、不正な波形を持つパルスについてはノイズ等による不正なパルスとして除去する。
【００５２】
続いて、本発明を実施するための第３の形態について図を参照しつつ以下に説明する。このパルス処理装置３００は、図１０で示すように、パルス検出部１、高速ＡＤ変換部２、閾値データ設定部３、ピーク値データ検出部４、信号処理部５、波高値補正部７を備える。
アナログパルスをＡＤ変換し、デジタル処理によりピーク検出を行う場合に、パルスに重畳された高周波ノイズや、サンプリングのタイミングのずれにより、実際の波高値に対して誤差が発生する。そこで、ピーク値検出部４によって得られた最大波高値を表すピーク値データに対して、ピーク値データ前後のデジタルパルスデータを基にデジタル補正を行う波高値補正部７を追加した。
【００５３】
先の第１の形態と比較すると、ピーク値データ検出部４に波高値補正部７が接続されている。なお、パルス検出部１、高速ＡＤ変換部２、閾値データ設定部３、ピーク値データ検出部４、信号処理部５については先と同じ構成であり、同じ番号を付すとともに重複する説明を省略する。以下、波高値補正部７について重点的に説明する。
波高値補正部７は、ピーク値データ検出部４からの最大のピーク値データおよび前後のデジタルパルスデータを用いて波高値を補正したピーク値データを生成し、補正されたピーク値データをピーク値データ検出部４へ出力する。
【００５４】
補正原理について説明する。まず、高周波ノイズを除去する第１の補正について説明する。図１１（ａ）で示すように、波形ａのような円滑な理想的波形であることが好ましい。しかしながら、通常は波形ｂのように、理想的な波形ａにノイズが重畳された波形である。そこで、図１１（ｂ）で示すように、ピーク値Ｐのデータから前後８データずつ（つまり前後合わせて１６のデータ）の平均値を補正後の波高値とすることで、より精度の高い波高値を得る。特に高周波ノイズ低減の観点で優れている。
【００５５】
続いて、サンプリングタイミングによる真のピーク値とのずれを補正する第２の補正について説明する。図１２（ａ）は正確な波高値が得られるサンプリングである。サンプリング・タイミングＴａでパルスの最大の波高のサンプリングを行っており、真の波高値≒検出された波高値であり、正確な波高値が得られる。ところが、図１２（ｂ）で示すように、サンプリング・タイミングでパルスの最大の波高からずれた位置でサンプリングを行うと、波高値がずれてしまい、真の波高値≠検出された波高値である。したがって真のピーク値とのずれＤを正す補正を行う必要がある。
【００５６】
まず、真のピーク値を中心に左右対称の場合、つまり立ち上がり時間と立ち下がり時間が同じ場合の補正を説明する。
図１３（ａ）で示すように、真のピーク値を中心に左右対称の場合であるかどうかはデジタルパルスデータがピーク値を境に対象的であるか否かにより判定する。例えば、ピーク値を中心としてｎサンプル前のデジタルパルスデータと、ｎサンプル後のデジタルパルスデータと、で差分を取って０に近ければ左右対称と判断する。
【００５７】
続いて、補正を行う。ピーク値前後の値Ｐｎ−１と値Ｐｎ＋１との差分Ａを算出する。図１３（ａ）でも示すように一方の波高値が大きく、他方の波高値が小さくなっており、この差分が大きいほど、ピーク値と真の波高値との差が大きいと判断する。このような場合は以下のようにして真の波高値を算出する。
次式数１のように、ピーク値Ｐｎにピーク値前後の値Ｐｎ−１と値Ｐｎ＋１との差分Ａに１／ｘを乗じた値を足して真の波高値Ｐ０を算出する。
［数１］
真の波高値Ｐ０＝Ｐｎ＋Ａ／ｘ
なお、ｘの値は調整要素であり、物理事象や高速ＡＤ変換装置のサンプリング周波数などにより影響される値であり、適宜設定することができる。
【００５８】
続いて、立ち上がりが速く、かつ立ち下がりが遅い場合について説明する。
図１３（ｂ）で示すように、立ち上がりが速く、かつ立ち下がりが遅い場合であるかどうかは、例えば、ピーク値を中心としてｎサンプル前のデジタルパルスデータによる変化率が大きく、かつｎサンプル後のデジタルパルスデータによる変化率が小さい場合に、立ち上がりが速く、かつ立ち下がりが遅いと判断する。
【００５９】
この場合、真のピーク値を中心に左右対称形である。そこで、次式数２のように、ピーク値Ｐｎと前の値Ｐｎ−１との差分Ａと、ピーク値Ｐｎと後の値Ｐｎ＋１との差分Ｂのｘ倍の値とを算出し、これらＡとＢ・ｘとの差分値に１／ｙを乗じた値をピーク値Ｐｎに足して真の波高値とする。
［数２］
真の波高値Ｐ０＝Ｐｎ＋｜(Ａ−Ｂ・ｘ)｜／ｙ
なお、ｘ，ｙの値は調整要素であり、物理現象や高速ＡＤ変換装置のサンプリング周波数などにより影響される値であり、適宜設定することができる。
なお、立ち上がりが遅く、立ち下がりが早い場合も同趣旨にて補正できる。左右非対称の場合も補正できる。
【００６０】
そして、第１の補正および第２の補正を組み合わせた補正とすることができる。まず、高周波ノイズの除去を行って理想的な波形とする第１の補正を行い、続いて、真のピーク値を中心に左右対称の場合の補正、または、真のピーク値を中心に左右非対称の場合の補正である第２の補正を行うことで、より精度の高い補正を行うことができる。このようなピーク値データがピーク値データ検出部４に出力される。ピーク値データ検出部４は、補正されたピーク値データを一時記憶し、適当なタイミングで出力する。本形態では、ピーク値データは、常に波高値補正部７により補正されるため、ピーク値データ検出部４はピーク値データを時間遅延させて出力することになる。
【００６１】
本発明の第３の形態では正確な波高値を得るため、ピーク値データ検出部４に、波高値補正部７を追加した。検出されたピーク値の前後の値の平均値をとることで、高周波ノイズによる誤差を低減した。また、検出されたピーク値の前後の値から波高真値を算出することで、サンプリングタイミングのずれによる誤差を低減した。更に、平均値と波高真値の算出との組み合わせで両方の要因による誤差を同時に低減した。これにより高い精度で波高分析を行うことができる。
【００６２】
続いて、本発明を実施するための第４の形態について図を参照しつつ以下に説明する。このパルス処理装置４００は、図１４で示すように、パルス検出部１、高速ＡＤ変換部２、閾値データ設定部３、ピーク値データ検出部４、信号処理部５、パルス波形解析部６、波形整形部８を備える。
【００６３】
パルス検出部１から出力されるリニアパルス信号ａは、ピーク付近が急峻であり、正確なピーク値検出が困難な場合がある。また、パルス波形解析部６によるパルス波形解析を行う際に、正常なパルスと異常なパルスの特長に顕著な差がない場合、パルス波形解析によるパルスの分別が困難である。また、ピーク値データ検出部４においても、波形によっては精度の高いピーク値を得ることが困難である。そこで、高速ＡＤ変換部２の前段に波形整形部８を追加した。これにより高速ＡＤ変換に対応するようにリニアパルス信号ａに波形整形を行い、高速ＡＤ変換部２による正常なパルスの認識をより容易にし、また、波形解析部６による解析を精度高いものとした。
【００６４】
先の第２の形態と比較すると、パルス検出部１と高速ＡＤ変換部２との間に波形整形部８が挿入されており、パルス検出部１から出力されるリニアパルス信号ａを用いてパルス波形の補正を行う点が相違する。なお、パルス検出部１、高速ＡＤ変換部２、閾値データ設定部３、ピーク値データ検出部４、信号処理部５、パルス波形解析部６については先と同じ構成であり、同じ番号を付すとともに重複する説明を省略する。以下、波形整形部８について重点的に説明する。
【００６５】
整形原理について説明する。まず、整形がない場合について説明する。整形がない場合のリニアパルス信号は、図１６（ａ）で示すように、ピーク付近が急峻なため、正確なピーク値検出やノイズとの区別が難しい。そこで、波形の傾きを緩和することでピーク値の検出やノイズとの分別を容易にする。パルス波形の特長を際立たせることで、波形解析を容易にする。
【００６６】
波形整形部８は、リニアパルス信号ａの勾配を滑らかに整形し、整形されたリニアパルス信号ａ’を出力する。高速ＡＤ変換部２が、この整形されたリニアパルス信号ａ’をＡＤ変換してデジタルパルスデータｂを生成する。
この波形整形部８は、詳しくは、図１５で示すように、立上勾配制限部８ａと、立下勾配制限部８ｂと、を備える。
【００６７】
立上勾配制限部８ａは、リニアパルス信号ａの立ち上がり勾配を滑らかに整形する。立上勾配制限部８ａは、フィルタであり、ＣＲの時定数により波形の勾配を制限する。このため、図１６（ａ）で示すように、立上りに急峻なリニアパルス信号を、立上勾配制限部８ａは、図１６（ｂ）で示すように、立上りのみ滑らかな波形に整形する。
【００６８】
立下勾配制限部８ｂは、リニアパルス信号ａの立ち下がり勾配を滑らかに整形する。立下勾配制限部８ｂは、フィルタであり、ＣＲの時定数により波形の勾配を制限する。このため、図１６（ａ）で示すように、立下りに急峻なリニアパルス信号を、立下勾配制限部８ｂは、図１６（ｂ）で示すように、立ち下がりのみ滑らかな波形に整形する。
これにより波形整形部８の出力は立上り、立下りとも滑らかな、波高値に応じて相似形を持つパルスを出力する。
【００６９】
本発明の第４の形態ではパルス検出部１から出力されるリニアパルス信号ａに対して、遷移の傾きを制御する波形整形部８を追加した。波形整形部８は、パルス波形の特長を際立たせるように整形した上でＡＤ変換を行う。これにより、ピーク値検出の精度を上げることができる。また、波形整形により正常な波形の特長が強調されるため、パルス波形解析による正規のパルスと不正なパルスの分別を容易にした。
【００７０】
続いて、本発明を実施するための第５の形態について図を参照しつつ以下に説明する。このパルス処理装置５００は、図１７で示すように、パルス検出部１、高速ＡＤ変換部２、閾値データ設定部３、ピーク値データ検出部４、信号処理部５、波形整形部８、パルス波形積分解析部９を備える。
先の第４の形態と比較すると、ピーク値データ検出部４にパルス波形積分解析部９が接続されており、ピーク値データ検出部４からのデジタルパルスデータｂを用いてパルス波形を積分の上で解析を行う点が相違する。なお、パルス検出部１、高速ＡＤ変換部２、閾値データ設定部３、ピーク値データ検出部４、信号処理部５、波形整形部８については先と同じ構成であり、同じ番号を付すとともに重複する説明を省略する。以下、パルス波形積分解析部９について重点的に説明する。
【００７１】
パルス波形積分解析部９は、ピーク値データ検出部４からのデジタルパルスデータを用いてパルスの積分値を算出し、積分値を用いて予め定められた性状を満たすか判定し、性状を満たすパルスについてのピーク値データを出力させるとともにそれ以外のピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部４を制御する。
パルス波形積分解析部９は、図１８で示すように、さらに基準設定部９ａ、波高値検出部９ｂ、積分部９ｃ、パルス幅検出部９ｄ、比較判定部９ｅ、出力制御部９ｆを備える。これら部は後述する各種の処理を行う。
【００７２】
パルス波形積分解析原理について説明する。パルス波形が相似形であればパルスの面積は波高値の二乗に比例する。図１９（ａ）で示すような予め標準的なパルスについての面積で波高値の二乗を除した基準の比率を登録しておき、図１９（ｂ）で示すようなあるパルスが入力されたときにそのパルスについての面積や波高値を算出し、そのパルスについて、波高値の二乗を面積で除した比率を算出して基準の比率とほぼ同じであれば、比例関係にあって正常なパルスと判定する。また、図１９（ｃ）で示すようなあるパルスが入力されたときに、波高値に対して異常に面積が小さく比率が基準の比率と異なる場合は、ノイズと判断して除去する。
【００７３】
第１のパルス波形積分解析は、パルス波形積分解析原理に基づいて上記のパルスが正常か異常かを判定する。
図１８で示すように、基準設定部９ａは、予め定められた比率の上限値と下限値とを設定する。この比率は、基準となる１のパルスについて、波高値の二乗を面積で除した値である。
波高値検出部９ｂは、デジタルパルスデータが入力され、１のパルスについてのデジタルパルスデータの最大値を波高値として検出する。
積分部９ｃは、デジタルパルスデータが入力され、１のパルスについてデジタルパルスデータを加算して積分値を算出する。
【００７４】
比較判定部９ｅは、波高値検出部９ｂから出力される波高値を二乗した値と、積分部９ｃから出力される積分値と、の比率が、基準設定部９ａから出力される下限値を上回り、かつ上限値を下回る条件を満たす場合に、このパルスを正常と判断し、条件を満たさない場合にこのパルスを異常と判断する。
【００７５】
前記比率は、例えば、波高値検出部９ｂから出力される波高値を二乗した値を、積分部９ｃから出力される積分値で除した値である。
出力制御部９ｆは、正常時にはこのパルスのピーク値データを出力させ、また、異常時にはこのパルスのピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部４を制御する。
このような波形解析を行うことで、尖塔状の幅が狭いノイズや台形状の幅が広いノイズをキャンセルすることができる。
【００７６】
続いて第２のパルス波形積分解析について説明する。この解析では、上記の第１のパルス波形積分解析に加え、パルスの面積が波高値の二乗に比例しない場合であって、特に面積が大きい場合についても詳細に検討する。パルスの面積が波高値の二乗に比例しない場合であって面積が大きい場合については、さらに以下のように判定する。
【００７７】
図２０（ａ）で示すように、入力されたパルスの波高値Ｈがほぼ２倍であるが、パルス幅ＷＬはほぼ同じである場合は、２つのパルスが完全に同時に入力されて重畳されたパルスと判断する。
また、図２０（ｂ）で示すように、入力されたパルスの波高値Ｈは元のパルスと同じであり、パルス幅ＷＬはほぼ２倍である場合は、２つのパルスが一部だけ重畳されたパルスと判断する。
【００７８】
また、図２０（ｃ）で示すように、入力されたパルスの波高値Ｈが約１．４倍であり、パルス幅ＷＬも約１．４倍である場合は、２つのパルスが少しずれて重畳された場合であり、１のパルスと区別がつかないため、破棄するか、または、１のパルスとして取り扱う。
なお、最後のケースは殆ど起こらないレアなケースであるため、このような処理をしても精度に影響は生じない。
【００７９】
続いて各部の処理について説明する。
基準設定部９ａは、予め定められた比率の上限値および下限値と、１のパルスについての基準の波高値および基準のパルス幅と、を設定する。この比率は、基準となる１のパルスについて、波高値の二乗を面積で除した値である。
波高値検出部９ｂは、デジタルパルスデータが入力され、１のパルスについてのデジタルパルスデータの最大値を波高値として検出する。
積分部９ｃは、デジタルパルスデータが入力され、１のパルスについてデジタルパルスデータを加算して積分値を算出する。
パルス幅検出部９ｄは、デジタルパルスデータが入力され、１のパルスについて所定の下限値を超えるデジタルパルスデータの個数をパルス幅として検出する。
【００８０】
比較判定部９ｅは、パルス幅検出部９ｄから出力される波高値を二乗した値と、積分部９ｃから出力される積分値と、の比率が、基準設定部９ａから出力される下限値を上回り、かつ上限値を下回るという条件を満たす場合に、このパルスを正常と判断する。また、比較判定部９ｅは、下限値以下の場合にこのパルスを異常と判断する。また、比較判定部９ｅは、上限値を上回る場合であって波高値が基準波高値の約２倍程度でパルス幅が基準パルス幅の約１倍である場合に２の（２つのを意味し、以下同じ）パルスが重畳されたと判断する。また、比較判定部９ｅは、上限値を上回る場合であって波高値が基準波高値の約１倍程度でパルス幅が基準パルス幅の約２倍である場合に２のパルスが重畳されたと判断する。
【００８１】
前記比率は、例えば、波高値検出部９ｂから出力される波高値を二乗した値を、積分部９ｃから出力される積分値で除した値である。
出力制御部９ｆは、正常時にはこのパルスのピーク値データを出力させ、重畳時に２のピーク値データを出力させ、また、異常時にはこのパルスのピーク値データを廃棄させるようにピーク値データ検出部４を制御する。
【００８２】
このような第５の形態では、ピーク値データ検出部４で問題となった高周波ノイズやサンプリングタイミングのずれによる影響を低減し、より高精度な波高分析を行うことができる。とくに波形整形部８がパルスの波形を相似形になるように整形し、パルス波形積分解析部９の積分部９ｃがパルスの面積を得ることで、より高精度の波高解析を行うことができる。また、重複パルスの検出も可能としている。
【００８３】
なお、上記第１の態様〜第５の態様においては、ピーク値データ検出部４でデジタルパルスデータが閾値データを下回ったときにピーク検出信号ｄとピーク値データｅとを信号処理部５に出力する場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記に限定されるものではなく、ピーク値データ検出部４からピーク値データｅを連続的に出力する場合に代えて、デジタルパルスデータが閾値データを下回ったときに少なくともピーク値データｅを短時間出力して、デジタルパルスデータが閾値データを下回る毎に単発的にピーク値データを出力するようにしても良い。この場合には、信号処理部５でピーク値データｅが入力されたか否かを判定し、ピーク値データｅが入力されたときに、処理を開始すればよく、ピーク検出信号を省略することができる。さらには、ピーク値データ検出部４で連続的にピーク値データｅを出力し、信号処理部５で入力されるピーク値データｅの変化を検出してピーク値が変化したときに処理を開始するようにしてもよい。この場合にもピーク検出信号を省略することができる。
【実施例１】
【００８４】
続いて本発明の第１の形態を放射線検出に適用した実施例１について説明する。本発明のパルス処理装置を放射線分析装置に適用した例である。
放射線分析装置１００’は、図２１で示すように、放射線検出器１０、高速ＡＤＣ２０、ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ３０、制御装置４０を備える。ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ３０は、さらに、閾値制御回路３１、ピーク値検出回路３２、波高分析回路３３、波高分布メモリ３４、演算処理部としてのＣＰＵ３５、通信制御回路３６を備えている。【００８５】
放射線検出器１０は、先に説明したパルス検出部１と同じ機能を有するものであり、特に放射線の検出機能に特化している。放射線は周期期的な信号ではなく、放射線検出器１０では、図２２（ａ）で示すように、ランダムなタイミングで様々な波高値を持つパルスが入力される。
高速ＡＤＣ２０は、先に説明した高速ＡＤ変換部２と同じ機能を有するものであり、特に放射線検出に対応できるように、１００Ｍｓｐｓ，１４ｂｉｔという高速・高分解能のデバイスを使用している。【００８６】
ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ３０は、高速な処理を可能とするデバイスであり、閾値制御回路３１、ピーク値検出回路３２、波高分析回路３３は、ＦＰＧＡによるロジック回路により実現されている。ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ３０では、ＣＰＵ３５による波高分析回路３３の制御、ＣＰＵ３５による閾値制御回路３１に対する閾値の設定、ＣＰＵ３５から通信制御回路３６を介して外部の制御装置４０との通信を行えるようにした。【００８７】
閾値制御回路３１は、先に説明した閾値データ設定部３と同じ機能を有するものであり、上記のような閾値が予め設定されている。設定は、例えば、制御装置４０に入力し、制御装置４０が通信制御回路３６を介してＣＰＵ３５へ書き込み、ＣＰＵ３５がこの閾値制御回路３１に設定する。
ピーク値検出回路３２は、先に説明したピーク値データ検出部４と同じ機能を有するものであり、上記のようなピーク値の検出処理を行っている。【００８８】
波高分析回路３３は、先に説明した信号処理部５と同じ機能を有するものであり、詳しくはＳＣＡ（シングルチャンネルアナライザ）またはＭＣＡ（マルチチャンネルアナライザ）である。波高分析回路３３は、波高値毎のパルス数をカウントする。
波高分布メモリ３４は、波高分析回路３３から出力される波高値毎のパルス数を書き込む。波高分析回路３３から波高分布メモリ３４へ直接書き込むため、パルス毎にＣＰＵ３５が処理を介在する事態をなくし、処理待ち時間が著しく短縮される。
ＣＰＵ３５は、波高分布メモリ３４から波高値毎のパルス数を読み出し、波高分布データを生成する。ＣＰＵ３５は、通信制御回路３６へ波高分布データを送信する。
通信制御回路３６は波高分布データを通信データに変換して出力する。【００８９】
制御装置４０は、例えば通常のパーソナルコンピュータであり、通信データを波高分布データに戻して画面に表示する。図２２（ｂ）で示すように各波高値毎のパルスの数が蓄積された分布データが表示される。通信制御回路３６および制御装置４０で、本発明の出力部を構成する。放射線分析装置１００’は、このようなものである。
このような放射線分析装置１００’では、先に説明したように各回路が並列動作可能である。そして、ＣＰＵは入力パルス単位で処理を行う必要が無く、波高分布メモリへの書き込みまでＦＰＧＡのロジック回路で行うため、高速動作が可能である。
【実施例２】
【００９０】
続いて本発明の第２の形態を放射線検出に適用した実施例２について説明する。
放射線分析装置２００’は、図２３で示すように、放射線検出器１０、高速ＡＤＣ２０、ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ５０、制御装置４０を備える。ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ５０はさらに、閾値制御回路３１、ピーク値検出回路３２、波高分析回路３３、波高分布メモリ３４、演算処理部としてのＣＰＵ３５、通信制御回路３６、パルス波形解析回路５１を備えている。【００９１】
本実施例２では、先に説明した実施例１と比較すると、特にＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ５０が相違しており、さらにはパルス波形解析回路５１が追加された点のみが相違する。
このパルス波形解析回路５１も、先に説明したパルス波形解析部６と同じ機能を有するものであり、ＦＰＧＡのロジック回路で行うため、高速動作が可能である。このような本実施例２では先の第２の形態と同様にノイズを除去して検出精度を高めた放射線分析装置２００’とすることができる。
【実施例３】
【００９２】
続いて本発明の第３の形態を放射線検出に適用した実施例３について説明する。
放射線分析装置３００’は、図２４で示すように、放射線検出器１０、高速ＡＤＣ２０、ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ６０、制御装置４０を備える。ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ６０はさらに、閾値制御回路３１、ピーク値検出回路３２、波高分析回路３３、波高分布メモリ３４、演算処理部としてのＣＰＵ３５、通信制御回路３６、波高値補正回路６１を備えている。【００９３】
本実施例３では、先に説明した実施例１と比較すると、特にＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ６０が相違しており、さらには波高値補正回路６１が追加された点のみが相違する。
この波高値補正回路６１も、先に説明した波高値補正部７と同じ機能を有するものであり、ＦＰＧＡのロジック回路で行うため、高速動作が可能である。このような本実施例３では先の第３の形態と同様にノイズを除去して検出精度を高めた放射線分析装置３００’とすることができる。
【実施例４】
【００９４】
続いて本発明の第４の形態を放射線検出に適用した実施例４について説明する。
放射線分析装置４００’は、図２５で示すように、放射線検出器１０、高速ＡＤＣ２０、ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ５０、制御装置４０、波形整形回路７０を備える。ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ５０はさらに、閾値制御回路３１、ピーク値検出回路３２、波高分析回路３３、波高分布メモリ３４、演算処理部としてのＣＰＵ３５、通信制御回路３６、パルス波形解析回路５１を備えている。【００９５】
本実施例４では、先に説明した実施例２と比較すると、特に波形整形回路７０が追加された点が相違する。
この波形整形回路７０も、先に説明した波形整形部８と同じ機能を有するものである。このような本実施例４では先の第４の形態と同様にノイズを除去して検出精度を高めた放射線分析装置４００’とすることができる。
【実施例５】
【００９６】
続いて本発明の第５の形態を放射線検出に適用した実施例５について説明する。
放射線分析装置５００’は、図２６で示すように、放射線検出器１０、高速ＡＤＣ２０、ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ８０、制御装置４０、波形整形回路７０を備える。ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ８０はさらに、閾値制御回路３１、ピーク値検出回路３２、波高分析回路３３、波高分布メモリ３４、演算処理部としてのＣＰＵ３５、通信制御回路３６、パルス波形積分回路８１を備えている。【００９７】
本実施例５では、先に説明した実施例４と比較すると、特にパルス波形積分回路８１が追加された点が相違する。
このパルス波形積分回路８１も、先に説明したパルス波形積分部９と同じ機能を有するものである。このような本実施例５では先の第５の形態と同様にノイズを除去して検出精度を高めた放射線分析装置とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明のパルス処理装置は、入力される１のパルスを高い精度で検出する用途に好適である。そして、このパルス処理装置を放射線分析装置に適用すれば、高精度の波高分布が得られ、放射線の核種を確実に特定できるなど高い利点を有する。
【符号の説明】
【００９９】
１００，２００，３００，４００，５００：パルス処理装置
１：パルス検出部
２：高速ＡＤ変換部
３：閾値データ設定部
４：ピーク値データ変換部
５：信号処理部
６：パルス波形解析部
６ａ：基準設定部
６ｂ：パルス幅検出部
６ｃ：波高値検出部
６ｄ：比較判定部
６ｅ：出力制御部
７：波高値補正部
８：波形整形部
８ａ：立上勾配制御部
８ｂ：立下勾配制御部
９：パルス波形積分解析部
９ａ：基準設定部
９ｂ：波高値検出部
９ｃ：積分部
９ｄ：パルス幅検出部
９ｅ：比較判定部
９ｆ：出力制御部
１００’，２００’，３００’，４００’，５００’：放射線分析装置
１０：放射線検出器
２０：高速ＡＤＣ
３０，５０，６０，８０：ＣＰＵ内蔵ＦＰＧＡ
３１：閾値制御回路
３２：ピーク値検出回路
３３：波高値分析回路
３４：波高分布メモリ
３５：ＣＰＵ
３６：通信制御回路
５１：パルス波形解析回路
６１：波高値補正回路
８１：パルス波形積分解析回路
４０：制御装置
７０：波形補正回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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