【技术实现步骤摘要】
本申请涉及信号采样领域，特别是涉及一种物质成分确定方法和装置、电子设备、存储介质。
技术介绍
1、在高能射线探测的诸多应用中，高能射线、如伽马射线会被闪烁晶体转换为可见光，该可见光进一步被光电转换器件转换为闪烁脉冲信号。
2、测井技术是石油勘探领域一种重要的技术手段，其可通过电学、声学、放射学等多种方式，将电子技术和计算机技术结合在一起获取地层的各项物理参数，进一步通过数据解析获取油气信息。常见的测井技术包括电法测井、声波测井、核测井和核磁测井等。核测井以物质的原子核物理性质为基础，根据岩石及其孔隙流体和井内介质的核物理性质研究钻井地质剖面，寻找煤、石油等矿藏。核测井应用了高能射线探测，使用了自然伽马、密度、中子和地层元素等测井技术及配套的仪器设备。
3、脉冲中子测井法是核测井中的一种，其原理是获取脉冲中子的能量沉积在地层中释放出伽玛射线，来获取相应的能谱信息和时间谱信息。高能射线探测主要手段是使用闪烁晶体耦合光电转换器件，通过闪烁晶体沉积高能射线的能量产生可见光并且由光电转换器件转换为电信号来得到高能射线的能量等信息。当前，通常使用可以在高温情况下工作的光电倍增管作为光电转换器件，以将闪烁晶体产生的可见光转换成相应的闪烁脉冲，并经过数字化及后续信号处理之后得到伽玛射线的能量信息（如能量谱）及时间信息（如时间谱）相应地，可以根据伽马射线的能量信息来确定测井物质的成分，例如碳氧比c/o。
4、传统的闪烁物质成分获取方法有两种。一种是高速adc直接数字化的方法，其需要首先对电脉冲信号进行整形展宽，
5、近年来，将闪烁脉冲直接数字化，利用软件算法替代传统模拟电路提取信息的方式极具发展潜力。多电压阈值采样（multi-voltage threshold，以下简称mvt）方法被提出作为改进的闪烁脉冲的数字化处理方法。当前，也提出将mvt数字化方法引入到石油探测领域。
6、与传统adc等时间间隔采样的方法相比，mvt数字化采样固定多个阈值电压，对闪烁脉冲穿过阈值电压的时间进行数字化采样，从而有利于在快速的上升沿阶段获取多个采样点。在具体实践中，在得到一系列的时间-电压对信息之后，用脉冲拟合的方法实现粒子能量沉积信息的精确获取。例如，通常可使用列文伯格-马夸尔特（levenberg-marquardt）法作为脉冲拟合最优化算法，其是广泛使用的非线性最小二乘迭代算法，是利用梯度求最大（小）值，介于牛顿法与梯度下降法之间的一种非线性优化方法，同时具有梯度法和牛顿法的优点。
7、然而，受限于芯片算力和拟合方法过于复杂的缘故，mvt 的拟合算法无法在fpga、stm32、dsp等嵌入式芯片及其附件中完成，这限制了基于mvt的拟合算法在现场（on site）、如探测井中实现的可能。由此，经过mvt方法获得的原始采样点需通过以太网、串口、wifi等远程通信方式传输到具有更强大算力的远离现场的计算机设备（也称为上位机）上，通过迭代算法计算能量。在石油测井过程中，闪烁脉冲产生时间呈现周期性爆发的特性，原始采样点的数据量极大，例如将达到10mbps~1gbps。另外，受限于石油探测的使用场景中，井下深度高达上万米、环境温度高的特性，传输方式有限，例如只能采用载波通信的方式传输出来，带宽仅为100kbps左右。当前的方法造成了原始采样点数据量相对较大，而传输带宽相对较小的矛盾，从而导致计数率下降。此外，在上位机上拟合时，因为反复的迭代，导致拟合每个脉冲都需要占用超高的cpu时间，这在使用石油探测中是无法容忍的。
8、另外，当前mvt方法获取闪烁脉冲的能量信息还可能存在若干缺陷，比如，传统的mvt方法适用于已知种类脉冲的采集，阈值的设定根据已知脉冲的能量范围确定。相应地，mvt方法需要选择固定数量和大小的阈值进行采样。由此，传统的mvt方法通常只能针对一定能量范围内的脉冲获取较为准确的能量信息。
9、由于mvt需要进行拟合以计算精确的能量值，因此需要为每个数据点提供精确的时间信息。为此，在采集电路中通常需要采用大量的tdc（时钟数字转换器）以采集时间信息。
10、另外，在fpga、asic等硬件电路上进行脉冲拟合需要首先还原脉冲波形，再通过对拟合好的函数进行积分计算能量信息，进而绘制能谱。然而，复杂的计算过程将占用大量的硬件资源，并增加硬件电路的功耗。对于测井设备等需要适用于高温环境的应用场景而言，过于复杂的脉冲拟合及积分过程所导致的硬件电路功耗过大，会进一步影响硬件电路的耐高温性能。
11、因此，希望提供一种解决方案，能通过快速、准确、稳定地获取基于高能射线探测物质生成的闪烁脉冲信号的相关信息来快速确定物质成分含量，适合在fpga、dsp等硬件电路中的实现，不需要消耗大量的计算资源或使用具有强大算力的计算机设备。
12、
技术介绍
描述的内容仅为了便于了解本领域的相关技术，不视作对现有技术的承认。
技术实现思路
1、本申请实施例所要解决的技术问题在于，提供适合在fpga、dsp等硬件电路中的实现的基于高能射线探测物质生成的闪烁脉冲的物质成分含量确定方案，其能避免传统方法获取脉冲、尤其是闪烁脉冲能量信息所需的复杂拟合计算。
2、为了解决上述问题，本申请公开一种物质成分确定方法和装置、电子设备、存储介质。
3、在第一方面，提供一种物质成分确定方法，包括：
4、提供由高能射线生成的参考闪烁脉冲的幅值-能量映射关系数据；
5、确定待测物质中至少一种成分对应所述高能射线的能量窗；
6、基于所述幅值-能量映射关系数据和所述能量窗确定所述至少一种成分对应的闪烁脉冲幅值范围；
7、根据探测待测物质发出的高能射线生成的多个待测闪烁脉冲的幅值与所述幅值范围的比较，确定待测闪烁脉冲落入所述幅值范围的计数；以及
8、根据所述计数确定所述待测物质的所述至少一种成分的含量。
9、在第二方面，提供一种物质成分确定方法，包括：
10、提供由高能射线生成的参考闪烁脉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种物质成分确定方法，其特征在于，所述物质成分确定方法包括：
2.根据权利要求1所述的物质成分确定方法，其特征在于，确定待测物质中至少一种成分对应所述高能射线的能量窗，包括：
3.根据权利要求1或2所述的物质成分确定方法，其特征在于，多个待测闪烁脉冲的幅值与所述幅值范围的比较通过比较器实现；
4.根据权利要求3所述的物质成分确定方法，其特征在于，校正所述比较器的比较阈值，包括：
5.一种物质成分确定方法，其特征在于，所述物质成分确定方法包括：
6.根据权利要求5所述的物质成分确定方法，其特征在于，确定待测物质中至少一种成分对应所述高能射线的能量窗，包括：
7.根据权利要求5或6所述的物质成分确定方法，其特征在于，根据多个待测闪烁脉冲的幅值大小和所述多个道址的幅值表征值的比较结果，确定所述多个待测闪烁脉冲对应的道址，包括：
8.根据权利要求7所述的物质成分确定方法，其特征在于，所述根据前一比较结果选择性调整待测闪烁脉冲的幅值，包括：
9.根据权利要求5所述的物质成分确定方法，根据多个
10.根据权利要求5所述的物质成分确定方法，根据多个待测闪烁脉冲的幅值大小和所述多个道址的幅值表征值的比较，确定所述多个待测闪烁脉冲对应的道址，包括：
11.根据权利要求10所述的物质成分确定方法，其特征在于，所述多级比较由第一多级比较单元实施，所述第一多级比较单元包括连接待测闪烁脉冲输入的多个并行延时线路、连接至所述延时线路的可调比较器和操作连接所述可调比较器的仲裁器，其中至少部分延时线路的延时时间不相同。
12.根据权利要求10所述的物质成分确定方法，其特征在于，所述多级比较由第二多级比较单元实施，所述第二多级比较单元包括连接待测闪烁脉冲输入的多个比较器子单元和操作连接所述多个比较器子单元的仲裁器，其中每个比较器子单元对应所述多级比较之一且包括单个或多个并行的可调比较器，相邻比较器子单元之间设置有延时器。
13.根据权利要求10所述的物质成分确定方法，其特征在于，所述第一级比较的比较阈值根据给定的先验道址区间确定。
14.根据权利要求5所述的物质成分确定方法，根据多个待测闪烁脉冲的幅值大小和所述多个道址的幅值表征值的比较，确定所述多个待测闪烁脉冲对应的道址，包括：
15.根据权利要求14所述的物质成分确定方法，其特征在于，根据多个待测闪烁脉冲的幅值大小和所述多个道址的幅值表征值的比较结果，确定所述多个待测闪烁脉冲对应的道址，包括：
16.根据权利要求14所述的物质成分确定方法，其特征在于，根据多个待测闪烁脉冲的幅值大小和所述多个道址的幅值表征值的比较结果，确定所述多个待测闪烁脉冲对应的道址，包括：
17.一种物质成分确定装置，其特征在于，所述物质成分确定装置包括：
18.根据权利要求17所述的物质成分确定装置，其特征在于，所述能量窗确定单元配置成确定待测物质中第一成分对应所述高能射线的第一能量窗和待测物质中第二成分对应所述高能射线的第二能量窗。
19.根据权利要求17所述的物质成分确定装置，其特征在于，所述幅值范围确定单元包括：
20.根据权利要求19所述的物质成分确定装置，其特征在于，所述计数单元还包括：
21.根据权利要求20所述的物质成分确定装置，其特征在于，
22.根据权利要求19所述的物质成分确定装置，其特征在于，还包括校正单元，配置成获取比较器的工作温度、根据先验信息确定所述比较器在所述工作温度下具有的比较阈值偏差并根据所述比较阈值偏差校正所述比较器的比较阈值。
23.一种物质成分确定装置，其特征在于，所述物质成分确定装置包括：
24.根据权利要求23所述的物质成分确定装置，其特征在于，所述道址确定单元包括多个比较器、多个选通器以及连接所述比较器和选通器的处理单元，其中所述多个比较器为多级并行比较器，相邻的比较器之间设置所述选通器，各选通器包括用于选择性输出待测闪烁脉冲到下级比较器的第一选通支路和第二选通支路，其中在第一选通支路中设置延时器，在第二选通支路中设置减法器。
25.根据权利要求23所述的物质成分确定装置，其特征在于，所述道址确定单元包括连接待测闪烁脉冲输入的多个并行延时线路、连接至所述延时线路的可调比较器和操作连接所述可调比较器的仲裁器，其中至少部分延时线路的延时时间不相同。
26.根据权利要求23所述的物质成分确定装置...
【技术特征摘要】
1.一种物质成分确定方法，其特征在于，所述物质成分确定方法包括：
2.根据权利要求1所述的物质成分确定方法，其特征在于，确定待测物质中至少一种成分对应所述高能射线的能量窗，包括：
3.根据权利要求1或2所述的物质成分确定方法，其特征在于，多个待测闪烁脉冲的幅值与所述幅值范围的比较通过比较器实现；
4.根据权利要求3所述的物质成分确定方法，其特征在于，校正所述比较器的比较阈值，包括：
5.一种物质成分确定方法，其特征在于，所述物质成分确定方法包括：
6.根据权利要求5所述的物质成分确定方法，其特征在于，确定待测物质中至少一种成分对应所述高能射线的能量窗，包括：
7.根据权利要求5或6所述的物质成分确定方法，其特征在于，根据多个待测闪烁脉冲的幅值大小和所述多个道址的幅值表征值的比较结果，确定所述多个待测闪烁脉冲对应的道址，包括：
8.根据权利要求7所述的物质成分确定方法，其特征在于，所述根据前一比较结果选择性调整待测闪烁脉冲的幅值，包括：
9.根据权利要求5所述的物质成分确定方法，根据多个待测闪烁脉冲的幅值大小和所述多个道址的幅值表征值的比较，确定所述多个待测闪烁脉冲对应的道址，包括：
10.根据权利要求5所述的物质成分确定方法，根据多个待测闪烁脉冲的幅值大小和所述多个道址的幅值表征值的比较，确定所述多个待测闪烁脉冲对应的道址，包括：
11.根据权利要求10所述的物质成分确定方法，其特征在于，所述多级比较由第一多级比较单元实施，所述第一多级比较单元包括连接待测闪烁脉冲输入的多个并行延时线路、连接至所述延时线路的可调比较器和操作连接所述可调比较器的仲裁器，其中至少部分延时线路的延时时间不相同。
12.根据权利要求10所述的物质成分确定方法，其特征在于，所述多级比较由第二多级比较单元实施，所述第二多级比较单元包括连接待测闪烁脉冲输入的多个比较器子单元和操作连接所述多个比较器子单元的仲裁器，其中每个比较器子单元对应所述多级比较之一且包括单个或多个并行的可调比较器，相邻比较器子单元之间设置有延时器。
13.根据权利要求10所述的物质成分确定方法，其特征在于，所述第一级比较的比较阈值根据给定的先验道址区间确定。
14.根据权利要求5所述的物质成分确定方法，根据多个待测闪烁脉冲的幅值大小和所述多个道址的幅值表征值的比较，确定所述多个待测闪烁脉冲对应的道址，包括：
15.根据权利要求14所述的物质成分确定方法，其特征在于，根据多个待测闪烁脉冲的幅值大小和所述多个道址的幅值表征值的比较结果，确定所述多个待测闪烁脉冲对应的道址，包括：
16.根据权利要求14所述的物质成分确定方法，其特征在于，根据多个...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢庆国，吕旭东，华越轩，肖鹏，李硕，龚正光，凌怡清，邱奥，
申请(专利权)人：苏州瑞派宁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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