技术领域
[0001] 本发明涉及中子探测技术领域、核探测与电子学技术领域和深海原位探测技术领域，更具体地涉及一种基于中子俘获原理的深海原位探测信号方法、装置及设备。
相关背景技术
[0002] 矿产资源作为不可再生资源，是经济和社会发展的重要物质基础和驱动力。深海中蕴藏着丰富的矿产资源，从而对深海中的矿产资源进行探测已成为当下研究人员的重要研究方向之一。现有技术通常采用拖曳式X射线荧光的探测方法和基于图像识别的探测方法对深海中的矿产资源进行探测，然而上述探测技术的探测效率和探测能力均有很大的限制。
[0003] 在实现上述发明构思的过程中，经研究发现：相关技术中由于现有的深海资源原位探测技术受海洋环境影响，导致探测的局限性较高，探测效率低，并且现有的用于进行深海矿产资源探测的装置结构复杂的技术问题。
具体实施方式
[0030] 以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0031] 在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0032] 在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
[0033] 在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。
[0034] 在本发明的技术方案中，所涉及的用户信息（包括但不限于用户个人信息、用户图像信息、用户设备信息，例如位置信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，并且相关数据的收集、存储、使用、加工、传输、提供、发明和应用等处理，均遵守相关法律法规和标准，采取了必要保密措施，不违背公序良俗，并提供有相应的操作入口，供用户选择授权或者拒绝。
[0035] 矿产资源作为不可再生资源，是经济和社会发展的重要物质基础和驱动力。随着经济的快速发展，对金属矿产的需求量逐年增加。深海蕴藏着丰富的资源，例如海底的多金属锰结核、富钴结壳等都拥有储量丰富的锰、铁、钴资源。因此，对深海资源的探测，尤其是金属矿产资源的探测具有重要的意义。目前针对海底金属矿物资源的原位探测，主要是拖曳式X射线荧光的探测方法和基于图像识别的探测方法。然而，拖曳式X射线荧光的探测方法中的X射线在海水中的穿透能力有限，且随着工作深度增加，对探测窗口的要求增高，基于图像识别的探测方法只能根据多金属结核的形貌进行间接地探测，对富钴结壳等矿物的探测能力有限。进一步的，中子凭借其不带电的特性和具有极强的穿透能力，从而利用中子探测成为科学人员对海底金属矿物的探测的研究方向。
[0036] 然而，现有的中子探测通常是基于中子瞬发伽马射线对海底沉积物、稀土资源进行探测，但是海水中具有含量极高的氯元素，从而使瞬发俘获反应截面较大，对基于瞬发伽马射线的探测路线带去不可避免的干扰，并且，对设备的屏蔽、伽马射线分辨能力有着极高的要求。在研发的过程中经研究发现，相关技术中由于现有的深海资源原位探测技术受海洋环境影响，导致探测的局限性较高，探测效率低，并且现有的用于进行深海矿产资源探测的装置结构复杂的技术问题。
[0037] 有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于中子俘获原理的深海原位探测信号的方法，其特征在于，包括：响应于接收到缓发俘获伽马射线，根据缓发俘获伽马射线，生成缓发俘获伽马射线能谱，其中，缓发俘获伽马射线是在海底中的待探测矿物接收到中子射线之后，待探测矿物中的原子与中子射线发生辐射俘获反应后产生的，缓发俘获伽马射线能谱包含表征待探测矿物的各核素对应的能量信息；对缓发俘获伽马射线能谱进行能量分析，得到探测结果，其中，探测结果包括待探测矿物包含的目标核素。
[0038] 图1示出了根据本发明实施例的基于中子俘获原理的深海原位探测信号的方法的应用场景图。
[0039] 如图1所示，根据该实施例的应用场景可以包括均在海底的第一发射设备101、目标对象102和接收器103。第一发射设备101用以向目标对象102发送中子射线。
[0040] 用户可以使用第一发射设备101与目标对象102与接收器103交互，以接收或发送信号等。
[0041] 接收器103可以是接收信号的接收器，例如对目标对象102所发送的射线信号进行接收处理（仅为示例）。接收器103可以对接收到的射线信号等数据进行分析等处理，并将处理结果反馈给第一发射设备101。
[0042] 需要说明的是，本发明实施例所提供的基于中子俘获原理的深海原位探测信号的方法一般可以由接收器103执行。相应地，本发明实施例所提供的基于中子俘获原理的深海原位探测信号的装置一般可以设置于接收器103中。本发明实施例所提供的基于中子俘获原理的深海原位探测信号的方法也可以由不同于接收器103且能够与第一发射设备101和/或接收器103通信的接收器或接收器集群执行。相应地，本发明实施例所提供的基于中子俘获原理的深海原位探测信号的装置也可以设置于不同于接收器103且能够与第一发射设备101和/或接收器103通信的接收器或接收器集群中。
[0043] 应该理解，图1中的第一发射设备、目标对象和接收器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的发射设备、观测对象和接收器。
[0044] 以下将基于图1描述的场景，通过图2 图9对发明实施例的基于中子俘获原理的深~海原位探测信号的方法进行详细描述。
[0045] 图2示出了根据本发明实施例的基于中子俘获原理的深海原位探测信号的方法的流程图。
[0046] 如图2所示，该实施例的基于中子俘获原理的深海原位探测信号的方法包括操作S210 S220。~
[0047] 在操作S210中，响应于接收到缓发俘获伽马射线，根据缓发俘获伽马射线，生成缓发俘获伽马射线能谱。
[0048] 根据本发明的实施例，目标缓发俘获伽马射线是在海底中的待探测矿物接收到中子射线之后，待探测矿物中的原子与中子射线发生辐射俘获反应后产生的，缓发俘获伽马射线能谱包含表征待探测矿物的各核素对应的能量信息。
[0049] 根据本发明的实施例，中子发生器向海底中的待探测矿物发射中子射线，海底中的待探测矿物通常含有高含量的锰元素，锰元素俘获中子后会释放缓发俘获伽马射线，其中，海底中的待探测矿物的锰元素含量>10 %，本发明中的海底中的待探测矿物可以表征不具有天然放射性的矿物。
[0050] 根据本发明的实施例，在海底中的待探测矿物中的锰元素俘获了中子后形成的复合核具有天然放射性，从而原子核被活化，活化后的复合核的衰变过程中可能产生新的伽马射线，即活化伽马射线或缓发俘获伽马射线，其中，锰元素俘获中子后释放出的缓发俘获伽马射线通常具有847 keV，截面为 13.1 b或1811 keV，截面为3.6 b或2113 keV，截面为0.3 b。
[0051] 根据本发明的实施例，由于海底中的待探测矿物中的锰元素在俘获了中子之后产生的缓发俘获伽马射线的射线能量、元素含量和反应截面均良好，从而锰元素成为深海金属矿物原位探测的理想锚点。
[0052] 根据本发明的实施例，在待探测矿物中的原子与中子射线发生辐射俘获反应的过程中，还可以释放出α粒子的（n, α）反应，放出质子的（n, p）反应，对低能入射的中子，只有少数轻核能发生（n, α）或（n, p）反应，主要还是以（n, γ）反应为主，即缓发俘获伽马射线。
[0053] 根据本发明的实施例，伽马探测器可以包括溴化镧闪烁晶体、SiPM（Silicon Photomultiplier，硅光电倍增管和FPGA（Field‑Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）。
[0054] 根据本发明的实施例，上述方法配合发射中子射线的中子发生器，以及对缓发俘获伽马射线进行处理的高性能、紧凑化、模块化的伽马探测器，实现了对海底中的待探测矿物的核素的可靠提取，适配多种不同海洋环境中的探测需求。
[0055] 根据本发明的实施例，在海底中的待探测矿物产生缓发俘获伽马射线后，伽马探测器中的溴化镧闪烁晶体、硅光电倍增管和现场可编程门阵列根据探测得到的缓发俘获伽马射线后，生成缓发俘获伽马射线能谱，以便于对缓发俘获伽马射线能谱能谱进行分析得到探测结果。
[0056] 在操作S220中，对缓发俘获伽马射线能谱进行能量分析，得到探测结果。
[0057] 根据本发明的实施例，探测结果包括待探测矿物包含的目标核素。
[0058] 根据本发明的实施例，利用伽马探测器中的现场可编程门阵列对缓发俘获伽马射线能谱进行能量分析，得到待探测矿物所包含的目标核素，以便于根据目标核素确定待探测矿物的金属成分。
[0059] 根据本发明的实施例，在探测成功的情况下，现场可编程门阵列可以向中子发生器发送探测结束的指令，从而结束对海底中的矿物的探测。
[0060] 根据本发明的实施例，通过响应于接收到缓发俘获伽马射线，根据缓发俘获伽马射线，生成缓发俘获伽马射线能谱，对缓发俘获伽马射线能谱进行能量分析，得到待探测矿物包含的目标核素，实现了对海底中的待探测矿物的金属元素的高效率和高质量探测。进一步的，根据不具有天然放射性的待探测矿物内的元素与中子发生辐射俘获反应的原理，生成具有较高的反应截面和能量的缓发俘获伽马射线，从而减少海水中的氯元素对俘获伽马射线干扰，再对缓发俘获伽马射线进行处理，可以得到具有更高的精准性的探测结果和更广泛的探测范围，降低探测目标单一的局限性。更进一步的，根据上述方法可以配合发射中子射线的中子发生器，以及对缓发俘获伽马射线进行处理的高性能、紧凑化、模块化的伽马探测器，实现了对海底中的待探测矿物的核素的可靠提取，适配多种不同海洋环境中的探测需求。
[0061] 根据本发明的实施例，响应于接收到缓发俘获伽马射线，根据缓发俘获伽马射线，生成缓发俘获伽马射线能谱，包括：
[0062] 根据本发明的实施例，对缓发俘获伽马射线进行转换处理，产生与缓发俘获伽马射线对应的电压信号。
[0063] 根据本发明的实施例，对缓发俘获伽马射线进行转换处理，产生与缓发俘获伽马射线对应的电压信号，包括：
[0064] 根据本发明的实施例，生成与缓发俘获伽马射线对应的闪烁光信号。
[0065] 根据本发明的实施例，伽马探测器内的溴化镧闪烁晶体在接收到待探测矿物经过辐射俘获反应后生成的缓发俘获伽马射线后，生成与缓发俘获伽马射线对应的闪烁光信号。
[0066] 根据本发明的实施例，伽马探测器内包括由多个溴化镧闪烁晶体组成的阵列，溴化镧闪烁晶体具有可以高光输出、高能量分辨率和高探测效率的优点，从而通过使用溴化镧闪烁晶体可以及时的响应缓发俘获伽马射线生成具有高能量分辨率和高光输出的闪烁光信号，与便于后续模块装置对闪烁光信号进行处理转换，提高效率。
[0067] 根据本发明的实施例，对闪烁光信号进行转换和放大处理，生成中间电压信号。
[0068] 根据本发明的实施例，中间电压信号为模拟信号。
[0069] 根据本发明的实施例，利用伽马探测器内的硅光电倍增管对闪烁光信号进行转换和放大处理，生成中间电压信号。
[0070] 根据本发明的实施例，硅光电倍增管的尺寸与溴化镧闪烁晶体阵列的尺寸相对应，通过光学硅油等耦合剂将溴化镧闪烁晶体阵列与SiPM感光面耦合。
[0071] 根据本发明的实施例，在闪烁光信号进入硅光电倍增管的感光面的情况下，硅光电倍增管产生与闪烁光信号对应的电流信号，然后利用跨阻放大器对电流信号先进行放大处理，得到放大电流信号，再对放大电流信号进行转换得到中间电压信号。
[0072] 根据本发明的实施例，硅光电倍增管产生与闪烁光信号对应的电流信号为模拟信号。
[0073] 根据本发明的实施例，放大倍数可以为8倍，但不止局限于此。
[0074] 根据本发明的实施例，对中间电压信号进行模数转换处理，得到数字电压信号。
[0075] 根据本发明的实施例，利用模数转换器对中间电压信号进行模数转换，得到数字电压信号。
[0076] 根据本发明的实施例，对数字电压信号进行放大处理，得到电压信号。
[0077] 根据本发明的实施例，硅光电倍增管的体积较小，所需要的供电电压较低，通过使用硅光电倍增管实现闪烁光信号到电信号的转换，进一步的减小了伽马探测器的尺寸，使探测装置更加紧密化和模块化。
[0078] 根据本发明的实施例，通过根据缓发俘获伽马射线，生成与缓发俘获伽马射线对应的闪烁光信号，根据闪烁光信号生成电流信号并对电流信号进行放大和转换处理，生成中间电压信号，再对中间电压信号进行模数转换处理得到数字电压信号，最后再对数字电压信号进行一次放大后得到电压信号，并将电压信号发送至现场可编程门阵列，以便于现场可编程门阵列进行信号分析，实现了基于波形数字化技术对电流信号和电压信号之间的处理，配合放大器对电信号的放大，以便于现场可编程门阵列进行处理，同时，便于保存溴化镧闪烁晶体输出的原始闪烁光信号和硅光电倍增管输出的原始的电压信号。
[0079] 根据本发明的实施例，伽马探测器还包括温度传感器，现场可编程门阵列包括温度补偿模块，温度传感器设置在硅光电倍增管附近，对硅光电倍增管的工作温度实时监控，温度传感器将获取到的工作温度向温度补偿模块传输，温度补偿模块对接收到的硅光电倍增管的工作温度进行判断，在工作温度超出预定阈值的情况下，调节硅光电倍增管的工作电压，从而减小温度对雪崩电压的影响，保持硅光电倍增管的增益稳定，达到根据硅光电倍增管的工作温度试试调节硅光电倍增管的工作电压的效果。
[0080] 根据本发明的实施例，根据电压信号的信号特征，从多个候选算法中确定与信号特征对应的梯形成型算法。
[0081] 根据本发明的实施例，根据电压信号的信号特征，从多个候选算法中确定与信号特征对应的梯形成型算法，包括：
[0082] 根据本发明的实施例，根据电压信号的信号特征，确定与电压信号对应的数学模型。
[0083] 根据本发明的实施例，现场可编程门阵列根据接收到的电压信号的双e指数信号特征，确定与电压信号对应的数学模型为e指数模型。
[0084] 根据本发明的实施例，根据与电压信号对应的数学模型，从多个候选算法中确定与信号特征对应的梯形成型算法。
[0085] 根据本发明的实施例，由于溴化镧闪烁晶体的发光衰减时间极快，从而闪烁光信号的衰减时间很快，导致硅光电倍增管输出的电压信号的波形的前沿上升时间短，满足e指数模型特征。
[0086] 根据本发明的实施例，根据e指数模型，从多个候选算法中确定采用与e指数模型对应的梯形成型算法对电压信号进行处理。
[0087] 根据本发明的实施例，通过根据电压信号的信号特征，确定与电压信号对应的数学模型，然后根据数学模型确定可以得到更精确地结果的梯形成型算法，实现了确定用于对电压信号进行处理的算法，以便于对采用梯形成型算法对电压信号进行高效率和高准确性的信号处理和信息提取。
[0088] 根据本发明的实施例，利用梯形成型算法对电压信号进行转换，得到梯形电压信号。
[0089] 根据本发明的实施例，电压信号为指数型脉冲信号。
[0090] 根据本发明的实施例，利用梯形成型算法使具有指数型脉冲特征的电压信号转换成拥有平顶的梯形电压信号。
[0091] 根据本发明的实施例，从梯形电压信号中获取与缓发俘获伽马射线对应的能量信息，生成缓发俘获伽马射线能谱。
[0092] 根据本发明的实施例，从梯形电压信号中的平顶部分获取与电压信号对应的电荷量信息，由于电压信号对应的电荷量信息相当于缓发俘获伽马射线的能量信息，从而根据与电压信号对应的电荷量信息生成的电荷量图谱即为缓发俘获伽马射线能谱。
[0093] 根据本发明的实施例，由于对缓发俘获伽马射线进行转换处理，产生与缓发俘获伽马射线对应的电压信号，根据电压信号的信号特征，从多个候选算法中确定与信号特征对应的梯形成型算法，利用梯形成型算法对电压信号进行转换，得到梯形电压信号，从梯形电压信号中获取与缓发俘获伽马射线对应的能量信息，生成缓发俘获伽马射线能谱，实现了对缓发俘获伽马射线的能量的提取和与其对应的能谱的构建，配合溴化镧闪烁晶体、硅光电倍增管和现场可编程门阵列，在得到紧密的、模块化的伽马探测器的同时，高效率的进行信号处理。
[0094] 根据本发明的实施例，对缓发俘获伽马射线能谱进行能量分析，得到探测结果，包括：
[0095] 根据本发明的实施例，从缓发俘获伽马射线能谱中确定特征峰。
[0096] 根据本发明的实施例，从缓发俘获伽马射线能谱中确定特征峰，包括：
[0097] 根据本发明的实施例，对缓发俘获伽马射线能谱进行平滑处理，得到平滑缓发俘获伽马射线能谱。
[0098] 根据本发明的实施例，平滑缓发俘获伽马射线能谱包括发生偏移的特征峰。
[0099] 根据本发明的实施例，利用参数可以实时调节的IIR低通滤波器（无限脉冲响应滤波器）对缓发俘获伽马射线能谱进行平滑处理，可以满足缓发俘获伽马射线能谱中的低能区和高能区不同的平滑需求，以便于得到平滑效果良好的能谱。
[0100] 根据本发明的实施例，对平滑缓发俘获伽马射线能谱进行零相位滤波，得到目标缓发俘获伽马射线能谱。
[0101] 根据本发明的实施例，目标缓发俘获伽马射线能谱表征谱线平滑且特征峰未发生偏移的能谱。
[0102] 根据本发明的实施例，在对缓发俘获伽马射线能谱进行平滑处理的过程中，会引起缓发俘获伽马射线能谱中的能谱峰位发生偏移，从而采用行零相位滤波的方式对平滑缓发俘获伽马射线能谱进行滤波梳理，得到谱线平滑且特征峰未发生偏移的能谱，即，目标缓发俘获伽马射线能谱。
[0103] 根据本发明的实施例，利用优化对称零面积变换寻峰算法对目标缓发俘获伽马射线能谱进行寻峰处理，得到特征峰。
[0104] 根据本发明的实施例，将对称零面积变换寻峰算法和高斯函数多项式进行结合，得到优化对称零面积变换寻峰算法，利用优化对称零面积变换寻峰算法对目标缓发俘获伽马射线能谱进行处理，确定目标缓发俘获伽马射线能谱中的多个特征峰。
[0105] 根据本发明的实施例，根据高斯函数的多项式近似，将对称零面积变换所需的卷积处理近似为一个IIR滤波器的形式，从而简化计算量，并使算法所需的变换参数的自动调节也变得容易，在现场可编程门阵列中的所消耗的功耗更低，计算量更少。
[0106] 根据本发明的实施例，通过对缓发俘获伽马射线能谱进行平滑处理，得到平滑缓发俘获伽马射线能谱，对平滑缓发俘获伽马射线能谱进行零相位滤波，得到目标缓发俘获伽马射线能谱，利用优化对称零面积变换寻峰算法对目标缓发俘获伽马射线能谱进行寻峰处理，得到特征峰，实现了在减少计算量和低功耗的情况下，对缓发俘获伽马射线能谱进行处理，得到特征峰。进一步的，通过采用参数可变的IIR滤波器，使缓发俘获伽马射线能谱中的低能区和高能区中的谱线均可以有较好的平滑效果。更进一步的，通过对对称零面积变换寻峰算法进行优化，以使现场可编程门阵列的计算速度更快，功耗更低，资源消耗更少。
[0107] 根据本发明的实施例，根据预先构建的道址与能量值之间的标定系数，确定与特征峰的道址对应的特征峰的能量值。
[0108] 根据本发明的实施例，预先构建的道址与能量值之间的标定系数的构建方法，包括：
[0109] 根据本发明的实施例，根据探测装置的尺寸参数信息，利用蒙特卡罗仿真得到标准能谱。
[0110] 根据本发明的实施例，标准能谱表征具有稳定能量和频率特征的能谱数据。
[0111] 根据本发明的实施例，在未向海底中的待探测矿物发射中子射线的情况下，基于对具有自然放射性的矿物的探测结果，生成本底能谱。
[0112] 根据本发明的实施例，本底能谱表征直接测量得到的具有自然放射性的矿物的能谱数据。
[0113] 根据本发明的实施例，由于溴化镧闪烁晶体中的镧元素的天然同位素138La具有放射性本底，其衰变会发射电子、伽马射线，从而本底的放射性会在伽马探测器测得的本底能谱中呈现一定的特征，包括特征的高斯峰和一些连续谱线，利用伽马探测器直接对具有天然放射性的、可以自发的放射射线的矿物进行探测，得到的能谱即为本地能谱。
[0114] 根据本发明的实施例，根据标准能谱和本底能谱，获取预先构建的道址与能量值之间的标定系数。
[0115] 根据本发明的实施例，根据本底能谱和标准能谱，计算本底能谱与标准能谱之间的相关度，确认伽马探测器的探测精确度，和道址与能量值之间的关系。
[0116] 根据本发明的实施例，根据标准能谱和本底能谱，获取预先构建的道址与能量值之间的标定系数，包括：
[0117] 根据本发明的实施例，根据标准能谱和本底能谱中各自含有的高斯峰和谱线特征，计算标准能谱和本底能谱之间的相关度。
[0118] 根据本发明的实施例，根据标准能谱和本底能谱之间的相关度，获取预先构建的道址与能量值之间的标定系数。
[0119] 根据本发明的实施例，标定系数表征预定能量值与道址之间的对应关系。
[0120] 根据本发明的实施例，通过根据探测装置的尺寸参数信息，利用蒙特卡罗仿真得到标准能谱，在未向海底中的待探测矿物发射中子射线的情况下，基于对具有自然放射性的矿物的探测结果，生成本底能谱，根据标准能谱和本底能谱中各自含有的高斯峰和谱线特征，计算标准能谱和本底能谱之间的相关度，根据标准能谱和本底能谱之间的相关度，获取预先构建的能量值和道址之间的标定系数，实现了获取能量与道址之间的关系，以便于根据能量与道址之间的关系，对缓发俘获伽马射线能谱中的特征峰进行分析处理，得到探测结果。
[0121] 根据本发明的实施例，根据计算得到的能量值和道址之间的关系，对特征峰的道址进行换算，得到与特征峰对应的目标能量值。
[0122] 根据本发明的实施例，根据特征峰的能量值，确定待探测矿物的核素并根据核素确定待探测矿物的金属元素。
[0123] 根据本发明的实施例，通过从缓发俘获伽马射线能谱中确定特征峰，根据预先构建的道址与能量值之间的标定系数，确定与特征峰的道址对应的特征峰的能量值，根据特征峰的能量值，确定待探测矿物的核素并根据核素确定待探测矿物的金属元素，实现了对缓发俘获伽马射线能谱中的能量信息的分析，根据道址‑能量‑核素之间的对应关系，确定待探测矿物的核素，并根据核素确定待探测矿物包含的金属元素，实现对海底中的待探测矿物的精准的探测。
[0124] 图3示出了根据本发明实施例的本发明的深海原位探测仪的工作的流程图。
[0125] 如图3所示，图3示出了本发明的深海原位探测仪的工作流程，S310打开仪器，首先打开本发明的深海原位探测仪，对深海原位探测仪进行S320仪器初始化，并获取深海原位探测仪的本底能谱和标准能谱，根据本底能谱和标准能谱获取能量与道址之间的标定系数，S330中子发生器发射中子，然后利用中子发生器向海底中的待探测矿物发射中子射线，海底中的待探测矿物接收到中子射线之后，锰元素和中子射线发生辐射俘获反应，产生缓发俘获伽马射线，伽马探测器的溴化镧闪烁晶体阵列在接收到缓发俘获伽马射线后向硅光电倍增管发出闪烁光，硅光电倍增管将闪烁光信号先转换成电流信号，然后放大并转换得到电压信号，再对电压信号进行二次放大和模数转换，得到数字电压信号，现场可编程门阵列利用梯形成型算法对数字电压信号进行处理，得到梯形电压信号，从而获得与电压脉冲信号对应的电荷量信息，即缓发俘获伽马射线的能量信息，根据缓发俘获伽马射线的能量信息S340生成缓发俘获伽马射线能谱，S350对缓发俘获伽马射线能谱进行能谱分析，得到核素，通过先对缓发俘获伽马射线能谱进行平滑和滤波处理，得到具有平滑谱线且峰位没有偏移的目标缓发俘获伽马射线能谱，利用优化对称零面积变换寻峰算法对目标缓发俘获伽马射线能谱进行寻峰处理，得到目标缓发俘获伽马射线能谱中的每一个特征峰，根据每一个特征峰的道址和基于本底能谱和标准能谱得到的标定系数进行道址‑能量‑核素的转换，得到待探测矿物的核素分析结果，确定S360探测结束，关闭本发明的深海原位探测仪，即S370仪器关机。
[0126] 图4示出了伽马探测器的电子学模块结构的示意图。
[0127] 如图4所示，图4示出了伽马探测器的电子学模块结构，包括前端电子学电路和数据处理电路，前端电子学电路包括溴化镧闪烁晶体读出阵列（SiPM读出阵列）、开关电源和温度传感器，数据处理电路包括差分放大器、模数转换模块、时钟模块、FPGA模块、存储模块、传感器、开关电源、中子源接口和水密连接器。溴化镧闪烁晶体读出阵列（SiPM读出阵列）包括 的溴化镧闪烁晶体阵列（SiPM阵列）和溴化镧闪烁晶体读出电路（SiPM读出电路），溴化镧闪烁晶体读出电路（SiPM读出电路）包括6个电阻RS、RF、Rt、两个R1、R2，一个电容CF和一个输出Vout。在前端电子学电路中溴化镧闪烁晶体阵列将光信号传输给溴化镧闪烁晶体读出电路进行处理，经过溴化镧闪烁晶体读出电路的两级放大和电流电压转换，配合与FPGA模块相连接的温度传感器对溴化镧闪烁晶体读出阵列（SiPM读出阵列）的监控，向数据处理电路中的差分放大器输出增益稳定的中间电压信号，经过再一次放大和模数转换，得到数字电压信号，向FPGA模块输入数字电压信号，经过FPGA模块的处理得到探测结果，根据探测结果生成控制中子射线发出或停止的指令，通过中子源接口向中子发射装置发出指令。通过水密连接器将水下环境中的电缆、传感器等电子设备进行密封保护，利用开关电源向溴化镧闪烁晶体读出阵列（SiPM读出阵列）供电，使前端电子学电路和数据处理电路进行正常运作。
[0128] 图5示出了根据本发明实施例的现场可编程门阵列的示意图。
[0129] 如图5所示，图5示出了现场可编程门阵列的固件结构框图，现场可编程门阵列的固件结构包括模数转换器接口、存储器单元、数据处理模块、系统控制单元、协议单元、温度补偿模块和上行接口，模数转换器接口将脉冲信号形式的数字电压信号发送给数据处理模块，数据处理模块对数字电压信号进行处理，得到处理后的数据，数据处理模块将脉冲信号形式的数字电压信号发送至存储器单元进行存储，数据处理模块将科学数据发送给协议单元，并与协议单元进行数据处理状态的交互，协议单元根据科学数据向系统控制单元发送自主采集参数，并将自主采集参数存储进存储器单元，协议单元可以通过协议读写接口读取存储器单元中的数据参数，根据外电路的温度检测，协议单元控制温度补偿模块对外电路进行温度补偿，同时，外电路通过上行接口将指令发送给协议单元，控制协议单元进行对数据进行处理等操作。
[0130] 图6示出了根据本发明实施例的数字化波形处理的示意图。
[0131] 如图6所示，图6示出了数字化波形处理单元，现场可编程门阵列的数字化波形处理单元包括数字滤波器、信息提取模块、触发波形组包、能谱统计模块、波形上传多路复用模块和数据组帧模块，利用数字滤波器对指数型脉冲信号的电压信号进行滤波，得到梯形电压信号，将滤波后为梯形的梯形电压信号发送给信息提取模块，信息提取模块从信号中提取出电荷/能量信息后发送给能谱统计模块，能谱统计模块根据电荷/能量信息生成缓发俘获伽马射线能谱，将缓发俘获伽马射线能谱上传给数据组帧模块进行后续处理，在信息提取模块从信号中提取出电荷/能量信息的过程中，触发波形组包，通过波形上传多路复用将滤波后为梯形的梯形电压信号也发送给数据组帧模块进行后续处理同时对梯形电压信号进行存储。
[0132] 图7示出了根据本发明实施例的本底能谱和标准能谱的示意图。
[0133] 如图7所示，图7示出了本底能谱和标准能谱，横坐标表征能量，左侧纵坐标表征计数，其中，锰金属活化能谱即为根据探测装置的尺寸参数信息，利用蒙特卡罗仿真得到的标准能谱，根据本底能谱和标准能谱可以得到道址和能量之间的标定系数。
[0134] 图8示出了根据本发明实施例的缓发俘获伽马射线能谱的示意图。
[0135] 如图8所示，图8示出了缓发俘获伽马射线能谱，横坐标表征道址，左侧纵坐标表征计数，右侧纵坐标表征峰显著度，利用优化对称零面积变换寻峰算法对缓发俘获伽马射线能谱记性寻峰处理，确定缓发俘获伽马射线能谱中的多个特征峰。
[0136] 图9示出了根据本发明实施例的基于中子俘获原理的深海原位探测信号的系统的结构框图。
[0137] 如图9所示，图9示出了基于中子俘获原理的深海原位探测信号的系统，包括中子源、LaBr3探测阵列、前端模块和数据处理模块，中子源向海底中的待探测矿物发射中子，海底中的待探测矿物接收到中子射线之后，锰元素和中子射线中的中子发生辐射俘获反应，产生缓发俘获伽马射线， LaBr3探测阵列在接收到缓发俘获伽马射线后向硅光电倍增管发出闪烁光，硅光电倍增管将闪烁光信号先转换成电流信号，然后在前端模块中进行信号读出、放大和温度补偿得到电压信号，在数据处理模块中对电压信号进行波形数字化、实时数据处理、数据存储和系统控制，完成对缓发俘获伽马射线能谱的分析，得到探测结果，然后进行数据上传和指令下发等操作，从而控制探测器的运行和关闭。
[0138] 图10示出了根据本发明实施例的基于中子俘获原理的深海原位探测信号的装置的结构框图。
[0139] 如图10所示，该实施例的应用于接收器的基于中子俘获原理的深海原位探测信号装置包括：生成模块1010和分析模块1020。
[0140] 生成模块1010，用于响应于接收到缓发俘获伽马射线，根据缓发俘获伽马射线，生成缓发俘获伽马射线能谱，其中，缓发俘获伽马射线是在海底中的待探测矿物接收到中子射线之后，待探测矿物中的原子与中子射线发生辐射俘获反应后产生的，缓发俘获伽马射线能谱包含表征待探测矿物的各核素对应的能量信息。生成模块1010可以用于执行前文描述的操作S210，在此不再进行赘述。
[0141] 分析模块1020，用于对缓发俘获伽马射线能谱进行能量分析，得到探测结果，其中，探测结果包括待探测矿物包含的目标核素。分析模块1020可以用于执行前文描述的操作S220，在此不再进行赘述。
[0142] 根据本发明的实施例，生成模块1010包括：第一转换子模块、第一确定子模块、第二转换子模块和第一生成子模块。
[0143] 第一转换子模块，用于对缓发俘获伽马射线进行转换处理，产生与缓发俘获伽马射线对应的电压信号。
[0144] 第一确定子模块，用于根据电压信号的信号特征，从多个候选算法中确定与信号特征对应的梯形成型算法。
[0145] 第二转换子模块，用于利用梯形成型算法对电压信号进行转换，得到梯形电压信号，其中，电压信号为指数型脉冲信号。
[0146] 第一生成子模块，用于从梯形电压信号中获取与缓发俘获伽马射线对应的能量信息，生成缓发俘获伽马射线能谱。
[0147] 根据本发明的实施例，第一转换子模块包括：第一生成单元、第一处理单元、第一模数转换单元和第一放大单元。
[0148] 第一生成单元，用于根据缓发俘获伽马射线，生成与缓发俘获伽马射线对应的闪烁光信号。
[0149] 第一处理单元，用于对闪烁光信号进行转换和放大处理，生成中间电压信号，其中，中间电压信号为模拟信号。
[0150] 第一模数转换单元，用于对中间电压信号进行模数转换处理，得到数字电压信号。
[0151] 第一放大单元，用于对数字电压信号进行放大处理，得到电压信号。
[0152] 根据本发明的实施例，第一确定子模块包括：第一确定单元和第二确定单元。
[0153] 第一确定单元，用于根据电压信号的信号特征，确定与电压信号对应的数学模型。
[0154] 第二确定单元，用于根据与电压信号对应的数学模型，从多个候选算法中确定与数学模型对应的梯形成型算法。
[0155] 根据本发明的实施例，分析模块1020包括：第二确定子模块、第一获取子模块和第三确定子模块。
[0156] 第二确定子模块，用于从缓发俘获伽马射线能谱中确定特征峰。
[0157] 第一获取子模块，用于根据预先构建的道址与能量值之间的标定系数，获取与特征峰的道址对应的特征峰的能量值。
[0158] 第三确定子模块，用于根据特征峰的能量值，确定待探测矿物的核素并根据核素确定待探测矿物的金属元素。
[0159] 根据本发明的实施例，第二确定子模块包括：第一平滑单元、第一滤波单元和第一寻峰单元。
[0160] 第一平滑单元，用于对缓发俘获伽马射线能谱进行平滑处理，得到平滑缓发俘获伽马射线能谱，其中，平滑缓发俘获伽马射线能谱包括发生偏移的特征峰。
[0161] 第一滤波单元，用于对平滑缓发俘获伽马射线能谱进行零相位滤波，得到目标缓发俘获伽马射线能谱，其中，目标缓发俘获伽马射线能谱表征谱线平滑且特征峰未发生偏移的能谱。
[0162] 第一寻峰单元，用于利用优化对称零面积变换寻峰算法对目标缓发俘获伽马射线能谱进行寻峰处理，得到特征峰。
[0163] 根据本发明的实施例，第一获取子模块包括：第一仿真单元、第一生成单元和第一获取单元。
[0164] 第一仿真单元，用于根据探测装置的尺寸参数信息，利用蒙特卡罗仿真得到标准能谱，其中，标准能谱表征具有稳定能量和频率特征的能谱数据。
[0165] 第一生成单元，用于在未向海底中的待探测矿物发射中子射线的情况下，基于对具有自然放射性的矿物的探测结果，生成本底能谱，其中，本底能谱表征直接测量得到的具有自然放射性的矿物的能谱数据。
[0166] 第一获取单元，用于根据标准能谱和本底能谱，获取道址与能量值之间的标定系数。
[0167] 根据本发明的实施例，第一获取单元包括：第一计算子单元和第一获取子单元。
[0168] 第一计算子单元，用于根据标准能谱和本底能谱中各自含有的高斯峰和谱线特征，计算标准能谱和本底能谱之间的相关度。
[0169] 第一获取子单元，用于根据标准能谱和本底能谱之间的相关度，获取预定能量值和道址之间的标定系数，其中，标定系数表征预定能量值与道址之间的对应关系。
[0170] 根据本发明的实施例，生成模块1010和分析模块1020中的任意多个模块可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本发明的实施例，生成模块1010和分析模块1020中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列（FPGA）、可编程逻辑阵列（PLA）、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路（ASIC），或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，生成模块1010和分析模块1020中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
[0171] 图11示出了根据本发明实施例的基于中子俘获原理的深海原位探测信号的方法的电子设备的方框图。
[0172] 如图11所示，根据本发明实施例的电子设备包括处理器1101，其可以根据存储在只读存储器（ROM）1102中的程序或者从存储部分1108加载到随机访问存储器（RAM）1103中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器1101例如可以包括通用微处理器（例如CPU）、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器（例如，专用集成电路（ASIC））等等。处理器1101还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器1101可以包括用于执行根据本发明实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
[0173] 在RAM 1103中，存储有电子设备操作所需的各种程序和数据。处理器 1101、ROM 1102以及RAM 1103通过总线1104彼此相连。处理器1101通过执行ROM 1102和/或RAM 1103中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除ROM 1102和RAM 1103以外的一个或多个存储器中。处理器1101也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。
[0174] 根据本发明的实施例，电子设备还可以包括输入/输出（I/O）接口1105，输入/输出（I/O）接口1105也连接至总线1104。电子设备1100还可以包括连接至I/O接口1105的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分1106；包括诸如阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）等以及扬声器等的输出部分1107；包括硬盘等的存储部分1108；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1109。通信部分1109经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1110也根据需要连接至I/O接口1105。可拆卸介质1111，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1110上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分1108。
[0175] 本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本发明实施例的方法。
[0176] 根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD‑ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM 1102和/或RAM 1103和/或ROM 1102和RAM 1103以外的一个或多个存储器。
[0177] 本发明的实施例还包括一种计算机程序产品，其包括计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。当计算机程序产品在计算机系统中运行时，该程序代码用于使计算机系统实现本发明实施例所提供的基于中子俘获原理的深海原位探测信号方法。
[0178] 在该计算机程序被处理器1101执行时执行本发明实施例的系统/装置中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的系统、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
[0179] 在一种实施例中，该计算机程序可以依托于光存储器件、磁存储器件等有形存储介质。在另一种实施例中，该计算机程序也可以在网络介质上以信号的形式进行传输、分发，并通过通信部分1109被下载和安装，和/或从可拆卸介质1111被安装。该计算机程序包含的程序代码可以用任何适当的网络介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
[0180] 在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1109从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1111被安装。在该计算机程序被处理器1101执行时，执行本发明实施例的系统中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
[0181] 本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
