Exportar este item: EndNote BibTex

Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22224
Tipo do documento: Dissertação
Título: Discriminação de sinais de detectores de partículas utilizando técnicas de aprendizado de máquina
Título(s) alternativo(s): Waveform discrimination of particle detectors using machine learning techniques
Autor: Dalto, Dalmo da Silva 
Primeiro orientador: Nogima, Helio
Primeiro membro da banca: Costa, Eliza Melo da
Segundo membro da banca: Damião, Dilson de Jesus
Terceiro membro da banca: Alves, Gilvan Augusto
Quarto membro da banca: Fauth, Anderson Campos
Resumo: Um dos problemas básicos na instrumentação de detectores de partículas é a otimização da relação sinal/ruído no estágio inicial de coleta do pulso elétrico. Na eletrônica de processamento, além da adoção de filtros e formatação, a discriminação de sinais é usualmente obtida impondo um valor limiar de amplitude. Normalmente esta solução é suficiente, dado que os ruídos possuem menor amplitude comparados aos sinais na maior parte dos detectores. Entretanto, a depender da aplicação e do tipo de detector empregado este método filtra apenas parte dos ruídos mantendo aqueles de alta amplitude,além de causar o efeito indesejável de eliminar sinais de baixa amplitude. Em casos como esses métodos de discriminação independente do tamanho dos sinais elétricos devem ser considerados. O uso de técnicas de aprendizado de máquina é uma alternativa interessante, dada a crescente disponibilidade de dispositivos programáveis do tipo FPGA (Field Programmable Gate Arrays) de alta velocidade para aplicações de inteligência artificial.O método leva em conta as diferenças nas formas de onda entre sinais e ruídos que podem ser usadas na discriminação dos pulsos elétricos gerados pelos detectores, independente do seu tamanho. Nesta dissertação apresentamos um estudo da discriminação de sinais utilizando diferentes algoritmos de aprendizado de máquina aplicados a um detector cintilador. Foram utilizados dados simulados de sinais e ruídos e dados experimentais para o estudo da discriminação de sinais por um algoritmo não-supervisionado HCA (Hie-rarchical Clustering Analysis) e os supervisionados: Floresta Aleatória, Redes Neurais Profundas e Redes Neurais Convolucionais. Uma comparação do desempenho dos diferentes algoritmos supervisionados com o método de discriminação por amplitude de pulso é apresentada.
Abstract: One of the fundamental problems in particle detector instrumentation is optimizing the signal-to-noise ratio in the early stage of electrical pulse collection. Besides adopting filters and formatting, signal discrimination is usually achieved in electronic signal proces-sing by imposing an amplitude threshold value. This solution is generally enough since the noise has a lower amplitude than the signals in most detectors. However, depending on the application and the type of detector used, this method filters only a part of the noise,retaining those with high amplitude, and it also has the undesirable effect of eliminating low-amplitude signals. In cases like these, methods of discrimination independent of the size of the electrical signals should be considered. The use of machine learning techniques is an interesting alternative, given the increasing availability of high-speed programmable devices like Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) for artificial intelligence applications. The method considers the differences in waveforms between signals and noise, which can be used in discriminating the electrical pulses generated by the detectors, regardless of their size. In this dissertation, we present a study of signal discrimination using different machine learning algorithms applied to a scintillator detector. Simulated data of signals and noise and experimental data were used to study signal discrimination using an unsupervised algorithm called Hierarchical Clustering Analysis (HCA) and supervised algorithms such as Random Forest, Deep Neural Networks, and Convolutional Neural Networks. A comparison of the performance of the different supervised algorithms with the pulse amplitude discrimination method is presented.
Palavras-chave: Particles (Nuclear physics) - Detectors
Signal processing - Artificial intelligence
Machine learning
Waveforms
Particle detectors
Signal discrimination
Partículas (Física nuclear) - Detectores
Processamento de sinais – Inteligência artificial
Aprendizado do computador
Aprendizado de máquina
Detectores de partículas
Formas de onda
Discriminação de sinais
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DAS PARTICULAS ELEMENTARES E CAMPOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Física Armando Dias Tavares
Programa: Programa de Pós-Graduação em Física
Citação: DALTO, Dalmo da Silva. Discriminação de sinais de detectores de partículas utilizando técnicas de aprendizado de máquina. 2023. 145 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física Armando Dias Tavares, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22224
Data de defesa: 18-Ago-2023
Aparece nas coleções:Mestrado em Física



Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.