核电子学与核仪器-课件18

核电子学与核仪器覃国秀[e-mail]:13807947408核技术教研室2009/06/09第五章关键点时间分析定时误差（时间移动、时间晃动、时间漂移）定时方法前沿定时、过零定时、恒比定时、幅度和上升时间补偿定时触发比与斜率噪声比最佳定时滤波器与定时滤波放大器定时单道脉冲幅度分析器符合符合方法、符合电路、快信号的传输和纳秒延时器时间量变换方法时间-幅度变换（起-停型时幅变换；脉冲叠加型时幅变换）、时间-数字变换（计数式时数变换；游标尺计时器；内插时数变换）、上升时间-幅度变换脉冲波形甄别用途、优质因子本堂课主要内容核脉冲计数1.1定标器1.2计数率计一、核脉冲计数在核电子学测量系统中，核辐射探测器输出信号在经过各种信号处理电路后，通常都要变换成数字信号，再经过数据收集和处理，给出实验的最终结果。脉冲信号计数是核电子学最基本的测量方法，也是最简单的数据获取工作。核辐射探测器输出的脉冲信号数目与被测的辐射强度成正比，直接记录单位时间内的脉冲数目可以测量核辐射强度。在幅度分析和时间分析中，常用计数设备来测量某一类信号的计数率。一、核脉冲计数脉冲计数系统：一、核脉冲计数常用的计数设备有定标器和计数率计。定标器计数率计电路功能一定时间间隔内的输入脉冲数。单位时间内的平均输入脉冲数（计数率）电路构成主要由数字电路构成由模拟电路构成显示方式数字(间歇)显示表头指针(连续)显示一、核脉冲计数1.1定标器定标器工作原理测量一定时间间隔内的输入脉冲数。为适应不同用户的要求，通常设有几种不同的测量方式。定数测量：手动启动，到预置计数后自动停止测量。定时测量：手动启动，到预置时间后自动停止测量。◇手动测量方式：手动起停。◇半自动测量方式：一、核脉冲计数◇自动测量方式：开始手动启动自动启动自动复位测量(定时或定数)停止计数(显示结果)一、核脉冲计数电路组成和各部分的作用输入电路计数系统控制系统定时系统低压电源高压电源隔离、极性、成形计数、预置计数计时、预置时间接探测器一、核脉冲计数1.1定标器定标器工作原理特殊定标器：可逆定标器、预置定标器等带有缓冲、扫描器的计数系统电路实例G3G4＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋1010610510410310210102103104tW1自半手S91自半手S92自半手S93定时定数不定S6起动S7停止S8凊零QSRQ成形G2输入+-B+-D甄别器甄别阈缓冲级S1+EG1＋＋＋＋六＋10KC时钟及分频S2④③②①分秒计数显示计时S3S4S5复位①②③④停机凊零再起动tW2主要技术指标：1)、对输入脉冲的要求：2)、计数容量：能计数的最大值。如上图为106－1。4)、fmax：不引起计数率损失条件下能记录的周期信号的最高频率。5)、分辨时间τ：输入为双脉冲时，定标器能分辨出这两个脉冲的最小时间间隔。输入信号宽度：0.1~100μS，幅度：200mV~2V，极性：＋或－3)、定时时间：能计时的最大值。如上图为104分－1秒。一、核脉冲计数1.1定标器定标器测量核脉冲计数的误差在核脉冲计数测量中，如果仪器都十分稳定，源和探测器相对位置不变，测量时间一定，定标器记录脉冲数目的误差决定于计数的统计误差和漏计误差。（1）统计误差标准偏差：NN相对统计偏差：1NNN若要减小统计涨落引起的计数误差，必须增加测量计数，实际上增加测量时间。（2）漏计误差若定标器输入随机信号的平均计数率maxnf问：定标器的测量结果有无计数损失？损失为多少？分析原因：设射线信号的平均计数率为n，则在分辨时间τ内可能出现的平均计数为nτ。即每计一个脉冲之后就可能有nτ个脉冲被漏计。答案为：有50％的计数损失。若相对计数损失为L：1nLn丢失数被记录数＋丢失数讨论：a、当时，max1nf11121L50%b、将上式变形，将n用L和τ表示11LnL若L1（计数损失很小）则：max1nLLf结论：用定标器测量随机信号时，允许输入的最大平均计数率n比定标器的指标fmax要小的多。如：要求计数率损失为1％或0.1％，则n比fmax要小二、三个量级。一、核脉冲计数1.2计数率计计数率计又称率表，能直接指示输入脉冲的计数率，在许多核辐射测量中，有时需要知道的不是输入脉冲的数目，而是计数率。通常使用的是线性计数率计，它可分为模拟式和数字式的，前者的输出给出正比于输入脉冲的计数率的模拟电压或电流信号，后者给出正比于输入脉冲计数率的数字脉冲。一、核脉冲计数1.2计数率计模拟式线性计数率计模拟式线性计数率计的组成一、核脉冲计数1.2计数率计模拟式线性计数率计电路原理Q（平均计数率为n）RnQ电路RIonQVoIo＝nQVo＝Io*R=nQ*R(与n成正比)以上电路指针摇摆的会非常厉害，以至不能读数。因此必须加入一个大的电容。所以加入C后不影响V（或I）∝n的关系。QCRIonQVo电路稳定后，单位时间内，电容上充入电荷的量应等于释放的电荷量。C支路的平均电流等于零。一、核脉冲计数由于输入的是随机信号。所以V2、I2将围绕平均值涨落。虽加入C，但表头指针仍有一定摆动，使读数产生误差。计数率计读数的相对统计偏差经推导：222VnQRCVo的相对统计偏差为：()221VoQnRCCnQRVRnVo涨落的均方值为：一、核脉冲计数1.2计数率计模拟式线性计数率计需要注意的是，虽然增大RC，可以减少相对统计偏差，但是却降低了响应速度。因为输出电压读数相对输入计数率变化有着迟缓的响应过程。设计数率突然从n1增加到n2，输出电压Vo将按时间常数RC增长：121()(1)tRCoVnQRQRnne一般取(3~5)RC作为Vo的读数确立时间。一、核脉冲计数1.2计数率计模拟式线性计数率计二极管泵电路：2I2VRC1R1C充电放电1()it1D2DTWt1()vt1VC1充电111QCVC1放电112()QCVV211()QCVV稳定状态下一、核脉冲计数电路工作在稳定的情况下，电容C支路的平均电流为零。221121111211()/((11))nQnCVVVRVnCRnCRVnCRVVnCR只有在时，才与n成正比。11nRC2V一、核脉冲计数1.2计数率计模拟式线性计数率计改进型线性计数率计泵电路：2VRC1C1()it2D1()vt　ETC1充电1112()QCVVC1放电112211()QCVVVCV（不受的影响）2V直接充电型三极管泵电路一、核脉冲计数K2V1C1()it1D1()vt　RC2D密勒积分型泵电路C1充电111QCVC1放电11QCV（不受的影响）2V一、核脉冲计数电荷转移型三极管泵电路C1充电111()QCVEC1放电1111()QCVEECV（不受的影响）2V2VRC1C1()it1D1()vt　ET实际电路举例至自动记录仪1C20.0560.0222200p6800p0.220.6量程（计数/秒）17107RVK410331031023102103010A5104708RV1S3S10S30S4S1()vt2S1S3S2Cir1R6202R82kTDeR1.2k15V一、核脉冲计数计数率计对输入信号成形的要求()vt1()vt（双稳）（单稳）1()vt通常使用双稳态电路成形。QQ()vt1()vt一、核脉冲计数数字式计数率计用数字电路模仿泵电路的方法，保留模拟计数率计连续指示的优点。一般，用计数电路存贮计数来代替电容存贮电荷，用输入脉冲数来代替定量电容给出的电荷数，这样与充电过程相对应的是计数电路存贮计数，而放电过程则对应为每隔一定时间在计数电路已存的计数N中减去一定的计数N/P。总结