時(shí)間信息的分析課件

1、時(shí)間信息的分析 時(shí)間信息的分析是核電子學(xué)的一種基本的和重要的技術(shù)。核事件的許多信息是以時(shí)間信息的方式存在于核輻射探測(cè)器輸出信號(hào)中。核激發(fā)態(tài)的壽命飛行時(shí)間法測(cè)速度延遲線陽(yáng)極探測(cè)器的位置信息 因此，為了研究上述這些核事件的性質(zhì)，必須對(duì)探測(cè)器輸出信號(hào)所攜帶的時(shí)間信息進(jìn)行分析。 快響應(yīng)性能，如有機(jī)閃爍體與快速光電倍增管；結(jié)型半導(dǎo)體探測(cè)器 等電流靈敏前置放大器 快放大器 快甄別器 定時(shí)道的基本組成 時(shí)間分析譜儀閃爍探測(cè)器II閃爍探測(cè)器I電壓靈敏前放電壓靈敏前放線性脈沖放大器線性脈沖放大器定時(shí)單道分析器定時(shí)單道分析器時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器恒比定時(shí)甄別器恒比定時(shí)甄別器納秒延遲線慢符合電路多道脈沖分析器時(shí)間信息的甄別

2、和分析 定時(shí)或時(shí)間檢出：準(zhǔn)確確定粒子入射時(shí)間的技術(shù)符合測(cè)量：選擇符合事件的技術(shù)延遲器：將微秒或納秒的信號(hào)進(jìn)行延遲的技術(shù)時(shí)間分析器（時(shí)間信息變換）：處理時(shí)間信息并變換成數(shù)碼或模擬信號(hào)的技術(shù)定時(shí)甄別器定時(shí)甄別器：即時(shí)間檢出電路，是核電子學(xué)中檢出時(shí)間信息的基本單元。 輸入信號(hào)：來(lái)自探測(cè)器或放大器的隨機(jī)模擬脈沖 輸出信號(hào)：前沿很快的邏輯脈沖 探測(cè)器輸出信號(hào)的定時(shí)（a）（t-t0）信號(hào)（b）探測(cè)器輸出電流脈沖（c）探測(cè)器輸出電壓脈沖（d）定時(shí)信號(hào) 由于探測(cè)器信號(hào)漲落和電子學(xué)噪聲將會(huì)產(chǎn)生定時(shí)誤差。 tttt(a)i(t)(b)v(t)(c)vo(t)(d)t0 Qt0t0 t0(t-t0)定時(shí)誤差 時(shí)間游

3、動(dòng)：由于輸入信號(hào)幅度和波形的變化引起的定時(shí)誤差。 時(shí)間晃動(dòng)：由于探測(cè)器輸出信號(hào)統(tǒng)計(jì)漲落及系統(tǒng)中噪聲所引起的定時(shí)誤差。 時(shí)間漂移：時(shí)間電路和探測(cè)器對(duì)溫度、電源電壓等敏感而容易老化的元件引起的定時(shí)誤差。（可忽略）理想的定時(shí)甄別器給出的定時(shí)信號(hào)應(yīng)與核事件發(fā)生時(shí)刻相對(duì)應(yīng)，而不應(yīng)隨探測(cè)器輸出信號(hào)幅度等變化而變化。 定時(shí)方法前沿觸發(fā)定時(shí)（Leading Edge timing）過(guò)零定時(shí)恒比定時(shí)(Constant Fraction timing)幅度和上升時(shí)間補(bǔ)償定時(shí)（ARC定時(shí)，Amplitude and Rise time Compensated timing）前沿觸發(fā)定時(shí) 用探測(cè)器輸出或放大器放大的脈

4、沖信號(hào)的前沿，直接觸發(fā)具有某一固定閾值的快甄別器，并以輸出脈沖作為定時(shí)信號(hào)輸出。定時(shí)脈沖要晚于輸入脈沖，即存在延遲。+FD-vi(t) vo(t) VTVTvi(t) vo(t)前沿觸發(fā)定時(shí)的定時(shí)誤差 達(dá)峰時(shí)間相同，由于幅度變化引起的時(shí)間游動(dòng) 為了減小時(shí)間游動(dòng)，信號(hào)的達(dá)峰時(shí)間tM要短（這決定于探測(cè)器時(shí)間特性），甄別閾要低（受噪聲限制），信號(hào)幅度差要小。后者可以輔以幅度選擇來(lái)完成，但要犧牲計(jì)數(shù)效率。時(shí)間游動(dòng)：輸入脈沖幅度引起的（不同能量） ta tb tc tVT c a bvi(t) 前沿觸發(fā)定時(shí)的定時(shí)誤差同時(shí)考慮幅度變化和達(dá)峰時(shí)間變化，前沿定時(shí)的最大時(shí)間游動(dòng)時(shí)間游動(dòng)：輸入脈沖波形的變化引起（

5、核輻射入射地點(diǎn)不同）信號(hào)幅度相同，達(dá)峰時(shí)間的變化引起的時(shí)間游動(dòng) ta tb tc tVT c a bvi(t) 前沿觸發(fā)定時(shí)的定時(shí)誤差時(shí)間晃動(dòng)：噪聲引起的。噪聲引起的時(shí)間晃動(dòng)與輸入信號(hào)的斜率有關(guān)。如果斜率越大，則時(shí)間晃動(dòng)越小。因此，為了減小噪聲引起的時(shí)間晃動(dòng)，應(yīng)將閾電平選在斜率最大處。 td1 td2 td3 tVT vi(t) td1 td2 td3 tVT vi(t) 前沿觸發(fā)定時(shí)的定時(shí)誤差如果時(shí)間檢出電路能夠消除由于幅度和波形變化引起的時(shí)間游動(dòng)，就可以消除由于幅度和波形統(tǒng)計(jì)漲落產(chǎn)生的時(shí)間晃動(dòng)。但探測(cè)器輸出信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間相對(duì)于輸入時(shí)刻的漲落引起的時(shí)間晃動(dòng)還是不能消除的。時(shí)間晃動(dòng)：探測(cè)器輸出信

6、號(hào)的產(chǎn)生時(shí)間、幅度和波形的漲落等時(shí)間晃動(dòng)探測(cè)器輸出信號(hào)的時(shí)間漲落引起的前沿觸發(fā)定時(shí)的定時(shí)誤差存在由于輸入脈沖幅度和波形變化引起的時(shí)間游動(dòng)和噪聲、統(tǒng)計(jì)漲落產(chǎn)生的時(shí)間晃動(dòng)觸發(fā)比 探測(cè)器輸出電流脈沖使時(shí)間電路觸發(fā)時(shí)的輸出電荷量QT與電流脈沖總電荷量Q之比 f=QT/Q。在探測(cè)器的輸出電流信號(hào)被積分為電壓信號(hào)時(shí)，對(duì)于前沿觸發(fā)時(shí)間電路f=VT/V，其中VT為觸發(fā)閾，V為信號(hào)幅度。 為了減小時(shí)間游動(dòng)和時(shí)間晃動(dòng)，信號(hào)觸發(fā)時(shí)間檢出電路要有一個(gè)合適的觸發(fā)比f(wàn)：為了減小信號(hào)幅度和上升時(shí)間變化引起的時(shí)間游動(dòng)，f應(yīng)盡量??；但是為了保證時(shí)檢電路不被噪聲亂觸發(fā)，又要求閾電平VT不能太小。為了減小噪聲引起的時(shí)間晃動(dòng)，觸發(fā)比

7、應(yīng)選在輸入信號(hào)上升斜率最大處。前沿觸發(fā)定時(shí)中的觸發(fā)比對(duì)于一定的探測(cè)器，可能存在著一個(gè)最佳觸發(fā)比，使探測(cè)器輸出信號(hào)的時(shí)間漲落引起的時(shí)間晃動(dòng)最小。因此對(duì)于一個(gè)實(shí)際的時(shí)檢電路，常常在實(shí)驗(yàn)中需要調(diào)節(jié)觸發(fā)比，以獲得最好定時(shí)精度。采用塑料閃爍探測(cè)器測(cè)量單能電子時(shí)的定時(shí)誤差 前沿觸發(fā)定時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，噪聲引起的時(shí)間晃動(dòng)較小缺點(diǎn)：時(shí)間游動(dòng)大，觸發(fā)比f(wàn)不能恒為最佳值 在保持小的定時(shí)誤差的條件下，脈沖幅度的動(dòng)態(tài)范圍太小。動(dòng)態(tài)范圍為100：1時(shí)，定時(shí)誤差約10ns。 需要消除信號(hào)幅度與波形變化引起的時(shí)間游動(dòng)過(guò)零定時(shí)為了消除信號(hào)幅度變化引起的時(shí)間游動(dòng)而設(shè)計(jì)的。希望有觸發(fā)比可調(diào)并恒為最佳值的時(shí)間檢出電路。 無(wú)

8、法消除信號(hào)波形變化引起的時(shí)間游動(dòng)，且觸發(fā)比恒為1。+DZ-vi(t) vo(t) vp(t)VTvi(t)VT vo(t)+DP-恒比定時(shí)具有可調(diào)恒定觸發(fā)比的定時(shí)方法，又稱(chēng)恒比甄別（Constant Fraction Discrimation）。 +DZ- td v+(t) vo(t) vd(t) vp(t)vi(t) v-(t) VT+DP-0Pt(m-1) T1 tK t t重點(diǎn)：起停式TAC；計(jì)數(shù)式TDC（基于時(shí)間內(nèi)插技術(shù)） 時(shí)間-數(shù)碼變換的新方法不斷涌現(xiàn)，時(shí)間-數(shù)碼的變換方法在不斷發(fā)展中。時(shí)間分析譜儀閃爍探測(cè)器II閃爍探測(cè)器I前置放大器前置放大器線性脈沖放大器線性脈沖放大器定時(shí)單道分析器定時(shí)單道分