核電子學(xué)與核儀器第十八課

1、核電子學(xué)與核儀器覃國秀Tel:核技術(shù)教研室2009/06/092021/9/121第五章關(guān)鍵點(diǎn)時間分析 定時誤差（時間移動、時間晃動、時間漂移）定時方法 前沿定時、過零定時、恒比定時、幅度和上升時間補(bǔ)償定時 觸發(fā)比與斜率噪聲比 最佳定時濾波器與定時濾波放大器 定時單道脈沖幅度分析器2021/9/122符合 符合方法、符合電路、快信號的傳輸和納秒延時器時間量變換方法 時間-幅度變換（起-停型時幅變換；脈沖疊加型時幅變換）、時間-數(shù)字變換（計(jì)數(shù)式時數(shù)變換；游標(biāo)尺計(jì)時器；內(nèi)插時數(shù)變換）、上升時間-幅度變換脈沖波形甄別 用途、優(yōu)質(zhì)因子2021/9/123本堂課主要內(nèi)容核脈沖計(jì)

2、數(shù) 1.1定標(biāo)器 1.2計(jì)數(shù)率計(jì)2021/9/124一、核脈沖計(jì)數(shù)在核電子學(xué)測量系統(tǒng)中，核輻射探測器輸出信號在經(jīng)過各種信號處理電路后，通常都要變換成數(shù)字信號，再經(jīng)過數(shù)據(jù)收集和處理，給出實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果。脈沖信號計(jì)數(shù)是核電子學(xué)最基本的測量方法，也是最簡單的數(shù)據(jù)獲取工作。核輻射探測器輸出的脈沖信號數(shù)目與被測的輻射強(qiáng)度成正比，直接記錄單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)目可以測量核輻射強(qiáng)度。在幅度分析和時間分析中，常用計(jì)數(shù)設(shè)備來測量某一類信號的計(jì)數(shù)率。2021/9/125一、核脈沖計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)系統(tǒng)：2021/9/126一、核脈沖計(jì)數(shù)常用的計(jì)數(shù)設(shè)備有定標(biāo)器和計(jì)數(shù)率計(jì)。定標(biāo)器計(jì)數(shù)率計(jì) 電路功能一定時間間隔內(nèi)的輸入脈沖數(shù)。單

3、位時間內(nèi)的平均輸入脈沖數(shù)（計(jì)數(shù)率） 電路構(gòu)成主要由數(shù)字電路構(gòu)成由模擬電路構(gòu)成 顯示方式數(shù)字(間歇)顯示表頭指針(連續(xù))顯示2021/9/127一、核脈沖計(jì)數(shù)1.1定標(biāo)器定標(biāo)器工作原理 測量一定時間間隔內(nèi)的輸入脈沖數(shù)。為適應(yīng)不同用戶的要求，通常設(shè)有幾種不同的測量方式。定數(shù)測量：手動啟動，到預(yù)置計(jì)數(shù)后自 動停止測量。 定時測量：手動啟動，到預(yù)置時間后 自動停止測量。手動測量方式：手動起停。半自動測量方式：2021/9/128一、核脈沖計(jì)數(shù)自動測量方式：開始手動啟動自動啟動自動復(fù)位 測量 (定時或定數(shù)) 停止計(jì)數(shù)(顯示結(jié)果)2021/9/129一、核脈沖計(jì)數(shù)電路組成和各部分的作用輸入電路計(jì)數(shù)系統(tǒng)控制

4、系統(tǒng)定時系統(tǒng)低壓電源高壓電源隔離、極性、成形計(jì)數(shù)、預(yù)置計(jì)數(shù)計(jì)時、預(yù)置時間接探測器2021/9/1210一、核脈沖計(jì)數(shù)1.1定標(biāo)器定標(biāo)器工作原理 特殊定標(biāo)器：可逆定標(biāo)器、預(yù)置定標(biāo)器等帶有緩沖、掃描器的計(jì)數(shù)系統(tǒng) 2021/9/1211電路實(shí)例2021/9/1212主要技術(shù)指標(biāo)：1)、對輸入脈沖的要求：2)、計(jì)數(shù)容量：能計(jì)數(shù)的最大值。如上圖為1061。4)、 f max：不引起計(jì)數(shù)率損失條件下能記錄的周期信號的最高頻率。5)、分辨時間 ：輸入為雙脈沖時，定標(biāo)器能分辨出這兩個脈沖的最小時間間隔。輸入信號寬度：0.1100S，幅度：200mV2V，極性：或3)、定時時間：能計(jì)時的最大值。如上圖為104分

5、1秒。2021/9/1213一、核脈沖計(jì)數(shù)1.1定標(biāo)器定標(biāo)器測量核脈沖計(jì)數(shù)的誤差 在核脈沖計(jì)數(shù)測量中，如果儀器都十分穩(wěn)定，源和探測器相對位置不變，測量時間一定，定標(biāo)器記錄脈沖數(shù)目的誤差決定于計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差和漏計(jì)誤差。 （1）統(tǒng)計(jì)誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差：相對統(tǒng)計(jì)偏差：若要減小統(tǒng)計(jì)漲落引起的計(jì)數(shù)誤差，必須增加測量計(jì)數(shù)，實(shí)際上增加測量時間。2021/9/1214（2）漏計(jì)誤差若定標(biāo)器輸入隨機(jī)信號的平均計(jì)數(shù)率問：定標(biāo)器的測量結(jié)果有無計(jì)數(shù)損失？損失為多少？分析原因：設(shè)射線信號的平均計(jì)數(shù)率為n，則在分辨時間內(nèi)可能出現(xiàn)的平均計(jì)數(shù)為n。即每計(jì)一個脈沖之后就可能有n個脈沖被漏計(jì)。 答案為：有50的計(jì)數(shù)損失。2021/9/

6、1215若相對計(jì)數(shù)損失為L：丟失數(shù)被記錄數(shù)丟失數(shù)討論：a、當(dāng) 時，L50%2021/9/1216b、將上式變形，將n用L和表示若L1 （計(jì)數(shù)損失很?。﹦t：結(jié)論：用定標(biāo)器測量隨機(jī)信號時，允許輸入的最大平均計(jì)數(shù)率n比定標(biāo)器的指標(biāo) fmax要小的多。如：要求計(jì)數(shù)率損失為1或0.1，則n比fmax要小二、三個量級。2021/9/1217一、核脈沖計(jì)數(shù)1.2計(jì)數(shù)率計(jì) 計(jì)數(shù)率計(jì)又稱率表，能直接指示輸入脈沖的計(jì)數(shù)率，在許多核輻射測量中，有時需要知道的不是輸入脈沖的數(shù)目，而是計(jì)數(shù)率。 通常使用的是線性計(jì)數(shù)率計(jì)，它可分為模擬式和數(shù)字式的，前者的輸出給出正比于輸入脈沖的計(jì)數(shù)率的模擬電壓或電流信號，后者給出正比于輸

7、入脈沖計(jì)數(shù)率的數(shù)字脈沖。2021/9/1218一、核脈沖計(jì)數(shù)1.2計(jì)數(shù)率計(jì)模擬式線性計(jì)數(shù)率計(jì)模擬式線性計(jì)數(shù)率計(jì)的組成 2021/9/1219一、核脈沖計(jì)數(shù)1.2計(jì)數(shù)率計(jì)模擬式線性計(jì)數(shù)率計(jì) 電路原理Q（平均計(jì)數(shù)率為n）RnQ電路RIonQVoIonQVo Io *R = nQ *R (與n成正比) 2021/9/1220以上電路指針搖擺的會非常厲害，以至不能讀數(shù)。因此必須加入一個大的電容。所以加入C后不影響 V（或I ） n 的關(guān)系。QCRIonQVo電路穩(wěn)定后，單位時間內(nèi)，電容上充入電荷的量應(yīng)等于釋放的電荷量。C支路的平均電流等于零。2021/9/1221一、核脈沖計(jì)數(shù)由于輸入的是隨機(jī)信號。所

8、以V2、I2 將圍繞平均值漲落。雖加入C，但表頭指針仍有一定擺動，使讀數(shù)產(chǎn)生誤差。計(jì)數(shù)率計(jì)讀數(shù)的相對統(tǒng)計(jì)偏差經(jīng)推導(dǎo)： Vo 的相對統(tǒng)計(jì)偏差為：Vo 漲落的均方值為：2021/9/1222一、核脈沖計(jì)數(shù)1.2計(jì)數(shù)率計(jì)模擬式線性計(jì)數(shù)率計(jì) 需要注意的是，雖然增大RC，可以減少相對統(tǒng)計(jì)偏差，但是卻降低了響應(yīng)速度。因?yàn)檩敵鲭妷鹤x數(shù)相對輸入計(jì)數(shù)率變化有著遲緩的響應(yīng)過程。設(shè)計(jì)數(shù)率突然從n1增加到n2，輸出電壓Vo將按時間常數(shù)RC增長：一般取(35)RC作為Vo的讀數(shù)確立時間。2021/9/1223一、核脈沖計(jì)數(shù)1.2計(jì)數(shù)率計(jì)模擬式線性計(jì)數(shù)率計(jì) 二極管泵電路：C1充電C1放電穩(wěn)定狀態(tài)下2021/9/1224一

9、、核脈沖計(jì)數(shù)電路工作在穩(wěn)定的情況下，電容C支路的平均電流為零。只有在 時， 才與n成正比。2021/9/1225一、核脈沖計(jì)數(shù)1.2計(jì)數(shù)率計(jì)模擬式線性計(jì)數(shù)率計(jì) 改進(jìn)型線性計(jì)數(shù)率計(jì)泵電路：C1充電C1放電（不受 的影響）直接充電型三極管泵電路 2021/9/1226一、核脈沖計(jì)數(shù)密勒積分型泵電路C1充電C1放電（不受 的影響）2021/9/1227一、核脈沖計(jì)數(shù)電荷轉(zhuǎn)移型三極管泵電路C1充電C1放電（不受 的影響）2021/9/1228實(shí)際電路舉例2021/9/1229一、核脈沖計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)率計(jì)對輸入信號成形的要求通常使用雙穩(wěn)態(tài)電路成形。2021/9/1230一、核脈沖計(jì)數(shù)數(shù)字式計(jì)數(shù)率計(jì) 用數(shù)字電路模仿泵電路的方法