核電子學(xué)與核儀器第十七課

核電子學(xué)與核儀器覃國(guó)秀qinguoxiu198201@163.comTel技術(shù)教研室2009/06/04本堂課主要內(nèi)容三、符合

3.1符合方法3.2符合電路3.3快信號(hào)的傳輸和納秒延時(shí)器四、時(shí)間量變換方法

4.1時(shí)間分析

4.2時(shí)間-幅度變換4.3時(shí)間-數(shù)字變換五、脈沖波形甄別三、符合3.1符合方法

符合測(cè)量是輻射探測(cè)中的一種常用和基本的技術(shù)?？捎糜诖_定兩個(gè)或多個(gè)電離事件的同時(shí)性或時(shí)間上的相關(guān)性。符合測(cè)量分正符合測(cè)量（簡(jiǎn)稱符合測(cè)量）和反符合測(cè)量。符合方法方框圖

三、符合3.1符合方法

理想的符合是指兩個(gè)事件在時(shí)間上是完全重合的，但實(shí)際上這是不可能的，因?yàn)槿魏我粋€(gè)核時(shí)間都有一定的時(shí)間過程，所以實(shí)際的符合是指事件在一定的時(shí)間間隔內(nèi)的重合。符合單元的基本邏輯功能相當(dāng)于一個(gè)數(shù)字門電路。三、符合3.1符合方法

符合單元的工作波形分辨時(shí)間：能夠產(chǎn)生符合輸出的幾個(gè)輸入端脈沖之間的最大時(shí)間間隔。

三、符合3.1符合方法

符合電路所能識(shí)別的“同時(shí)”，不是嚴(yán)格的同時(shí)，只表明兩輸入脈沖的到達(dá)時(shí)間在一定范圍內(nèi)。所以tW越大，發(fā)生偶然符合的概率就越大。但是，tW也不能選得太小。由于探測(cè)器輸出信號(hào)存在時(shí)間漲落和實(shí)際的時(shí)檢電路存在時(shí)間移動(dòng)和晃動(dòng)，真符合事件產(chǎn)生的兩信號(hào)可能不同時(shí)到達(dá)符合電路，在tW過小時(shí)將有真符合計(jì)數(shù)損失，所以要根據(jù)實(shí)際條件合適選擇tW。選擇時(shí)主要考慮的問題就是真符合效率和偶然符合計(jì)數(shù)率。符合曲線測(cè)量裝置及符合曲線三、符合3.2符合電路慢符合電路慢符合電路的分辨時(shí)間范圍大概為10ns到10μs之間。慢符合電路單元大多用與非門作成。實(shí)際符合電路都需要一個(gè)比較好的輸入成形級(jí)，使輸入信號(hào)成形為寬度相同且穩(wěn)定的脈沖信號(hào)。輸入端成形電路

三、符合3.2符合電路快符合電路

快符合電路單元是用高速元器件(高速隧道二極管、高速二極管)做成的。隧道二極管基本符合單元相加型共基極快符合電路單元三、符合3.3快信號(hào)號(hào)的傳輸和納納秒延遲器快信號(hào)傳輸和和傳輸電纜在核電子學(xué)中中，快信號(hào)在在各個(gè)部件之之間傳輸是由由傳輸電纜完成的。一般般，信號(hào)在電電纜中傳輸?shù)牡乃俣葹楣馑偎俚?6%。。若為延遲電纜，則中心導(dǎo)線是螺螺旋形的。電纜的主要特特性有特性阻抗、單單位長(zhǎng)度電容容和衰減系數(shù)數(shù)。當(dāng)電纜與高高壓連接的時(shí)時(shí)候，還需注注意電纜的耐壓大小?？煨盘?hào)傳輸和和傳輸電纜在使用電纜傳傳輸信號(hào)時(shí)，，需要區(qū)分所所傳輸?shù)拿}沖沖信號(hào)是快脈沖還是慢脈沖。由于所用電電纜的傳輸速速度一般為vp=3.3ns/m，所以以信號(hào)在電纜纜中的傳輸時(shí)時(shí)間為：t=vp·l。信號(hào)的上升升時(shí)間tr<t為快脈沖；上上升時(shí)間tr>t為慢脈沖。對(duì)于快脈沖的的傳輸，特性阻抗的匹匹配時(shí)很重要要的。三、符合3.3快信號(hào)號(hào)的傳輸和納納秒延遲器納秒延時(shí)器信號(hào)在傳輸過過程中會(huì)產(chǎn)生生時(shí)間延遲。除了傳輸延延遲外，信號(hào)號(hào)在任何加工工處理過程中中都會(huì)產(chǎn)生延延遲。信號(hào)的時(shí)間延延遲是信號(hào)傳傳輸和加工的的一個(gè)普遍現(xiàn)現(xiàn)象。對(duì)于時(shí)間測(cè)測(cè)量系統(tǒng)，這這些延遲會(huì)影影響時(shí)間測(cè)量量結(jié)果。納秒延遲器一一般由延遲電電纜和開關(guān)組組成。四、時(shí)間量變變換方法4.1時(shí)間分分析時(shí)間分析是分分析一個(gè)核態(tài)態(tài)與另一個(gè)核核態(tài)之間的時(shí)時(shí)間關(guān)系，也也就是測(cè)量核核事件的時(shí)間間間隔概率密密度分布。一個(gè)為起始始事件，另一一個(gè)事件為停停止事件，兩兩個(gè)事件相對(duì)對(duì)時(shí)間間隔大大小是隨機(jī)分布的。在電子學(xué)學(xué)上，就是測(cè)測(cè)量相應(yīng)的起始信號(hào)和停停止信號(hào)之間間時(shí)間間隔的的分布。一般，兩個(gè)信信號(hào)之間的時(shí)時(shí)間間隔分布布可用延遲符合方法法獲得。延遲符符合測(cè)量是改改變兩道符合合輸入信號(hào)之之間的相對(duì)延延遲時(shí)間td，測(cè)測(cè)量量其其相相應(yīng)應(yīng)的的計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)。。設(shè)設(shè)符符合合電電路路分分辨辨時(shí)時(shí)間間為為ττ，，則則對(duì)對(duì)于于延延遲遲時(shí)時(shí)間間td，符符合合電電路路只只選選擇擇那那些些時(shí)時(shí)間間間間隔隔落落在在td±ττ中中的的脈脈沖沖對(duì)對(duì)加加以以記記錄錄，，逐逐點(diǎn)點(diǎn)改改變變td，就就可可以以測(cè)測(cè)得得延遲遲符符合合曲曲線線。四、、時(shí)時(shí)間間量量變變換換方方法法4.1時(shí)時(shí)間間分分析析用上上述述的的方方法法測(cè)測(cè)量量一一個(gè)個(gè)時(shí)時(shí)間間分分布布要要花費(fèi)費(fèi)很很多多時(shí)時(shí)間間，同同時(shí)時(shí)也也帶帶來來儀器器長(zhǎng)長(zhǎng)期期穩(wěn)穩(wěn)定定性性問問題題，而而且且放放射射性性活活度度的的變變化化也也會(huì)會(huì)影影響響到到測(cè)測(cè)量量結(jié)結(jié)果果。。為為此此，，需需要要一一次次測(cè)測(cè)量量就就能能得得到到時(shí)時(shí)間間間間隔隔分分布布的的多道道時(shí)時(shí)間間分分析析器器。用多多道道時(shí)時(shí)間間分分析析器器進(jìn)進(jìn)行行時(shí)時(shí)間間分分析析，，與與用用多多道道脈脈沖沖幅幅度度分分析析器器進(jìn)進(jìn)行行幅幅度度分分析析類類似似，，首首先先要要將將時(shí)間間間間隔隔作作為為數(shù)數(shù)字字編編碼碼，然然后后對(duì)數(shù)數(shù)字字化化信信息息進(jìn)進(jìn)行行統(tǒng)統(tǒng)計(jì)計(jì)和和分分析析。多道道分分析析器器在在一一次次測(cè)測(cè)量量中中能能將將具具有有各各種種時(shí)時(shí)間間間間隔隔的的脈脈沖沖對(duì)對(duì)進(jìn)進(jìn)行行分分類類。。目前前，，時(shí)時(shí)間間間間隔隔數(shù)數(shù)字字編編碼碼的的主主要要方方法法可可分分為為兩兩類類。。一一類類是是時(shí)間間-數(shù)數(shù)字字變變換換，另另一一類類是是時(shí)間間-幅幅度度變變換換。四、、時(shí)時(shí)間間量量變變換換方方法法4.2時(shí)間間-幅幅度變變換(TAC)實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)間-幅度度變換換就是是把時(shí)時(shí)間間間隔的的長(zhǎng)短短變換換成幅幅度的的大小小。按工作作原理理的不不同，，可以以把時(shí)時(shí)幅變變換分分成兩兩類：：起停型型時(shí)幅幅變換換器和重疊型型時(shí)幅幅變換換。起-停停型時(shí)時(shí)幅變變換時(shí)間間間隔變變換成成脈沖沖幅度度的最最簡(jiǎn)單單方法法是在在起始信信號(hào)與與停止止信號(hào)號(hào)之間間的時(shí)時(shí)間間間隔內(nèi)內(nèi)，用用恒定定電流流充電電的方方法。。四、時(shí)時(shí)間量量變換換方法法4.2時(shí)間間-幅幅度變變換時(shí)幅變變換原原理電電路框框圖四、時(shí)時(shí)間量量變換換方法法4.2時(shí)間間-幅幅度變變換起-停停型時(shí)時(shí)幅變變換在前面面的討討論中中，都都假設(shè)設(shè)在測(cè)測(cè)量時(shí)時(shí)間間間隔時(shí)時(shí)，每每個(gè)起起始信信號(hào)都都對(duì)應(yīng)應(yīng)一個(gè)個(gè)停止止信號(hào)號(hào)。但但是，，在實(shí)實(shí)際工工作中中，起起始道道對(duì)應(yīng)應(yīng)的探探測(cè)器器和停停止道道對(duì)應(yīng)應(yīng)的探探測(cè)器器的探測(cè)效效率不不會(huì)完完全相相同，所以以一個(gè)個(gè)探測(cè)測(cè)器探探測(cè)到到的核核輻射射信號(hào)號(hào)在另另一個(gè)個(gè)探測(cè)測(cè)器可可能探探測(cè)不不到，，因此此，在在時(shí)幅幅變換換中，，除了了有起起有停停情況況外，，還有有另外外兩種種情況況：一個(gè)是有起起始信號(hào)無無停止信號(hào)號(hào)；另一個(gè)個(gè)是有停止止信號(hào)無起起始信號(hào)。。四、時(shí)間量量變換方法法有起無停的的情況，解解決方案：：超量程無輸輸出方法和有停才有起起法。有停無起的的情況，解解決方案：：有起才有停停法。起停型時(shí)幅幅變換器的的線性好，，時(shí)間間隔隔范圍寬，，時(shí)間分辨辨好，而且且通用性強(qiáng)強(qiáng)。四、時(shí)間量量變換方法法4.2時(shí)間間-幅度變變換脈沖重疊型型時(shí)幅變換換脈沖重疊型型時(shí)幅變換換方法是由由符合電路路演變而來來的，它的的輸出幅度正正比于兩個(gè)個(gè)脈沖的重重疊時(shí)間。Vo∝(T-Δt)脈沖重疊型型時(shí)幅變換換器電路簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，而且且單個(gè)信號(hào)號(hào)不會(huì)使時(shí)時(shí)幅變換器器輸出信號(hào)號(hào)。但是脈脈沖重疊型型時(shí)幅變換換器的被測(cè)測(cè)時(shí)間間隔隔必須小于于脈沖的寬寬度。四、時(shí)間量量變換方法法4.2時(shí)間間-幅度變變換脈沖重疊型型時(shí)幅變換換脈沖重疊型型時(shí)幅變換換器具有變換速度快快和死時(shí)間小的優(yōu)點(diǎn)，但但它的線性和精度度較差，所以大多多用在高計(jì)計(jì)數(shù)率時(shí)間間分析的實(shí)實(shí)驗(yàn)中。簡(jiǎn)單重疊型型時(shí)幅變換換電路四、時(shí)間量量變換方法法4.3時(shí)間間-數(shù)字變變換計(jì)數(shù)式時(shí)間間-數(shù)碼變變換的基本本原理是:在被測(cè)時(shí)間間間隔內(nèi)，，將頻率穩(wěn)穩(wěn)定（周期期T0已知）的時(shí)時(shí)鐘脈沖送送到寄存器器。寄存器器記錄的時(shí)時(shí)鐘脈沖數(shù)數(shù)m代表起、停停信號(hào)間的的時(shí)差tx。此數(shù)碼m表示此時(shí)輸輸入脈沖所所屬道的地地址（道址址）。T0就是時(shí)間道道寬。所以寄存存器稱為地地址寄存器器，m稱為地址碼碼。由地址址碼m選定存儲(chǔ)器器第m道的計(jì)數(shù)器器，使其計(jì)計(jì)數(shù)加1，，就實(shí)現(xiàn)了了將此對(duì)脈脈沖按其時(shí)時(shí)差大小記記錄在存儲(chǔ)儲(chǔ)器的相應(yīng)應(yīng)道址的計(jì)計(jì)數(shù)器中。。四、時(shí)間量量變換方法法4.3時(shí)間間-數(shù)字變變換計(jì)數(shù)式時(shí)間間-數(shù)字變變換計(jì)數(shù)式時(shí)數(shù)數(shù)變換是一一種常用的的時(shí)間間隔隔直接進(jìn)行行數(shù)字編碼碼的方法。。計(jì)數(shù)式時(shí)數(shù)數(shù)變換原理理四、時(shí)間量量變換方法法計(jì)數(shù)式式時(shí)間間-數(shù)數(shù)字變變換如果時(shí)時(shí)鐘是是自激振振蕩器器，起始始信號(hào)號(hào)和時(shí)時(shí)鐘脈脈沖間間無一一定相相位關(guān)關(guān)系。。同樣樣的時(shí)時(shí)差，，能進(jìn)進(jìn)入地地址寄寄存器器的時(shí)時(shí)鐘脈脈沖數(shù)數(shù)可能能相差1。計(jì)數(shù)式式時(shí)數(shù)數(shù)變換換方法簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，測(cè)量范范圍原原則上上可以以無窮窮大，測(cè)量量精度度主要要取決決于時(shí)鐘頻頻率及及其穩(wěn)穩(wěn)定性性，道寬調(diào)調(diào)節(jié)方方便，穩(wěn)定性性和積積分線線性都很好好。不不需要要附加加的變變換時(shí)時(shí)間，，因而而死時(shí)間間短，適合于于高計(jì)計(jì)數(shù)率率下的的時(shí)間間測(cè)量量。它的的缺點(diǎn)點(diǎn)是道寬不不能做做的太太小，時(shí)間分分辨率率不高高。四、時(shí)時(shí)間量量變換換方法法4.3時(shí)間間-數(shù)數(shù)字變變換游標(biāo)尺尺計(jì)數(shù)數(shù)器游標(biāo)尺尺計(jì)數(shù)數(shù)器是是一種種常用用測(cè)量短短時(shí)間間間隔隔的方方法。其工工作原原理類類似于于機(jī)械械游標(biāo)標(biāo)卡尺尺。游標(biāo)尺尺計(jì)時(shí)時(shí)器工工作原原理四、時(shí)時(shí)間量量變換換方法法游標(biāo)尺尺計(jì)數(shù)數(shù)器m與tx的關(guān)系:游標(biāo)尺計(jì)計(jì)時(shí)器時(shí)時(shí)數(shù)變換換的線性好，穩(wěn)定性好好，道寬小的的時(shí)候精精度很高高。主要缺缺點(diǎn)是測(cè)量死時(shí)時(shí)間很大大，且道道寬調(diào)節(jié)節(jié)不方便便。四、時(shí)間間量變換換方法4.3時(shí)時(shí)間-數(shù)數(shù)字變換換內(nèi)插時(shí)間間-數(shù)字字變換計(jì)數(shù)式時(shí)時(shí)間-數(shù)數(shù)字變換換的時(shí)間間分辨不不高，可可以用內(nèi)內(nèi)插法解解決這個(gè)個(gè)問題。。由于Δt1和和Δt2都小小于一個(gè)時(shí)鐘鐘周期，直接接計(jì)數(shù)法不能能測(cè)定它們。。而用內(nèi)插法法可以精細(xì)測(cè)測(cè)量時(shí)鐘脈沖沖與起、停脈脈沖之間小于于時(shí)鐘周期的的時(shí)差。四、時(shí)間量變變換方法內(nèi)插時(shí)間-數(shù)數(shù)字變換(1)時(shí)間擴(kuò)擴(kuò)展內(nèi)插時(shí)數(shù)數(shù)變換利用充電和放放電電流不同同來擴(kuò)大時(shí)間間間隔。實(shí)際應(yīng)用中要要注意時(shí)間分分辨和死時(shí)間間的要求。四、時(shí)間量變變換方法4.3時(shí)間-數(shù)字變換內(nèi)插時(shí)間-數(shù)數(shù)字變換(2)時(shí)幅變變換內(nèi)插時(shí)數(shù)數(shù)變換由于起停型時(shí)時(shí)幅變換具有有時(shí)間分辨好好、道寬小的的特點(diǎn)，適合合于小時(shí)間間間隔測(cè)量，因因此，可以用時(shí)數(shù)變換器器測(cè)量時(shí)間間間隔為時(shí)鐘周周期整數(shù)周期期部分，而用用時(shí)幅變換器器作為時(shí)數(shù)變變換器的內(nèi)插插電路，測(cè)量量小時(shí)鐘周期期的時(shí)間間隔隔部分。四、時(shí)間量變變換方法4.4上升時(shí)時(shí)間-幅度變變換上升時(shí)間-幅幅度變換也是是一種時(shí)間量量變換。此時(shí)時(shí)待測(cè)的時(shí)間間間隔為脈沖沖信號(hào)的上升升時(shí)間。上升時(shí)間-幅度變換器器與脈沖幅度度分析器可以以組成上升時(shí)間分析析器。上升時(shí)間分分析器用來研研究輸入信號(hào)號(hào)上升時(shí)間的的分布，尤其其是核輻射探探測(cè)器輸出信信號(hào)的波形分分布。探測(cè)器輸出信信號(hào)的上升時(shí)時(shí)間差異由以以下幾種原因因產(chǎn)生：探測(cè)器的種類類或結(jié)構(gòu)不同同；入射粒子的種種類、位置、方向不同；計(jì)數(shù)率過高發(fā)發(fā)生堆積等。四、時(shí)間量變變換方法4.4上升時(shí)時(shí)間-幅度變變換前沿定時(shí)-過過零定時(shí)型上上升時(shí)間幅度度變換前沿定時(shí)-過過零定時(shí)型上上升時(shí)間幅度度變換方法簡(jiǎn)單，如果測(cè)量上上升時(shí)間的要要求不高或兩兩種輸入信號(hào)號(hào)的上升時(shí)間間差異較大，，則可使用這這種方法。四、時(shí)間量變變換方法4.4上升時(shí)時(shí)間-幅度變變換恒比定時(shí)-過過零定時(shí)型上上升時(shí)間幅度度變換恒比定時(shí)用于于決定輸入信信號(hào)波形的起起點(diǎn)，它的定時(shí)信信號(hào)作為時(shí)幅幅變換器的起起始信