核电子学与核仪器第十七课.pptx

核电子学与核仪器n 覃国秀n 2023/06/04本堂课主要内容n 三、符合 3.1符合方法 3.2符合电路 3.3快信号的传输和纳秒延时器n 四、时间量变换方法 4.1时间分析 4.2时间-幅度变换 4.3时间-数字变换n 五、脉冲波形甄别三、符合n 3.1符合方法 符 合 测 量 是 辐 射 探 测 中 的 一 种 常 用 和 基 本 的 技 术。可 用 于 确 定 两 个 或 多 个 电 离 事 件 的 同 时 性 或 时 间上 的 相 关 性。符 合 测 量 分 正 符 合 测 量（简 称 符 合测量）和反符合测量。符合方法方框图 三、符合n 3.1符合方法 理 想 的 符 合 是 指 两 个 事 件 在 时 间 上 是 完 全 重 合 的，但实 际 上 这 是 不 可 能 的，因 为 任 何 一 个 核 时 间 都 有 一 定的 时 间 过 程，所 以 实 际 的 符 合 是 指 事 件 在 一 定 的 时 间间隔内的重合。符合单元的基本逻辑功能相当于一个数字门电路。三、符合n 3.1符合方法 符合单元的工作波形分 辨 时 间：能 够 产 生 符 合 输 出的 几 个 输 入 端 脉 冲 之 间 的 最 大时间间隔。三、符合n 3.1符合方法 符 合 电 路 所 能 识 别 的“同 时”，不 是 严 格 的 同 时，只 说 明 两 输 入 脉 冲 的 到 达 时 间 在 一 定 范 围 内。所以 tW越 大，发 生 偶 然 符 合 的 概 率 就 越 大。但 是，tW也 不 能 选 得 太 小。由 于 探 测 器 输 出 信 号 存 在 时间 涨 落 和 实 际 的 时 检 电 路 存 在 时 间 移 动 和 晃 动，真 符 合 事 件 产 生 的 两 信 号 可 能 不 同 时 到 达 符 合 电路，在 tW过 小 时 将 有 真 符 合 计 数 损 失，所 以 要 根据 实 际 条 件 适 宜 选 择 tW。选 择 时 主 要 考 虑 的 问 题就是真符合效率和偶然符合计数率。符合曲线测量装置及符合曲线三、符合n 3.2符合电路 慢符合电路n 慢 符 合 电 路 的 分 辨 时 间 范 围大 概 为10ns 到10s 之 间。慢符 合 电 路 单 元 大 多 用 与 非 门作成。n 实 际 符 合 电 路 都 需 要 一 个 比较 好 的 输 入 成 形 级，使 输 入信 号 成 形 为 宽 度 相 同 且 稳 定的脉冲信号。输入端成形电路三、符合n 3.2符合电路 快符合电路 快 符 合 电 路 单 元 是 用 高 速 元 器 件(高 速 隧 道 二 极 管、高速二极管)做成的。隧道二极管基本符合单元 相加型共基极快符合电路单元 三、符合n 3.3快信号的传输和纳秒延迟器 快信号传输和传输电缆n 在核电子学中，快信号在各个部件之间传输是由传输电缆完成的。一般，信号在电缆中传输的速度为光速的66%。假设为延迟电缆，则中心导线是螺旋形的。电 缆 的 主 要 特 性 有 特 性 阻 抗、单 位 长 度 电 容 和 衰 减 系 数。当 电 缆 与 高 压 连 接 的 时 候，还需注意电缆的耐压大小。快信号传输和传输电缆n 在 使 用 电 缆 传 输 信 号 时，需 要 区 分 所 传 输 的 脉 冲信 号 是 快 脉 冲 还 是 慢 脉 冲。由 于 所 用 电 缆 的 传 输速 度 一 般 为 vp=3.3ns/m，所 以 信 号 在 电 缆 中 的 传输 时 间 为：t=vp l。信 号 的 上 升 时 间 tr t 为慢脉冲。n 对于快脉冲的传输，特性阻抗的匹配时很重要的。三、符合n 3.3快信号的传输和纳秒延迟器 纳秒延时器 信 号 在 传 输 过 程 中 会 产 生 时 间 延 迟。除 了 传 输 延迟外，信号在任何加工处理过程中都会产生延迟。信 号 的 时 间 延 迟 是 信 号 传 输 和 加 工 的 一 个 普 遍 现象。对 于 时 间 测 量 系 统，这 些 延 迟 会 影 响 时 间 测量结果。纳 秒 延 迟 器 一 般 由延 迟 电 缆 和 开 关 组成。四、时间量变换方法n 4.1时间分析 时 间 分 析 是 分 析 一 个 核 态 与 另 一 个 核 态 之 间 的 时 间 关系，也 就 是 测 量 核 事 件 的 时 间 间 隔 概 率 密 度 分 布。一个 为 起 始 事 件，另 一 个 事 件 为 停 止 事 件，两 个 事 件 相对 时 间 间 隔 大 小 是 随 机 分 布 的。在 电 子 学 上，就 是 测量相应的起始信号和停止信号之间时间间隔的分布。一 般，两 个 信 号 之 间 的 时 间 间 隔 分 布 可 用 延 迟 符 合 方法 获 得。延 迟 符 合 测 量 是 改 变 两 道 符 合 输 入 信 号 之 间的 相 对 延 迟 时 间 td，测 量 其 相 应 的 计 数。设 符 合 电 路分 辨 时 间 为，则 对 于 延 迟 时 间 td，符 合 电 路 只 选 择 那些 时 间 间 隔 落 在 td 中 的 脉 冲 对 加 以 记 录，逐 点 改 变 td，就可以测得延迟符合曲线。四、时间量变换方法n 4.1时间分析 用 上 述 的 方 法 测 量 一 个 时 间 分 布 要 花 费 很 多 时 间，同时 也 带 来 仪 器 长 期 稳 定 性 问 题，而 且 放 射 性 活 度 的 变化 也 会 影 响 到 测 量 结 果。为 此，需 要 一 次 测 量 就 能 得到时间间隔分布的多道时间分析器。用 多 道 时 间 分 析 器 进 行 时 间 分 析，与 用 多 道 脉 冲 幅 度分 析 器 进 行 幅 度 分 析 类 似，首 先 要 将 时 间 间 隔 作 为 数字 编 码，然 后 对 数 字 化 信 息 进 行 统 计 和 分 析。多 道 分析 器 在 一 次 测 量 中 能 将 具 有 各 种 时 间 间 隔 的 脉 冲 对 进行分类。目 前，时 间 间 隔 数 字 编 码 的 主 要 方 法 可 分 为 两 类。一类是时间-数字变换，另一类是时间-幅度变换。四、时间量变换方法n 4.2时间-幅度变换(TAC)实 现 时 间-幅 度 变 换 就 是 把 时 间 间 隔 的 长 短 变 换 成 幅度 的 大 小。按 工 作 原 理 的 不 同，可 以 把 时 幅 变 换 分 成两类：起停型时幅变换器和重叠型时幅变换。起-停型时幅变换 时 间 间 隔 变 换 成 脉 冲 幅 度 的 最 简 单 方 法 是 在 起 始 信 号与 停 止 信 号 之 间 的 时 间 间 隔 内，用 恒 定 电 流 充 电 的 方法。四、时间量变换方法n 4.2时间-幅度变换 时幅变换原理电路框图四、时间量变换方法n 4.2时间-幅度变换 起-停型时幅变换 在 前 面 的 讨 论 中，都 假 设 在 测 量 时 间 间 隔 时，每个 起 始 信 号 都 对 应 一 个 停 止 信 号。但 是，在 实 际工 作 中，起 始 道 对 应 的 探 测 器 和 停 止 道 对 应 的 探测 器 的 探 测 效 率 不 会 完 全 相 同，所 以 一 个 探 测 器探 测 到 的 核 辐 射 信 号 在 另 一 个 探 测 器 可 能 探 测 不到，因 此，在 时 幅 变 换 中，除 了 有 起 有 停 情 况 外，还 有 另 外 两 种 情 况：一 个 是 有 起 始 信 号 无 停 止 信号；另一个是有停止信号无起始信号。四、时间量变换方法有 起 无 停 的 情 况，解 决 方案：超 量 程 无 输 出 方 法 和有停才有起法。有 停 无 起 的 情 况，解 决方案：有起才有停法。起 停 型 时 幅 变 换 器 的 线 性 好，时 间 间 隔 范 围 宽，时 间分辨好，而且通用性强。四、时间量变换方法n 4.2时间-幅度变换 脉冲重叠型时幅变换 脉 冲 重 叠 型 时 幅 变 换 方 法 是 由 符 合 电 路 演 变 而 来的，它的输出幅度正比于两个脉冲的重叠时间。Vo(T-t)脉 冲 重 叠 型 时 幅 变 换 器 电路 简 单，而 且 单 个 信 号 不会 使 时 幅 变 换 器 输 出 信 号。但 是 脉 冲 重 叠 型 时 幅 变 换器 的 被 测 时 间 间 隔 必 须 小于脉冲的宽度。四、时间量变换方法n 4.2时间-幅度变换 脉冲重叠型时幅变换 脉 冲 重 叠 型 时 幅 变 换 器 具 有 变 换 速 度 快 和 死 时 间小 的 优 点，但 它 的 线 性 和 精 度 较 差，所 以 大 多 用在高计数率时间分析的实验中。简 单 重 叠 型 时 幅 变换电路 四、时间量变换方法n 4.3时间-数字变换 计 数 式 时 间-数 码 变 换 的 基 本 原 理 是:在 被 测 时 间间 隔 内，将 频 率 稳 定（周 期 T0已 知）的 时 钟 脉 冲送 到 存 放 器。存 放 器 记 录 的 时 钟 脉 冲 数 m 代 表 起、停信号间的时差tx。此 数 码 m 表 示 此 时 输 入 脉 冲 所 属 道 的 地 址（道 址）。T0就 是 时 间 道 宽。所 以 存 放 器 称 为 地 址 存 放 器，m 称 为 地 址 码。由 地 址 码 m 选 定 存 储 器 第 m 道 的 计数 器，使 其 计 数 加1，就 实 现 了 将 此 对 脉 冲 按 其 时差大小记录在存储器的相应道址的计数器中。四、时间量变换方法n 4.3时间-数字变换 计数式时间-数字变换 计数式时数变换是一种常用的时间间隔直接进行数字编码的方法。计数式时数变换原理 四、时间量变换方法 计数式时间-数字变换n 如 果 时 钟 是 自 激 振 荡 器，起 始 信 号 和 时 钟 脉 冲 间 无一 定 相 位 关 系。同 样 的 时差，能 进 入 地 址 存 放 器 的时钟脉冲数可能相差1。计 数 式 时 数 变 换 方 法 简 单，测 量 范 围 原 则 上 可 以 无 穷 大，测 量 精 度 主 要 取 决 于 时 钟 频 率 及 其 稳 定 性，道 宽 调 节 方 便，稳 定 性 和 积 分 线 性 都 很 好。不 需 要 附 加 的 变 换 时 间，因 而死 时 间 短，适 合 于 高 计 数 率 下 的 时 间 测 量。它 的 缺 点 是 道宽不能做的太小，时间分辨率不高。四、时间量变换方法n 4.3时间-数字变换 游标尺计数器 游 标 尺 计 数 器 是 一 种 常 用 测 量 短 时 间 间 隔 的 方 法。其工作原理类似于机械游标卡尺。游标尺计时器工作原理 四、时间量变换方法 游标尺计数器m 与 tx 的关系:游 标 尺 计 时 器 时 数 变 换 的 线 性 好，稳 定 性 好，道宽 小 的 时 候 精 度 很 高。主 要 缺 点 是 测 量 死 时 间 很大，且道宽调节不方便。四、时间量变换方法n 4.3时间-数字变换 内插时间-数字变换 计数式时间-数字变换的时间分辨不高，可以用内插法解决这个问题。由 于t1 和t2 都 小 于一 个 时 钟 周 期，直 接计 数 法 不 能 测 定 它 们。而 用 内 插 法 可 以 精 细测 量 时 钟 脉 冲 与 起、停 脉 冲 之 间 小 于 时 钟周期的时差。四、时间量变换方法 内插时间-数字变换(1)时间扩展内插时数变换利 用 充 电 和 放 电 电 流不同来扩大时间间隔。实 际 应 用 中 要 注 意 时 间分辨和死时间的要求。四、时间量变换方法n 4.3时间-数字变换 内插时间-数字变换(2)时幅变换内插时数变换 由 于 起 停 型 时 幅 变 换 具 有 时 间 分 辨 好、道 宽 小 的特 点，适 合 于 小 时 间 间 隔 测 量，因 此，可 以 用 时数 变 换 器 测 量 时 间 间 隔 为 时 钟 周 期 整 数 周 期 局 部，而 用 时 幅 变 换 器 作 为 时 数 变 换 器 的 内 插 电 路，测量小时钟周期的时间间隔局部。四、时间量变换方法n 4.4上升时间-幅度变换 上 升 时 间-幅 度 变 换 也 是 一 种 时 间 量 变 换。此 时 待测 的 时 间 间 隔 为 脉 冲 信 号 的 上 升 时 间。上 升 时 间-幅 度 变 换 器 与 脉 冲 幅 度 分 析 器 可 以 组 成 上 升 时 间分 析 器。上 升 时 间 分 析 器 用 来 研 究 输 入 信 号 上 升时 间 的 分 布，尤 其 是 核 辐 射 探 测 器 输 出 信 号 的 波形分布。探 测 器 输 出 信 号 的 上 升 时 间 差 异 由 以 下 几 种 原 因产 生：探 测 器 的 种 类 或 结 构 不 同；入 射 粒 子 的 种类、位置、方向不同；计数率过高发生堆积等。四、时间量变换方法n 4.4上升时间-幅度变换 前沿定时-过零定时型上升时间幅度变换前 沿 定 时-过 零 定 时 型 上 升 时 间幅 度 变 换 方 法 简 单，如 果 测 量上 升 时 间 的 要 求 不 高 或 两 种 输入 信 号 的 上 升 时 间 差 异 较 大，则可使用这种方法。四、时间量变换方法n 4.4上升时间-幅度变换 恒比定时-过零定时型上升时间幅度变换恒 比 定 时 用 于 决 定 输 入 信 号 波 形 的 起 点，它 的 定 时信 号 作 为 时 幅 变 换 器 的 起 始 信 号。过 零 定 时 决 定 输入 波 形 的 峰 顶 时 间，其 信 号 作 为 时 幅 变 换 器 的 停 止信 号。这 种 方 法 结 构 简 单，精 度 比 较 高，所 以 能 满足一般波形甄别的要求，应用比较广泛。四、时间量变换方法n 4.4上升时间-幅度变换 恒比定时-恒比定时型上升时间幅度变换这 种 方 法 可 测 量 输 入 信 号前 沿 的 任 何 局 部 的 时 间 间隔，其通用性比较强。五、脉冲波形甄别器 脉 冲 波 形 甄 别 器 是 指 按 脉 冲 信 号 的 形 状 不 同 对 脉冲 进 行 分 类。脉 冲 信 号 的 形 状 包 括 幅 度、上 升 时间、下 降 时 间、宽 度 等。一 般，脉 冲 波 形 甄 别 不包 括 脉 冲 幅 度 甄 别。脉 冲 波 形 甄 别 可 以 看 做 时 间甄别和分析的一个重要应用。脉 冲 波 形 甄 别 的 用 途 很 广。它 可 用 于 粒 子 甄 别，即 利 用 不 同 粒 子 在 探 测 器 中 产 生 的 信 号 波 形 不 同来 区 别 不 同 的 粒 子；它 还 可 用 于 除 掉 锗(锂)探 测器 中 由 于 缺 陷 而 产 生 的 慢 上 升 信 号，以 及 用 于 堆积拒绝等。五、脉冲波形甄别器n 脉 冲 波 形 甄 别 主 要 根 据 探 测 器 输 出 信 号 形 状 不 同进 行 甄 别，所 以 脉 冲 波 形 甄 别 性 能 与 探 测 器 性 能密 切 相 关。因 此，除 了 上 升 时 间-幅 度 变 换 器、脉冲 宽 度 甄 别 器 等 部 件 的 性 能 外，还 往 往 要 给 出 整个 脉 冲 波 形 甄 别 系 统 的 性 能。整 个 系 统 的 主 要 性能 指 标 为 优 质 因 子M。M 表 示 系 统 能 够 分 开a粒 子和b 粒子的能力。总结演讲完毕，谢谢观看！