信号分析方法基础知识.ppt

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1、本章要解决的问题,谈“核”色变？核辐射到底是什么？核电子学研究的对象是什么？与普通电子学（模电）有何不同？难点：阻抗匹配,核电子学 Nuclear Electronicshttp:/ background radiation 2006年诺贝尔物理学奖 J. C. Mather and G. F. Smoot, USA,电磁波（电磁辐射）,高能电磁波如：射线（X射线），属于核（电离）辐射范畴。,核（电离）辐射,电离辐射：10 eV -10 MeV主要来源于原子核或核外电子的某些过程,放射性,在人们发现的二千多种核素中，绝大多数都是不稳定的，它们会自发地蜕变，变成另一种核素，同时放出各种射线（核辐

2、射）。这样的现象称为放射性衰变。稳定核素：271种放射性核素： 2500多种其中，天然：仅60多种 人工：绝大部分,放射性,核素：AX,摘自杨福家原子核物理,放射性衰变的种类,中性核辐射 高能电磁辐射 (X射线, 射线)中子 (各种能量的中子)带电粒子核辐射轻的带电粒子 (电子、正电子、射线)重的带电粒子 (粒子、质子、重离子等),也称为电离辐射、射线，泛指原子或原子核的某些过程（如核衰变或核裂变等）放出的粒子，或由加速器加速的离子或核反应产生的各种粒子，包括（4He2+）、3He、p、d、t等重带电粒子，重离子和裂变碎片，e+、e-（射线）等轻带电粒子，X、射线，中子等。包括：高能电磁波：X

3、、射线； 粒子：带电粒子、中性粒子等。,核辐射（重点）,核辐射是双刃剑，既有其危害性，更有着无可替代的优越性，为人类的当代生活带来了便利。,核工程与核技术,核辐射无处不在,核电,我们面临严峻的能源危机和环境危机!化石能源行将用完：（2002年探明储量） 煤炭： 可采218年 石油： 可采48年 天然气：可采67年环境污染无法承受(全球每年CO2 排放200亿吨)！核电是解决危机的重要出路,核裂变和核聚变过渡能源：铀钍资源裂变能 热中子堆：可用50年 快中子堆：可用3000年未来能源：氘氚资源聚变能 可控聚变堆：可用200亿年,目前世界最先进的AP1000核电站,核技术应用,核成像技术离子束分析

4、同位素示踪检测用核技术辐射工艺等,X射线行李安检系统,X射线成像技术地铁、机场等地的安全检查,医学影像学,核成像技术通过对射线的利用，探测物体的内部组成和结构，获得物体的图像，而不必破坏该物体。,大型集装箱检测系统,工业在线测厚仪,检测用核技术用核物理方法测量地下的矿藏和工业规模材料的厚度、密度、重量、成分以及测量界面等等。,同位素示踪技术成为生物、化工、医学和地矿领域中必不可少的强有力的工具。,核技术应用已渗透到我们当代生活的方方面面，深化了农业的绿色革命，促进了工业的技术改造，推动了环保事业的发展，提高了人类征服疾病的能力。,核辐射探测与测量是核技术应用和开展核相关实验研究的基础,核辐射探

5、测与测量,核辐射探测系统=核辐射探测器+核电子学仪器,核辐射探测与测量方法,核电子学,核辐射现象（天然放射性）发现于1896年。核电子学形成于20世纪50年代。,核电子学是在不断吸收其他科学技术特别是电子学各分支技术成就中发展的，同时也作出了自己的贡献。如核电子学中对脉冲幅度和时间间隔的精密测量和甄别技术，对40年代雷达和电子计算机的发展提供了有益的经验。在核电子学中还首先发展了纳秒脉冲技术，并在多道脉冲幅度分析技术基础上发展出高速模-数转换技术等。,核电子学,广义讲，泛指核科学领域的各种电子学方法：核辐射探测器电子学核物理及核技术应用等粒子电子学高能基本粒子的基础研究加速器电子学高频振荡、磁

6、场稳定、参数控制核反应堆自动控制、电子模拟与设计同位素应用仪表核医学电子仪器计量测量仪表与安全防护电子学的辐照损伤的研究,核心：对核信号进行测量与分析的电子技术，即大量常用的对核辐射探测器的信号作放大、处理、分析和记录所采用的各种电子仪器、装置以及与计算机相配合的实验测量系统。,核电子学范畴,核电子学的研究对象和内容（重点）,核辐射探测器的输出信号处理和分析核辐射探测器给出的电信号。用电子学方法对信号脉冲的幅度、时间、波形和数目等参量的获取、处理和分析，可以获得核辐射的能量、电荷量、时间、空间等各种性质。,核电子学与普通的电子学到底有哪些不同？,核辐射探测器,气体探测器半导体探测器闪烁探测器

7、等,气体探测器,平行板电离室,iD,iD,正比计数器,半导体探测器,闪烁探测器,核辐射探测器的等效电路（重点）,探测器可以看作一个电流源，以气体探测器（电离室）为例：,当RD远大于外电路电阻时：,探测器可等效为一个电流源与CD并联，电流脉冲中包含的时间特性和电荷信息与探测器种类有关,核辐射探测器的输出信号,核辐射探测器的输出信号是一系列幅度大小不一、波形不尽一致、前后间隔疏密不均匀出现的时间随机分布的电流脉冲（持续时间为ns-s），在体电容上建立的电压脉冲幅度多为mV量级。电流脉冲由核辐射的性质及探测器的响应所决定，对这些脉冲进行测量，可以得到有关核辐射的信息。,能谱测量,时间测量,对后续电路

8、（输出回路）的选择，取决于物理参数的测量,输出回路,电离辐射探测器都能产生相应的输出电流，持续时间在纳秒到微秒，在电路分析中，可把它等效为电流源；该输出电流具有一定的形状，即有一定时间特性，所以可用于时间分析；如在输出电容上取积分电压信号，电压幅度正比于E，可做入射粒子能量测量。,核辐射探测器输出信号小结,更多的知识可在核辐射探测与测量方法课中学习,处理的对象是宽度从纳秒量级到微秒量级的电流脉冲信号。电流脉冲信号在时间上和幅度上是随机变化的、即非周期的和非等值的。测量的精度要求高。一般时间测量可达到100ps的量级，使得空间分辨率达到几十微米量级，幅度测量的精度能达到千分之一。,核电子学的特点

9、,核电子学系统的组成,探测器输出脉冲幅度在mV-V之间，对于小的信号需要放大，是否选择放大器与所使用的探测器有关探测器输出脉冲波形与输出回路的时间常数有关，对于不同实验目的的实验测量系统，如能量测量、计数测量或时间测量，电子学插件的选用也不同,典型的核电子学系统,探测器,核电子学系统,信号处理,数据获取和处理,高压电源,前置放大器,主放大器,计数器,核电子学系统组成框图,实验测量系统的组成,探测器,核电子学系统,实验测量系统的组成,核电子学课程安排,预备知识,信号处理,数据获取数据处理,以PPT为主核电子学讲义,其他参考书：核电子技术原理 王芝英 主编 原子能出版社核电子学（上、下） 王经瑾等

10、编著 清华大学核电子学专业讲义核电子学概要 唐兆荣等编译 原子能出版社核电子学基础（上、下） 周志成编著 原子能出版社模拟电子技术基础（第三版） 童诗白等主编 高等教育出版社数字电子技术基础（第三版） 童诗白等主编 高等教育出版社,成绩,平时 40%作业20%出勤情况5%实验情况15%期末 60%不得无故缺课，违反者按学校教务处规定处理。,同轴电缆的信号传输 信号分析基础RC电路基础模拟电子技术基础脉冲电路基础,需要的基础知识,同轴电缆构造图,同轴电缆的信号传输,同轴电缆的等效图,L：分布电感，单位长度电缆的电感C：分布电容，单位长度电缆的电容,表征电缆的基本参量,传输时间d：为电压传播经过单

11、位长度的电缆所需的时间 RG58、RG59传输时间约为5ns/m,特征阻抗Z：由单位长度电缆的电感和电容来求得,阻抗匹配,阻抗匹配(R=Z),反射系数,RL=Z，K=0,RL=0，K=-1,RL=，K=1,阻抗匹配（重点、难点）,*为使电压或电流脉冲无形变地从电缆的一端传到另一端，需要信号源内阻、电缆阻抗和负载阻抗至少在一端匹配 。尤其在快信号的传输中。,慢信号传输中的反射,1s,快信号传输中的反射,在快信号的传输中一定要注意阻抗匹配问题,小结（重点）,辐射、电磁辐射、核（电离）辐射核电子学的研究对象和内容核辐射探测器的输出信号处理和分析核辐射探测器给出的电信号。用电子学方法对信号脉冲的幅度、时间、波形和数目等参量的获取、处理和分析，可以获得核辐射的动量、能量、电荷量、时间、空间等各种性质。核电子学的特点处理的对象是宽度从纳秒量级到微秒量级的电流脉冲信号。电流脉冲信号在时间上和幅度上是随机变化的、即非周期的和非等值的。测量的精度要求高。一般时间测量可达到100ps的量级，使得空间分辨率达到几十微米量级，幅度测量的精度能达到千分之一。核辐射探测器的等效电路电流源：纳秒到微秒电压脉冲：mV-V阻抗匹配,