核電子學(xué)與核儀器-課件4

1、核電子學(xué)與核儀器覃國秀覃國秀Tel:核技術(shù)教研室核技術(shù)教研室2009/04/16上次課關(guān)鍵點上次課關(guān)鍵點探測器等效電路探測器等效電路核電子學(xué)的噪聲核電子學(xué)的噪聲噪聲的衡量：噪聲的衡量：等效噪聲電壓（等效噪聲電壓（ENV）等效噪聲電荷（等效噪聲電荷（ENC）等效噪聲能量（等效噪聲能量（ENE）核電子學(xué)中的主要噪聲有三類：核電子學(xué)中的主要噪聲有三類： 散粒噪聲散粒噪聲 熱噪聲熱噪聲 低頻噪聲低頻噪聲引入引入n信號的時域分解信號的時域分解0( )(0)( )()()()()kf tfttfttttf k tttk t 0( )( ) ()f tftd 引入引入n為了求線性系

2、統(tǒng)的為了求線性系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)，常用的方法是將激，常用的方法是將激勵信號分解為勵信號分解為沖激函數(shù)沖激函數(shù)的組合，根據(jù)的組合，根據(jù)跌加原理跌加原理，將，將沖激函數(shù)的響應(yīng)取和即可得到原激勵信號引起的響沖激函數(shù)的響應(yīng)取和即可得到原激勵信號引起的響應(yīng)。應(yīng)。0( )()()ke te k tttk t 0( )()()kr te k tt h tk t 0( )( ) ()tr teh td 引入引入n卷積的概念卷積的概念n對于實際存在的線性系統(tǒng)，當(dāng)信號在對于實際存在的線性系統(tǒng)，當(dāng)信號在t=0時時輸入輸入 RC電路電路n由科?；舴蚨傻贸鲇煽葡；舴蚨傻贸?的電路方程的電路方程n傳輸系數(shù)傳輸

3、系數(shù)01mCViRi dtC ( )( )( )oiV sH sV s 112ZhZZ （1）RC電路電路n積分電路積分電路 當(dāng)輸入的是階躍電壓時當(dāng)輸入的是階躍電壓時tRmViRV e (1)tCmRmVVVVe 01( )tCiVV t dtRC 當(dāng)由電容端輸出，且當(dāng)由電容端輸出，且RCt時，可以忽略式（時，可以忽略式（1）的第二）的第二項，此時電容上的電壓為：項，此時電容上的電壓為：RC電路電路n微分電路微分電路當(dāng)從電阻兩端輸出，且當(dāng)從電阻兩端輸出，且RC很很小時，（小時，（1）式中的第一項可）式中的第一項可忽略，此時電阻兩端的輸出忽略，此時電阻兩端的輸出電壓為：電壓為：( )iRdV t

4、VRCdt 輸入階躍電壓對輸入階躍電壓對RCRC電路充電，經(jīng)過無限長時間，電電路充電，經(jīng)過無限長時間，電容容C C上已經(jīng)充上了電壓。某一時刻輸入端短路，結(jié)上已經(jīng)充上了電壓。某一時刻輸入端短路，結(jié)果將會怎樣？果將會怎樣？RC電路電路n對指數(shù)上升電壓的響應(yīng)對指數(shù)上升電壓的響應(yīng)(1)timVVe 當(dāng)當(dāng)RCRC網(wǎng)絡(luò)輸入的是矩形脈沖時，同一網(wǎng)絡(luò)輸入的是矩形脈沖時，同一RCRC網(wǎng)絡(luò)對不同網(wǎng)絡(luò)對不同寬度的脈沖，其影響不同。寬度的脈沖，其影響不同。輸入：輸入：輸出：輸出：()1ttimoiVVee 本堂課主要內(nèi)容本堂課主要內(nèi)容：n三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ) 3.1時域

5、和頻域分析時域和頻域分析 3.2核電子學(xué)中常見的基本電路分析核電子學(xué)中常見的基本電路分析 3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)n四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述 4.1系統(tǒng)的基本組成系統(tǒng)的基本組成 4.2核電子學(xué)常用的信號處理系統(tǒng)核電子學(xué)常用的信號處理系統(tǒng) 4.3核電子學(xué)信號處理單元插件標準化核電子學(xué)信號處理單元插件標準化三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.1時域和頻域分析時域和頻域分析 核輻射探測器的輸出信號要經(jīng)過電子學(xué)系統(tǒng)進行核輻射探測器的輸出信號要經(jīng)過電子學(xué)系統(tǒng)進行處理，才能得到所需要的信息，給出相應(yīng)的結(jié)果。處理，才能得到所

6、需要的信息，給出相應(yīng)的結(jié)果。包含一定數(shù)量的電子元器件，按照某種方式連接包含一定數(shù)量的電子元器件，按照某種方式連接起來的集合體，稱之為起來的集合體，稱之為電路電路（網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)）。）。 線性網(wǎng)絡(luò)（線性網(wǎng)絡(luò)（由由線性元件線性元件組成；線性微分方程描述組成；線性微分方程描述） 非線性網(wǎng)絡(luò)（非線性網(wǎng)絡(luò)（由由非線性元件非線性元件組成；數(shù)學(xué)分析方法組成；數(shù)學(xué)分析方法處理處理）三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.1時域和頻域分析時域和頻域分析 在時域中，一個單位沖激信號在時域中，一個單位沖激信號(t)加到一個線性網(wǎng)絡(luò)上，加到一個線性網(wǎng)絡(luò)上，所得到的輸出信號為所得

7、到的輸出信號為h(t)，稱為該網(wǎng)絡(luò)的，稱為該網(wǎng)絡(luò)的沖激響應(yīng)沖激響應(yīng)。 在頻域中，通常采用傅里葉變換將信號的時域分析轉(zhuǎn)換為在頻域中，通常采用傅里葉變換將信號的時域分析轉(zhuǎn)換為頻域分析，而頻域分析，而H()表示網(wǎng)絡(luò)對不同頻率分量的響應(yīng)特性，表示網(wǎng)絡(luò)對不同頻率分量的響應(yīng)特性，稱為稱為頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)。時域時域頻域頻域三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.1時域和頻域分析時域和頻域分析 從復(fù)頻域考慮，也可以采用拉普拉斯變換從復(fù)頻域考慮，也可以采用拉普拉斯變換 H(s)為線性網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)，一般相同的傳輸函數(shù)為線性網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)，一般相同的傳輸函數(shù)可由不同的網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。

8、可由不同的網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。( )( )h tH s( )( )( )( )( )( )f tF sh tH sg tG s( )( )( )G sF sH s三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.1時域和頻域分析時域和頻域分析 對于多級串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其總的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)為：對于多級串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其總的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)為：123123( )( )( )( )( )( )( )( )h th th th tHHHH富氏變換富氏變換與拉氏變與拉氏變換過程換過程：三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.1時域和頻域分析時域和頻域分析 常用脈沖信號的富氏變換和

9、拉氏變換：常用脈沖信號的富氏變換和拉氏變換：單位階躍脈沖單位階躍脈沖沖激脈沖沖激脈沖11單位矩形脈沖單位矩形脈沖指數(shù)衰減脈沖指數(shù)衰減脈沖1j 1S()2Sa 22SSeeS 1j 1S 三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.2核電子學(xué)中常見的基本電路分析核電子學(xué)中常見的基本電路分析探測器的輸出電路探測器的輸出電路探測器輸出電路等效電路：探測器輸出電路等效電路：時域時域三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.2核電子學(xué)中常見的基本電路分析核電子學(xué)中常見的基本電路分析探測器的輸出電路探測器的輸出電路探測器輸出電路等效電路：探測器

10、輸出電路等效電路：頻域頻域三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.2核電子學(xué)中常見的基本電路分析核電子學(xué)中常見的基本電路分析RC積分電路積分電路(t)h(t)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.2核電子學(xué)中常見的基本電路分析核電子學(xué)中常見的基本電路分析RC積分電路積分電路1( )( )1( )tRCi th tetRC ( )1RHj RC 沖擊響應(yīng)：沖擊響應(yīng)：頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)：三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.2核電子學(xué)中常見的基本電路分析核電子學(xué)中常見的基本電路分析CR微分電路

11、微分電路時域時域 三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.2核電子學(xué)中常見的基本電路分析核電子學(xué)中常見的基本電路分析CR微分電路微分電路( )1j RCHj RC 頻域頻域 三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.2核電子學(xué)中常見的基本電路分析核電子學(xué)中常見的基本電路分析短路延遲線短路延遲線輸入輸入 輸出輸出 短路延遲線短路延遲線 延遲線又名延遲線又名傳輸線或仿真線傳輸線或仿真線，在核電子儀器中主要，在核電子儀器中主要用于用于不失真不失真地延遲信號。延遲線可以看成由很多數(shù)地延遲信號。延遲線可以看成由很多數(shù)值較小的值較小的電感和

12、電容電感和電容組成。它的工作原理可以由兩組成。它的工作原理可以由兩根真實的長導(dǎo)線來模仿。根真實的長導(dǎo)線來模仿。 在電壓的傳輸過程中，要考慮長線的固有分布參在電壓的傳輸過程中，要考慮長線的固有分布參量，令量，令L為單位長度電感，為單位長度電感，C為單位長度電容，并為單位長度電容，并忽略長線本身的電阻。這樣就可以認為兩根長導(dǎo)線忽略長線本身的電阻。這樣就可以認為兩根長導(dǎo)線是由無窮多個電感是由無窮多個電感L和電容和電容C組成。當(dāng)在長導(dǎo)線始組成。當(dāng)在長導(dǎo)線始端加上電壓端加上電壓V，電壓就要依次對電容和電感，電壓就要依次對電容和電感充電充電，因此電壓由始端傳到終端就需要一定的時間。因此電壓由始端傳到終端就

13、需要一定的時間。短路延遲線短路延遲線 令令t t為電壓傳播經(jīng)過單位長度所需要的時間。在為電壓傳播經(jīng)過單位長度所需要的時間。在t t內(nèi)內(nèi)電壓對電容充電，則電容得到的電壓對電容充電，則電容得到的電荷電荷為：為： Q=It=CV 當(dāng)電流流經(jīng)電感當(dāng)電流流經(jīng)電感L L時，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢時，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢V V，其，其絕對絕對值值為：為： V=LI/t 則最后解出則最后解出 當(dāng)電壓加到長線后，在長線中有一定的電流，由歐姆定律當(dāng)電壓加到長線后，在長線中有一定的電流，由歐姆定律來看似乎電壓是加到一定的來看似乎電壓是加到一定的阻抗阻抗Z(特性阻抗特性阻抗)上。上。tLC 短路延遲線短路延遲線 傳播時間傳播時間(

14、 (也稱也稱延遲時間延遲時間) )和和特性阻抗特性阻抗Z Z是長線特性的兩是長線特性的兩個基本參量。特別是特性阻抗，不能簡單的看做是一個個基本參量。特別是特性阻抗，不能簡單的看做是一個阻抗，因為電壓阻抗，因為電壓V V和電流和電流I是在長線上傳播的，特性阻抗是在長線上傳播的，特性阻抗也隨著入射電壓而也隨著入射電壓而傳播傳播。12iZVVVRZ 2iVIZ LLLVIR 如果如果RL不等不等于特性阻抗于特性阻抗會怎樣？會怎樣？短路延遲線短路延遲線n反射電流反射電流 當(dāng)當(dāng)RL不等于特性阻抗的時候，如果不等于特性阻抗的時候，如果RL大于大于Z，那么流過，那么流過負載的電流就小于入射電流，于是就有多余

15、的電流往負載的電流就小于入射電流，于是就有多余的電流往始端始端反射反射。n反射系數(shù)反射系數(shù)由下面的關(guān)系可得反射電壓和入射電壓的關(guān)系。由下面的關(guān)系可得反射電壓和入射電壓的關(guān)系。rrVIZ LriLRZVVRZ LLRZKRZ 三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.2核電子學(xué)中常見的基本電路分析核電子學(xué)中常見的基本電路分析短路延遲線短路延遲線11( )( )()22dh ttt沖擊響應(yīng)：沖擊響應(yīng)：頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)：1( )(1)2djHe 三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)核電子

16、學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式 在核電子學(xué)中有兩類隨機信號，即在核電子學(xué)中有兩類隨機信號，即核輻射信號核輻射信號與與噪聲噪聲信號信號，它與確定信號不同，對確定信號，它可用明確，它與確定信號不同，對確定信號，它可用明確的數(shù)學(xué)關(guān)系式來描述。的數(shù)學(xué)關(guān)系式來描述。確定信號確定信號 三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式 由探測器輸出的核輻射信號或噪聲，因為出現(xiàn)的時刻和由探測器輸出的核輻射信號或噪聲，因為出現(xiàn)的時刻和幅度大小都是幅度大小

17、都是隨機隨機的，這種信號只能用的，這種信號只能用統(tǒng)計法統(tǒng)計法處理。處理。隨隨機機信信號號三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式 核電子學(xué)中的噪聲主要是散粒噪聲和熱噪聲，其核電子學(xué)中的噪聲主要是散粒噪聲和熱噪聲，其概率密度函數(shù)呈概率密度函數(shù)呈高斯正態(tài)分布高斯正態(tài)分布：22() /21( )2v vP ve 三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式核電

18、子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式 噪聲電壓的噪聲電壓的平均值平均值和和均方值均方值分別為：分別為：221lim( )TTTvv t dtT 22221lim( )TTTvvt dtT 三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式 噪聲的噪聲的平均功率平均功率?？捎贸？捎米韵嚓P(guān)函數(shù)和功率譜密度自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度來求得，來求得，自相關(guān)函數(shù)為：自相關(guān)函數(shù)為：221( , )lim( )()TTTRtv tv tdtT 平均功率由各頻率分量功率之和來求得平均功率由各頻

19、率分量功率之和來求得( )(2)PSdfSf df三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式 由于自相關(guān)函數(shù)表示噪聲在由于自相關(guān)函數(shù)表示噪聲在時域時域中的特性，而功率譜中的特性，而功率譜密度表示噪聲在密度表示噪聲在頻域頻域中的特性，這兩者是等效的?？芍械奶匦?，這兩者是等效的?？梢宰C明自相關(guān)函數(shù)與功率譜密度函數(shù)是一對富氏變換以證明自相關(guān)函數(shù)與功率譜密度函數(shù)是一對富氏變換對。對。白噪聲的白噪聲的頻域與時頻域與時域變換域變換三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核

20、電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式 在隨機信號分析中，白噪聲的自相關(guān)函數(shù)是一理想函數(shù)，在隨機信號分析中，白噪聲的自相關(guān)函數(shù)是一理想函數(shù)，其作用類似于其作用類似于躍階函數(shù)與沖擊函數(shù)躍階函數(shù)與沖擊函數(shù)，理論上只要分析，理論上只要分析白噪聲輸入一個網(wǎng)絡(luò)后的變化，即可得到這個網(wǎng)絡(luò)的白噪聲輸入一個網(wǎng)絡(luò)后的變化，即可得到這個網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)特性。響應(yīng)特性。有限帶寬的白噪聲譜密度與自相關(guān)函數(shù)有限帶寬的白噪聲譜密度與自相關(guān)函數(shù)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通

21、過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式核輻射信號的特點：核輻射信號的特點：(1)在脈沖幅度上按高斯統(tǒng)計分布；在脈沖幅度上按高斯統(tǒng)計分布；(2)在時間間隔中的脈沖個數(shù)按泊松分布；在時間間隔中的脈沖個數(shù)按泊松分布；(3)脈沖形狀在理想情況下，可看成沖擊函數(shù)，探脈沖形狀在理想情況下，可看成沖擊函數(shù)，探測器輸出電流脈沖信號，可簡化表示為一個強度測器輸出電流脈沖信號，可簡化表示為一個強度變化的隨機沖擊序列變化的隨機沖擊序列：( )()iiii ttt 三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨

22、機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式核電子學(xué)中的隨機信號及其表現(xiàn)形式 核輻射隨機信號的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù)核輻射隨機信號的自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù)為：為：222( )( )Rnn 222( )2( )nSn 三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)周期信號通周期信號通過線性網(wǎng)絡(luò)過線性網(wǎng)絡(luò) 隨機信號通隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)過線性網(wǎng)絡(luò) 三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過常

23、見線性電路的實例隨機信號通過常見線性電路的實例白噪聲通過白噪聲通過RC低通濾波器：低通濾波器：功率譜密度及自相關(guān)函數(shù)為功率譜密度及自相關(guān)函數(shù)為通過通過RC電路后的響應(yīng)為電路后的響應(yīng)為( ), ( )( )iiSaRat| |222( ); ( )12RCooaaSReR CRC 三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過常見線性電路的實例隨機信號通過常見線性電路的實例 白噪聲通過白噪聲通過RC低通濾波后，濾去了低通濾波后，濾去了高頻高頻部分，部分，但低頻和直流部分仍能通過，主要變成但低頻和直流部分仍能通過，主

24、要變成低頻低頻噪噪聲。聲。三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)三、核電子學(xué)中的信號與噪聲分析基礎(chǔ)n3.3隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過線性網(wǎng)絡(luò)隨機信號通過常見線性電路的實例隨機信號通過常見線性電路的實例 白噪聲通過白噪聲通過CR高通濾波器的響應(yīng)高通濾波器的響應(yīng)| |222222( ); ( )( )12RCooR CaSaRaeR CRC 四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述n4.1系統(tǒng)的基本組成系統(tǒng)的基本組成 核信息測量系統(tǒng)通常由核信息測量系統(tǒng)通常由核輻射探測器核輻射探測器和和核電子學(xué)核電子學(xué)測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)兩部分組成。而核電子學(xué)測量系統(tǒng)包括兩部分組成。而核電子學(xué)測量系統(tǒng)包括模擬

25、信號獲取和處理模擬信號獲取和處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換以及以及數(shù)據(jù)的獲取數(shù)據(jù)的獲取和處理和處理三部分。三部分。四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述n4.2核電子學(xué)常用的信號處理系統(tǒng)核電子學(xué)常用的信號處理系統(tǒng)四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述n4.2核電子學(xué)常用的信號處理系統(tǒng)核電子學(xué)常用的信號處理系統(tǒng)前置放大器前置放大器 將探測器輸出的電荷收集起來，并轉(zhuǎn)換成適于將探測器輸出的電荷收集起來，并轉(zhuǎn)換成適于電纜運傳到后續(xù)電子設(shè)備的電壓或電流信號。電纜運傳到后續(xù)電子設(shè)備的電壓或電流信號。主放大器主放大器 主放大器是相對于前置放大器的而言的，它將主放大器是相對于前置放大器的而言的，它

26、將前置放大器輸出的信號進一步前置放大器輸出的信號進一步放大放大，達到便于測，達到便于測量的程度，并使信號量的程度，并使信號成形成形，有利于精確測量和分，有利于精確測量和分析。析。四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述n4.2核電子學(xué)常用的信號處理系統(tǒng)核電子學(xué)常用的信號處理系統(tǒng)幅度或時間信息甄別幅度或時間信息甄別 經(jīng)過處理后的信號，為了判別它們的幅度是否經(jīng)過處理后的信號，為了判別它們的幅度是否在預(yù)定的范圍內(nèi)，需要采用在預(yù)定的范圍內(nèi)，需要采用幅度甄別幅度甄別，而為了確，而為了確定時間參數(shù)，需要進行定時間參數(shù)，需要進行時間甄別時間甄別。模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換 核輻射探測器輸出信號經(jīng)過各種信號處理

27、電路核輻射探測器輸出信號經(jīng)過各種信號處理電路后，需變換成后，需變換成數(shù)字量數(shù)字量才能用數(shù)字系統(tǒng)進行統(tǒng)計、才能用數(shù)字系統(tǒng)進行統(tǒng)計、分析和數(shù)據(jù)處理。分析和數(shù)據(jù)處理。四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述n4.2核電子學(xué)常用的信號處理系統(tǒng)核電子學(xué)常用的信號處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取的分析和處理數(shù)據(jù)獲取的分析和處理 在物理信號轉(zhuǎn)換成數(shù)碼后，則由數(shù)字系統(tǒng)進行在物理信號轉(zhuǎn)換成數(shù)碼后，則由數(shù)字系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)獲取和處理。多道分析器是數(shù)據(jù)獲取和處理數(shù)據(jù)獲取和處理。多道分析器是數(shù)據(jù)獲取和處理的有效設(shè)備，可實現(xiàn)的有效設(shè)備，可實現(xiàn)幅度信息、時間信息幅度信息、時間信息等分類等分類計數(shù)。計數(shù)。 此外，還常用此外，還常用計數(shù)

28、器，計數(shù)率器計數(shù)器，計數(shù)率器等計數(shù)設(shè)備可等計數(shù)設(shè)備可直接記錄某一類信號的計數(shù)率。直接記錄某一類信號的計數(shù)率。四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述n4.3核電子學(xué)信號處理單元插件標準化核電子學(xué)信號處理單元插件標準化 核電子學(xué)測量系統(tǒng)，常因不同的物理測量要核電子學(xué)測量系統(tǒng)，常因不同的物理測量要求，組成可以變化的測量系統(tǒng)，為適用各種不同求，組成可以變化的測量系統(tǒng)，為適用各種不同用途的需要，目前都把具有一定功能的信號處理用途的需要，目前都把具有一定功能的信號處理單元按一定規(guī)范要求，做成各種信號處理單元按一定規(guī)范要求，做成各種信號處理標準插標準插件件。 在進行核物理實驗的時候，需按整個實驗系

29、在進行核物理實驗的時候，需按整個實驗系統(tǒng)的設(shè)計，合理選用統(tǒng)的設(shè)計，合理選用單元插件單元插件，可以較好較快的，可以較好較快的組成滿足一定物理要求的系統(tǒng)，這就要求對各類組成滿足一定物理要求的系統(tǒng)，這就要求對各類插件的性能、指標要求以及使用方法、特點，必插件的性能、指標要求以及使用方法、特點，必須有較深入的了解。須有較深入的了解。四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述n4.3核電子學(xué)信號處理單元插件標準化核電子學(xué)信號處理單元插件標準化 目前通用的幾種核電子儀器標準化系統(tǒng)目前通用的幾種核電子儀器標準化系統(tǒng)名稱名稱確定年代確定年代主要器件主要器件特點特點標準機箱標準機箱1950電子管電子管NI

30、M1964-1974晶體管小規(guī)晶體管小規(guī)模集成電路模集成電路插件化通用插件化通用CAMAC1969-1975集成電路集成電路與計算機接口與計算機接口快總線系統(tǒng)快總線系統(tǒng)1975-1979ECL組件組件比比CAMAC快快四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述n4.3核電子學(xué)信號處理單元插件標準化核電子學(xué)信號處理單元插件標準化 核電子儀器標準化的工作早在核電子儀器標準化的工作早在50年代就開始了，隨著年代就開始了，隨著電子學(xué)的發(fā)展和物理實驗的更高要求，標準化要求在電子學(xué)的發(fā)展和物理實驗的更高要求，標準化要求在不斷更新。不斷更新。 NIM(nuclear instrument module

31、 核儀器插件標準核儀器插件標準)標標準是準是1964年提出的，經(jīng)過四次修改后，于年提出的，經(jīng)過四次修改后，于1974年由國年由國際電工委員會推出為國際標準系列，并為全世界所采際電工委員會推出為國際標準系列，并為全世界所采用。用。NIM標準是一個通用電子學(xué)插件化的標準標準是一個通用電子學(xué)插件化的標準(統(tǒng)一統(tǒng)一了機箱和插件的機械尺寸，供電電壓及方式，信號電了機箱和插件的機械尺寸，供電電壓及方式，信號電平的大小平的大小)，從而解決了核電子儀器的裝配和互換性，從而解決了核電子儀器的裝配和互換性問題。問題。四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述四、核電子學(xué)測量系統(tǒng)概述n4.3核電子學(xué)信號處理單元插件標準化核電子學(xué)信號

32、處理單元插件標準化 隨著計算機的應(yīng)用，需要解決大量數(shù)字的信息傳遞問題，隨著計算機的應(yīng)用，需要解決大量數(shù)字的信息傳遞問題，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和處理系統(tǒng)的標準化，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和處理系統(tǒng)的標準化，1975年國際電工委年國際電工委員會通過的員會通過的CAMAC(Computer Aided Measurement and Control 計算機輔助測量與控制計算機輔助測量與控制)標準也被推薦為一標準也被推薦為一種國際儀器標準。它不僅在機箱、插件的結(jié)構(gòu)、電源標準種國際儀器標準。它不僅在機箱、插件的結(jié)構(gòu)、電源標準和信號電平等方面，作出了規(guī)定，而且在信息傳輸方式，和信號電平等方面，作出了規(guī)定，而且在信息傳輸方

33、式，信號傳送的硬件和軟件方面也定了標準。信號傳送的硬件和軟件方面也定了標準。 隨著微處理器和微計算機的迅速發(fā)展和普及，出現(xiàn)了分布隨著微處理器和微計算機的迅速發(fā)展和普及，出現(xiàn)了分布式處理系統(tǒng)。同時，為了適應(yīng)高能物理實驗的要求，中心式處理系統(tǒng)。同時，為了適應(yīng)高能物理實驗的要求，中心計算機需要處理更復(fù)雜、更大量的數(shù)據(jù)，要求速度更快，計算機需要處理更復(fù)雜、更大量的數(shù)據(jù)，要求速度更快，希望總線標準向高速度，高度靈活方向發(fā)展。于是又發(fā)展希望總線標準向高速度，高度靈活方向發(fā)展。于是又發(fā)展了新一代的快總線系統(tǒng)。了新一代的快總線系統(tǒng)。常用的常用的NIM標準標準n機箱機箱n機箱寬度為機箱寬度為19英寸；每個標準箱體有英寸；每個標準箱體有12個插進道個插進道和和12個箱體個箱體(插件連接器插件連接器)，可以容納，可以容納12個單插寬度個單插寬度NIM插件，或插件，或6個雙插寬個雙插寬NIM插件，或插件，或4個三插寬插個三插寬插件。件。n一般在機箱后部有一般在機箱后部有NIM標準電源，各種電源通過內(nèi)標準電源，各種電源通過內(nèi)部接線引到機箱各電源插座。不過，有的機箱不帶部接線引到機箱各電源插座。不過，有的機箱不帶電源，另外用插件式電源從前面插入箱內(nèi)，使各電電源，另外用插件式電源從前面插入箱內(nèi)，使各電源插座得到供電。源插座得到供電。常用的常用的NIM標準標準n插件插件- -箱體連接器箱體連接器插件后面板上