大学精品课件：核电子学基础第一章信号与噪声.ppt

1、第一章 核电子学系统中的信号与噪声,1.核辐射探测器及其输出信号 2.核电子学中的噪声 3 核电子学中的信号与噪声分析基础 4 核电子学测量系统概述,1. 核辐射探测器及其输出信号,一.核辐射探测器的要求和特点 探测器输出信号为随机脉冲（时间特性、幅度分布的非周期性或非等值性）。 由于信号的统计性，要求核电子学用独特方法处理和研究。 脉冲参数：电荷量、出现时刻、单位时间脉冲数、脉冲形状（上升时间） 核信息：能量（能损），粒子入射时间、强度、粒子类型（ .n.p.d）,对信号脉冲的幅度、时间、波形和数目等参数量的获取、处理和分析，可以获得粒子的动量、能量、电荷量、质量、时间和空间关系等各种性质。

2、,1. 核辐射探测器及其输出信号,二探测器类别和输出信号 1.电离室,输出信号：图1.1.2,2.半导体探测器 金硅面垒探测器、Ge(Li) 和Si(Li)探测器、HPGe探测器等。,1. 核辐射探测器及其输出信号,固体电离室，与气体情况类似。平均电离能约3ev，电子空穴收集时间约为10-7s。,1. 核辐射探测器及其输出信号,3.闪烁探测器,电子经过光电倍增管的打拿极需要一定时间，所以电流信号i(t)和电压信号vc(t)比入射粒子产生的光脉冲要有延迟时间t1，光子在光阴极上转化成光电子的位置不同，t1有涨落，电流和电压信号有一时间分布。,1. 核辐射探测器及其输出信号,三核辐射探测器的基本性

3、能（指标）,探测效率、输出幅度、分辨率、线性响应、稳定性,表1.1 表1.2 表1.3 表1.4,1. 核辐射探测器及其输出信号,四核辐射探测器的输出电路,1. 脉冲电离室 图1.1.6 (a)、(b)、 ( c)、( d)、(e) R=RL / Ri C= CO+ Cs + Ci RC T+ Vm=Ne/C,1. 核辐射探测器及其输出信号,2半导体探测器 图1.1 .7 (a)、(b)、(c) RD偏置电阻 Rd灵敏区电阻 R、C非灵敏区电阻电容 Ri、Ci放大器输入电阻和电容、Cs 分布电容、Cc隔直电容,RC T 输出即可达Ne/C,RD/Ri CD/Cs/Ci,1. 核辐射探测器及其输

4、出信号,3.闪烁探测器 图1.1.8 (a)、(b)、(c)、(d)、(e) R=Ra/Ri C=Co+Cs+Ci,五输出信号的数学模拟,单位冲击函数,电流冲击脉冲,冲击序列,2. 核电子学中的噪声,一. 噪声 干扰和噪声 均方值 信噪比 =Vo/Vno 等效噪声电压(ENV ) 等效噪声电荷(ENC) 等效噪声电荷数(ENN) 等效噪声射线能量(ENE) 分辨展宽 噪声半高全宽(FWHM)NE=2.36（ENE） 探测器固有能量分辨半高全宽(FWHM)DE,一、噪声对核测量的影响,(1.2.2),2. 核电子学中的噪声,二、噪声的分类和噪声源,1.散粒噪声,产生原因：载流子产生和消失的随机涨

5、落 表现形式：电流的瞬时波动（输出电压的波动）,2. 核电子学中的噪声,场效应管的低频噪声（闪烁噪声）电压如1.2.14式,除上述三类噪声外，由于系统安装位置的机械振动或冲击，也会造成颤噪声，故需尽量减少测量现场的振动和冲击。,3. 核电子学中的信号与噪声分析基础,一、时域和频域分析,网络(电路或系统)分 线性网络（描述方程为线性微分方程)、非线性网络（数学分析方法处理）。 图1.3.1核脉冲通过线性网络,3. 核电子学中的信号与噪声分析基础,傅氏变换与拉氏变换的应用过程,3. 核电子学中的信号与噪声分析基础,3. 核电子学中的信号与噪声分析基础,二、核电子学中常见的基本电路分析,高频半功率点

6、,3. 核电子学中的信号与噪声分析基础,2.RC积分电路（低通滤波器）,冲击响应,频率响应,H()=1/(1+jRC),振幅频谱和相位角,3. 核电子学中的信号与噪声分析基础,3.CR微分电路（高通滤波器）,H()= jRC /(1+jRC),|H()|=,()=tg-1 1/(RC),3. 核电子学中的信号与噪声分析基础,h(t)=1/2 (t)-1/2(t-d),|H()| =| sin |,3. 核电子学中的信号与噪声分析基础,三、核随机信号通过线性网络,1.核电子学中的随机信号及其表现形式 （1）噪声（随机信号）,概率密度函数-高斯分布,3. 核电子学中的信号与噪声分析基础,3. 核电

7、子学中的信号与噪声分析基础,白噪声白谱,图1.3.11有限宽的白噪声谱密度与自相关函数,噪声频带比欲测电路的频带大得多时，即可近似认为是白噪声。,3. 核电子学中的信号与噪声分析基础,（2）核辐射随机信号,3. 核电子学中的信号与噪声分析基础,4. 核电子学测量系统概述,一、基本组成,4. 核电子学测量系统概述,4. 核电子学测量系统概述,二 核电子学常用的信号处理系统 前置放大器 初步放大（以降低输出信号在传递过程中受噪声和干扰影响） 主放大器 放大（便于测量，信号成形），有其他功能（滤波形式，基线恢复，堆积拒绝等） 甄别（幅度，时间） 模数变换 模数变换(幅度数字变换，时间数字变换) 数据获取分析，处理 计数分类统计，谱数据得到（计算机应用）,4. 核电子学测量系统概述,三 处理单元插件标准化 NIM标准: 1英寸宽 ;12单位宽度(34.4mm);42芯插件;电源标准(6V12V24V);适用于模拟信号处理及模数变换和计数电路。 NIM标准机柜、机箱及插件 CAMAC标准：机械和供电同NIM;一半宽且更深;信息传输方式;信号传送硬件与软件;适用于数据收集和处理系统。 快总线（TASTBUS） 附录：常用的几项NIM标准,NIM标准机箱及插件,NIM标准机柜,