核電子學與儀器課件脈沖計數(shù)

1、曾國強 副教授成都理工大學核技術(shù)與自動化工程學院核勘查與核退役系 Tel: 第八講 核脈沖計數(shù)核信號采集及信息處理成都理工大學核科學與技術(shù)碩士課程一、核脈沖計數(shù)在核電子學測量系統(tǒng)中，核輻射探測器輸出信號在經(jīng)過各種信號處理電路后，通常都要變換成數(shù)字信號，再經(jīng)過數(shù)據(jù)收集和處理，給出實驗的最終結(jié)果。脈沖信號計數(shù)是核電子學最基本的測量方法，也是最簡單的數(shù)據(jù)獲取工作。核輻射探測器輸出的脈沖信號數(shù)目與被測的輻射強度成正比，直接記錄單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)目可以測量核輻射強度。在幅度分析和時間分析中，常用計數(shù)設備來測量某一類信號的計數(shù)率。一、核脈沖計數(shù)脈沖計數(shù)系統(tǒng)：一、核脈沖計數(shù)常用的計數(shù)設備有定標器和計數(shù)率計。

2、定標器計數(shù)率計 電路功能一定時間間隔內(nèi)的輸入脈沖數(shù)。單位時間內(nèi)的平均輸入脈沖數(shù)（計數(shù)率） 電路構(gòu)成主要由數(shù)字電路構(gòu)成由模擬電路構(gòu)成 顯示方式數(shù)字(間歇)顯示表頭指針(連續(xù))顯示一、核脈沖計數(shù)1.1定標器定標器工作原理 測量一定時間間隔內(nèi)的輸入脈沖數(shù)。為適應不同用戶的要求，通常設有幾種不同的測量方式。定數(shù)測量：手動啟動，到預置計數(shù)后自 動停止測量。 定時測量：手動啟動，到預置時間后 自動停止測量。手動測量方式：手動起停。半自動測量方式：一、核脈沖計數(shù)自動測量方式：開始手動啟動自動啟動自動復位 測量 (定時或定數(shù)) 停止計數(shù)(顯示結(jié)果)一、核脈沖計數(shù)電路組成和各部分的作用輸入電路計數(shù)系統(tǒng)控制系統(tǒng)定

3、時系統(tǒng)低壓電源高壓電源隔離、極性、成形計數(shù)、預置計數(shù)計時、預置時間接探測器一、核脈沖計數(shù)1.1定標器定標器工作原理 特殊定標器：可逆定標器、預置定標器等帶有緩沖、掃描器的計數(shù)系統(tǒng) 電路實例主要技術(shù)指標：1)、對輸入脈沖的要求：2)、計數(shù)容量：能計數(shù)的最大值。如上圖為1061。4)、 f max：不引起計數(shù)率損失條件下能記錄的周期信號的最高頻率。5)、分辨時間 ：輸入為雙脈沖時，定標器能分辨出這兩個脈沖的最小時間間隔。輸入信號寬度：0.1100S，幅度：200mV2V，極性：或3)、定時時間：能計時的最大值。如上圖為104分1秒。一、核脈沖計數(shù)1.1定標器定標器測量核脈沖計數(shù)的誤差 在核脈沖計數(shù)

4、測量中，如果儀器都十分穩(wěn)定，源和探測器相對位置不變，測量時間一定，定標器記錄脈沖數(shù)目的誤差決定于計數(shù)的統(tǒng)計誤差和漏計誤差。 （1）統(tǒng)計誤差標準偏差：相對統(tǒng)計偏差：若要減小統(tǒng)計漲落引起的計數(shù)誤差，必須增加測量計數(shù)，實際上增加測量時間。（2）漏計誤差若定標器輸入隨機信號的平均計數(shù)率問：定標器的測量結(jié)果有無計數(shù)損失？損失為多少？分析原因：設射線信號的平均計數(shù)率為n，則在分辨時間內(nèi)可能出現(xiàn)的平均計數(shù)為n。即每計一個脈沖之后就可能有n個脈沖被漏計。 答案為：有50的計數(shù)損失。若相對計數(shù)損失為L：丟失數(shù)被記錄數(shù)丟失數(shù)討論：a、當 時，L50%b、將上式變形，將n用L和表示若L1 （計數(shù)損失很?。﹦t：結(jié)論：

5、用定標器測量隨機信號時，允許輸入的最大平均計數(shù)率n比定標器的指標 fmax要小的多。如：要求計數(shù)率損失為1或0.1，則n比fmax要小二、三個量級。一、核脈沖計數(shù)1.2計數(shù)率計 計數(shù)率計又稱率表，能直接指示輸入脈沖的計數(shù)率，在許多核輻射測量中，有時需要知道的不是輸入脈沖的數(shù)目，而是計數(shù)率。 通常使用的是線性計數(shù)率計，它可分為模擬式和數(shù)字式的，前者的輸出給出正比于輸入脈沖的計數(shù)率的模擬電壓或電流信號，后者給出正比于輸入脈沖計數(shù)率的數(shù)字脈沖。一、核脈沖計數(shù)1.2計數(shù)率計模擬式線性計數(shù)率計模擬式線性計數(shù)率計的組成 一、核脈沖計數(shù)1.2計數(shù)率計模擬式線性計數(shù)率計 電路原理Q（平均計數(shù)率為n）RnQ電路

6、RIonQVoIonQVo Io *R = nQ *R (與n成正比) 以上電路指針搖擺的會非常厲害，以至不能讀數(shù)。因此必須加入一個大的電容。所以加入C后不影響 V（或I ） n 的關(guān)系。QCRIonQVo電路穩(wěn)定后，單位時間內(nèi)，電容上充入電荷的量應等于釋放的電荷量。C支路的平均電流等于零。一、核脈沖計數(shù)由于輸入的是隨機信號。所以V2、I2 將圍繞平均值漲落。雖加入C，但表頭指針仍有一定擺動，使讀數(shù)產(chǎn)生誤差。計數(shù)率計讀數(shù)的相對統(tǒng)計偏差經(jīng)推導： Vo 的相對統(tǒng)計偏差為：Vo 漲落的均方值為：一、核脈沖計數(shù)1.2計數(shù)率計模擬式線性計數(shù)率計 需要注意的是，雖然增大RC，可以減少相對統(tǒng)計偏差，但是卻降

7、低了響應速度。因為輸出電壓讀數(shù)相對輸入計數(shù)率變化有著遲緩的響應過程。設計數(shù)率突然從n1增加到n2，輸出電壓Vo將按時間常數(shù)RC增長：一般取(35)RC作為Vo的讀數(shù)確立時間。一、核脈沖計數(shù)1.2計數(shù)率計模擬式線性計數(shù)率計 二極管泵電路：C1充電C1放電穩(wěn)定狀態(tài)下一、核脈沖計數(shù)電路工作在穩(wěn)定的情況下，電容C支路的平均電流為零。只有在 時， 才與n成正比。一、核脈沖計數(shù)1.2計數(shù)率計模擬式線性計數(shù)率計 改進型線性計數(shù)率計泵電路：C1充電C1放電（不受 的影響）直接充電型三極管泵電路 一、核脈沖計數(shù)密勒積分型泵電路C1充電C1放電（不受 的影響）一、核脈沖計數(shù)電荷轉(zhuǎn)移型三極管泵電路C1充電C1放電（不受 的影響）實際電路舉例一、核脈沖計數(shù)計數(shù)率計對輸入信號成形的要求通常使用雙穩(wěn)態(tài)電路成形。一、核脈沖計數(shù)數(shù)字式計數(shù)率計 用數(shù)字電路模仿泵電路的方法，保留模