核電子學(xué)與儀器課件脈沖計(jì)數(shù)

1、曾國強(qiáng) 副教授成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院核勘查與核退役系 Tel: 第八講 核脈沖計(jì)數(shù)核信號(hào)采集及信息處理成都理工大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)碩士課程一、核脈沖計(jì)數(shù)在核電子學(xué)測量系統(tǒng)中，核輻射探測器輸出信號(hào)在經(jīng)過各種信號(hào)處理電路后，通常都要變換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)收集和處理，給出實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果。脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)是核電子學(xué)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(hào)數(shù)目與被測的輻射強(qiáng)度成正比，直接記錄單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)目可以測量核輻射強(qiáng)度。在幅度分析和時(shí)間分析中，常用計(jì)數(shù)設(shè)備來測量某一類信號(hào)的計(jì)數(shù)率。一、核脈沖計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)系統(tǒng)：一、核脈沖計(jì)數(shù)常用的計(jì)數(shù)設(shè)備有定標(biāo)器和計(jì)數(shù)率計(jì)。

2、定標(biāo)器計(jì)數(shù)率計(jì) 電路功能一定時(shí)間間隔內(nèi)的輸入脈沖數(shù)。單位時(shí)間內(nèi)的平均輸入脈沖數(shù)（計(jì)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(jì)數(shù)1.1定標(biāo)器定標(biāo)器工作原理 測量一定時(shí)間間隔內(nèi)的輸入脈沖數(shù)。為適應(yīng)不同用戶的要求，通常設(shè)有幾種不同的測量方式。定數(shù)測量：手動(dòng)啟動(dòng)，到預(yù)置計(jì)數(shù)后自 動(dòng)停止測量。 定時(shí)測量：手動(dòng)啟動(dòng)，到預(yù)置時(shí)間后 自動(dòng)停止測量。手動(dòng)測量方式：手動(dòng)起停。半自動(dòng)測量方式：一、核脈沖計(jì)數(shù)自動(dòng)測量方式：開始手動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)復(fù)位 測量 (定時(shí)或定數(shù)) 停止計(jì)數(shù)(顯示結(jié)果)一、核脈沖計(jì)數(shù)電路組成和各部分的作用輸入電路計(jì)數(shù)系統(tǒng)控制系統(tǒng)定

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

4、測量中，如果儀器都十分穩(wěn)定，源和探測器相對(duì)位置不變，測量時(shí)間一定，定標(biāo)器記錄脈沖數(shù)目的誤差決定于計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差和漏計(jì)誤差。 （1）統(tǒng)計(jì)誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差：相對(duì)統(tǒng)計(jì)偏差：若要減小統(tǒng)計(jì)漲落引起的計(jì)數(shù)誤差，必須增加測量計(jì)數(shù)，實(shí)際上增加測量時(shí)間。（2）漏計(jì)誤差若定標(biāo)器輸入隨機(jī)信號(hào)的平均計(jì)數(shù)率問：定標(biāo)器的測量結(jié)果有無計(jì)數(shù)損失？損失為多少？分析原因：設(shè)射線信號(hào)的平均計(jì)數(shù)率為n，則在分辨時(shí)間內(nèi)可能出現(xiàn)的平均計(jì)數(shù)為n。即每計(jì)一個(gè)脈沖之后就可能有n個(gè)脈沖被漏計(jì)。 答案為：有50的計(jì)數(shù)損失。若相對(duì)計(jì)數(shù)損失為L：丟失數(shù)被記錄數(shù)丟失數(shù)討論：a、當(dāng) 時(shí)，L50%b、將上式變形，將n用L和表示若L1 （計(jì)數(shù)損失很小）則：結(jié)論：

5、用定標(biāo)器測量隨機(jī)信號(hào)時(shí)，允許輸入的最大平均計(jì)數(shù)率n比定標(biāo)器的指標(biāo) fmax要小的多。如：要求計(jì)數(shù)率損失為1或0.1，則n比fmax要小二、三個(gè)量級(jí)。一、核脈沖計(jì)數(shù)1.2計(jì)數(shù)率計(jì) 計(jì)數(shù)率計(jì)又稱率表，能直接指示輸入脈沖的計(jì)數(shù)率，在許多核輻射測量中，有時(shí)需要知道的不是輸入脈沖的數(shù)目，而是計(jì)數(shù)率。 通常使用的是線性計(jì)數(shù)率計(jì)，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(jì)數(shù)率的模擬電壓或電流信號(hào)，后者給出正比于輸入脈沖計(jì)數(shù)率的數(shù)字脈沖。一、核脈沖計(jì)數(shù)1.2計(jì)數(shù)率計(jì)模擬式線性計(jì)數(shù)率計(jì)模擬式線性計(jì)數(shù)率計(jì)的組成 一、核脈沖計(jì)數(shù)1.2計(jì)數(shù)率計(jì)模擬式線性計(jì)數(shù)率計(jì) 電路原理Q（平均計(jì)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(huì)非常厲害，以至不能讀數(shù)。因此必須加入一個(gè)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(shí)間內(nèi)，電容上充入電荷的量應(yīng)等于釋放的電荷量。C支路的平均電流等于零。一、核脈沖計(jì)數(shù)由于輸入的是隨機(jī)信號(hào)。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(dòng)，使讀數(shù)產(chǎn)生誤差。計(jì)數(shù)率計(jì)讀數(shù)的相對(duì)統(tǒng)計(jì)偏差經(jīng)推導(dǎo)： Vo 的相對(duì)統(tǒng)計(jì)偏差為：Vo 漲落的均方值為：一、核脈沖計(jì)數(shù)1.2計(jì)數(shù)率計(jì)模擬式線性計(jì)數(shù)率計(jì) 需要注意的是，雖然增大RC，可以減少相對(duì)統(tǒng)計(jì)偏差，但是卻降

7、低了響應(yīng)速度。因?yàn)檩敵鲭妷鹤x數(shù)相對(duì)輸入計(jì)數(shù)率變化有著遲緩的響應(yīng)過程。設(shè)計(jì)數(shù)率突然從n1增加到n2，輸出電壓Vo將按時(shí)間常數(shù)RC增長：一般取(35)RC作為Vo的讀數(shù)確立時(shí)間。一、核脈沖計(jì)數(shù)1.2計(jì)數(shù)率計(jì)模擬式線性計(jì)數(shù)率計(jì) 二極管泵電路：C1充電C1放電穩(wěn)定狀態(tài)下一、核脈沖計(jì)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(shí)， 才與n成正比。一、核脈沖計(jì)數(shù)1.2計(jì)數(shù)率計(jì)模擬式線性計(jì)數(shù)率計(jì) 改進(jìn)型線性計(jì)數(shù)率計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)際電路舉例一、核脈沖計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)率計(jì)對(duì)輸入信號(hào)成形的要求通常使用雙穩(wěn)態(tài)電路成形。一、核脈沖計(jì)數(shù)數(shù)字式計(jì)數(shù)率計(jì) 用數(shù)字電路模仿泵電路的方法，保留模