核电子学基础1ppt课件

核电子学与核辐射仪器,覃国秀 Tel:核工系 2012/02/13,本堂课主要内容：,一、课程安排 二、核电子学特点及发展 三、主要教学内容 四、核电子学应用 五、信号与系统-信号,一、课程安排,教材 核电子技术原理王芝英等编.自印 参考书 核电子学讲义（2005年修改版）清华大学 核电子学王经谨等编.原子能版社 核辐射探测器与核电子学赖万昌编.成都理工大学,一、课程安排,有关先修课程 核辐射测量原理 电路分析 模拟电子技术 数字电子技术 信号与系统,一、课程安排,课程学时安排 课内学时(64)，实验(20)，另加习题课 课程考核方式（100分） 作业（10分） 希望能独立、认真、按时完成每次作业。 考试（60分） 课堂考勤(上课) （10分） 实验（20分）,一、课程安排,答疑和习题课 可以在公共邮箱里提问 可以到办公室（信工楼109）答疑 在教学过程中穿插习题课 不定期的对学生提问或讨论,一、课程安排,如何学好本门课程？ 专心、努力。做任何事情，只要肯专心、努力的去做，总会有收获。 花必要的时间。上课、作业、实验与答疑，课后复习。 掌握课程思路，抓住要点。问题的提出，遇到的矛盾，原理和概念，实施办法。 举一反三，灵活应用。综合训练，拓展思维。,二、核电子学特点及发展,核电子学（nuclear electronics）核科学技术与电子科学技术相结合而形成的一门交叉学科。形成于50年代，其内容包括：核科学、高能物理和核技术中有关核辐射（和粒子）探测的电子技术；核爆炸和外层空间的辐射对电子系统的效应和抗辐射的加固技术；核技术应用中所需的电子技术、脉冲幅度、时间间隔、波形和径迹的精密测量和甄别技术、纳秒脉冲技术以及模数变换技术都是在核电子学中首先得到发展。,二、核电子学特点及发展,核电子学的研究对象包括：各种辐射探测器及与之相应的电子电路或系统。针对核信号时间上的随机性、幅度上的统计性、波形的多样性以及信号采集需要加以选择等特点的各种精密的电子学测量技术；各种大型核电子系统，用于在核科学技术和高能物理实验中实时获取并处理大量核信息，并在实验过程中不间断地对整个系统的运行进行监测和控制。电子原材料、电子元件、器件和电子设备或系统在核辐射、核电磁场下的辐射效应和相应的抗辐射加固技术。核技术在工业、农业、军事、医学、生物研究等方面应用时所需的电子技术。,二、核电子学特点及发展,核电子学研究信号的特点 随机性 信号弱，但跨度大（ V几十伏） 速度快 脉冲上升沿快 10-1010-12s 平均计数率高 时间间隔短 级联辐射 10-910-12s,二、核电子学特点及发展,CZT detector,GEM detector,高密度读出探测器,二、核电子学特点及发展,如何更进一步降低噪声？,二、核电子学特点及发展,用于谱仪的集成 放大器（1989）,时间幅度测量 ASIC（2002）,三、主要教学内容,核仪器系统,探测器,核电子学,数据获取 及处理,三、主要教学内容,提高信噪比,三、主要教学内容,第一部分,三、主要教学内容,第二部分,三、主要教学内容,第三部分,三、主要教学内容,教学关键点 傅里叶变换、拉普拉斯变换、RC电路 噪声的描述、噪声的分类、噪声的计算与表示 前置放大器（电荷、电压、电流） 最佳滤波、极零相消、信息畸变、有源滤波、无源滤波、延迟线、数字滤波、展宽器、基线恢复器、堆积判弃 幅度甄别器、单道、时间检出、符合、波形甄别、模数变换、定标器、多道 能谱测量仪器、核电站监测系统、辐射监测仪器,三、主要教学内容,大概教学进度 核电子学基础 （10学时） 核电子学中的信号与噪声（6学时） 前置放大器（6学时） 放大器（10学时） 脉冲幅度分析（10学时） 时间分析（8学时） 数据获取与辅助电路（8学时） 核辐射仪器（6学时）,四、核电子学应用,能用到什么地方的问题？ 应用的领域很多，凡用到测量核信息的地方都会用到核电子学。 原理性的东西近来发展不是很大，发展快的主要是技术手段（数字化、小型化）,因此需要与其他新技术相结合。 抓住本书内容的主线，即如何提高能量分辨率，如何提高S/N，学会分析、解决问题的方法。重在灵活应用，学会独立思考，鼓励创新。,四、核电子学应用,辐射成像，无损检测 集装箱检查系统 有上千路探测器加前放加主放的数据采集系统,四、核电子学应用,核电站 控制与保护系统 辐射监测系统,四、核电子学应用,核辐射测量装置 4-符合活度标准装置（401所）,四、核电子学应用,高能物理 最具挑战性的领域 需要国际合作 The Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC),四、核电子学应用,各种各类的核仪器仪表 ADM 600 Series Multipurpose Radiation Monitor（Canberra）,五、信号与系统-信号,引言,消息：待传送的一种以收、发双方事先约定的方式组成的符号。（语言、文字、图形） 信号：用于描述和记录消息的任何物理状态随时间变化的过程。 转换器：把消息转换为电信号，或把电信号还原成消息的装置。（摄像管、话筒） 信道：信号传输的通道。（双导线、同轴电缆）,五、信号与系统-信号,信号的分类 确定信号与随机信号 周期信号与非周期信号 连续信号与离散信号 能量信号与功率信号 信号的表示 图形与函数,五、信号与系统-信号,信号的基函数表示法 信号是时间的函数，它的最一般的表示方法是借用某个抽象的数学符号（例如：f(t)，x(t)）来表示。但是由于信号的表示式各不相同，不利于信号之间的分析和比较，因此需要一种表示信号的统一形式。已经研究证明：将信号f(t)表示为一组基本时间函数的线性组合，在数学上是比较方便的。这些基本函数简称基函数。,五、信号与系统-信号,正交函数 若在区间(t1，t2)用f2(t)来近似表示f1(t)，即,C12为相关系数，为了减小用f2(t)来近似表示f1(t)的误差，可求得,1-1,1-2,五、信号与系统-信号,正交函数 上式中如果C12等于0，则表明f1(t)不包含f2(t)的分量，因此可称此时f1(t)与f2(t)在区间(t1，t2)内正交。由此可知，f1(t)与f2(t)在区间(t1，t2)内正交的条件是:,五、信号与系统-信号,正交函数集 设g1(t)，g2(t)，gn(t)，n个函数构成一个函数集，这些函数在区间(t1，t2)内满足下列条件,则称此函数集为正交函数集。当Ki=1时，则称为归一化正交函数集。,五、信号与系统-信号,完备正交函数集 在区间(t1，t2)内，用正交函数集g1(t), g2(t)，gn(t)近似表示函数f(t)，有,当n时，其方均误差等于0，则称此函数集为完备正交函数集。 常见的几种完备正交函数集：三角函数集、复指数函数集,五、信号与系统-信号,奇异函数 常用连续函数： 正弦函数、指数函数 抽样函数 高斯函数（钟形脉冲函数）,五、信号与系统-信号,奇异函数 单位阶跃函数,利用阶跃函数的切除特性，可以方便的表示其它类型的函数。（矩形脉冲：G(t)=u(t)-u(t-t0)）,五、信号与系统-信号,奇异函数 单位冲激函数 冲激函数是对于作用时间极短而强度极大的物理过程的理想描述。,五、信号与系统-信号,奇异函数 单位冲激函数 冲激函数的抽样性定义,五、信号与系统-信号,奇异函数 单位冲激函数 单位冲激函数与单位阶跃函数的关系,五、信号与系统-信号,奇异函数 单位冲激函数 单位冲激函数的其它性质 偶函数 时间尺度变换 抽样性质扩展,五、信号与系统-信号,信号的时域分解与变换 用正交函数作为基函数，可以将任何复杂的信号表示为多个分量之和，但这并不是信号表示的唯一方法。在时域分析中，比较常用的方法是直接应用阶跃函数和冲激函数作为单元信号，将任意信号表示为阶跃信号或冲激信号之和。,五、信号与系统-信号,信号的时域分解与变换 任意函数表示为阶跃函数之和,五、信号与系统-信号,信号的时域分解与变换 任意函数表示为冲激函数之和,五、信号与系统-信号,信号的时域分解与变换 信号的时域变换 信号的叠加与相乘 信号的翻转 信号的时间平移 信号波形的展缩,五、信号与系统-信号,离散时间信号-序列 离散信号：只在某些规定的离散瞬时给出函数值。如果给出数值的离散时刻是均匀的，则函数值称为均匀序列，以f(n)表示。 单位函数序列,五、信号与系统-信号,离散时间信号-序列 单位阶跃序列 矩形序列,五、信号与系统-信号,卷积 卷积是一种数学运算方法。设f