1-1核电子学基础1.ppt

核电子学与核辐射仪器 覃国秀qinguoxiu198201 Tel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 nuclearelectronics 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 10 10 12s平均计数率高时间间隔短级联辐射10 9 10 12s 二 核电子学特点及发展 CZTdetector GEMdetector 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TheRelativisticHeavyIonCollider RHIC 四 核电子学应用 各种各类的核仪器仪表ADM600SeriesMultipurposeRadiationMonitor 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