第一章 核电子学.ppt

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,核信息：能量（能损），粒子入射时间、强度、粒子类型（.n.p.d）,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）,二、核辐射探测器的主要类别及其输出信号,气体探测器闪烁探测器半导体探测器,1.核辐射探测器及其输出信号,1、气体探测器,气体探测器有电离室、正比计数器、盖革-弥勒（G-M）计数管、多丝正比室等。气体探测器的特点：工作介质均为单一气体或混合气体（90%Ar+10%CH4)，当被测粒子通过探测器的工作介质时，通过库仑散射使得工作介质原子中的电子产生电离直接形成电荷。其中电离室对电离电子没有放大而直接收集，因而信号非常小，对电子学的要求比较高。正比计数器、盖革-弥勒（G-M）计数管和多丝正比室由于有了气体放大过程因而信号比较大，而且多丝正比室还提供了位置信息。,气体探测器的工作原理,平行板电离室,0,d,阳极,阴极,U,z,辐射源,E,总的电子-离子对数,F：法诺因子,A：气体放大倍数,：平均电离能,电荷量Q=Ne,其中in(t)为粒子在探测器中产生的电流脉冲信号，Rn和Cn分别为探测器输出的等效电阻和电容，Rn一般从几百k至几百M，Cn一般从几个PF到几十PF。如果用一个负载电容C对电流进行积分形成电荷Q,则,探测器简化等效电路,一个粒子产生的电荷量，正比于该粒子在探测器中损耗的能量E。,例：如果带电粒子的能量为1MeV,并全部消耗在电离室的灵敏体积区内，若气体的平均电离能为33eV是，平均电离出的电子-离子对为多少？若全部收集在20pF的电容上所得电压为多少？,电离室输出电流波形,电离室的输出电流信号包含有快成分（电子电流）和慢成分（离子电流）。在总输出电荷Q为一定时这两部分电流所占的比例与粒子入射位置有关，使得电流波形发生变化，因此能量信息和时间信息的提取比较复杂而且不易准确。,电离在正极板附近发生（感应电流主要由离子漂移造成）,电离在两极板中央发生（感应电流主要由电子和离子感应电流两部分合成）,V,d,x0,vn,vp,Ne,iD,R,电离在负极板附近发生（感应电流主要由电子漂移造成）,i(t),t(s),10-6,10-3,在电离室不同位置入射的同样能量的粒子，因电子-离子对产生的位置不同，所得到的输出电流i(t)大小不同，因此不能用电流大小来测量入射粒子的能量，但总输出电荷量Q是相同的。,粒子能量E探测器电荷Q输出电压V,气体探测器的不同工作区域,正比计数器由于气体放大，输出信号幅度比电离室大几百至几千倍，并几乎与入射粒子产生的原电离的位置无关。G-M计数器输出信号已和原电离失去正比关系，但灵敏度高，输出信号幅度大，主要应用于计数。,2、固体探测器,固体探测器有：半导体探测器包括金硅面垒探测器，Ge(Li)和Si(Li)漂移探测器，高纯锗探测器等。当被测粒子通过半导体的耗尽层时产生电子空穴对，外接偏置电路对电子进行收集形成电信号输出。闪烁探测器包括BGO,CsI,NaI等。当被测粒子通过闪烁晶体（探测器的工作介质）时，先使得闪烁晶体中的分子或原子激发，然后在退激时发出荧光。闪烁体探测器的输出为光信号，必须通过光电倍增管PMT或光电二极管PD转换成电信号。,半导体探测器,P,N,V,辐射源,E,平面Ge(Li)探测器,(采用锂离子漂移的方法，以获得有高电阻率而且厚度很大的耗尽层）,可以用电压信号来测量入射粒子的能量,半导体探测器,金硅面垒探测器,高纯锗半导体探测器,闪烁探测器,光电倍增管,光脉冲的衰减时间常数,核辐射探测器输出信号的特点,1、核辐射探测器都能产生相应的输出电流i(t)，在电路分析时，可以等效为电流源。2、核辐射探测器的输出电流i(t)具有一定的形状，即具有一定的时间特性，可用于时间分析（对闪烁探测器可作为能量分析）。3、如在输出电容上取积分电压信号Vc(t),则Vc(t)正比于E，可做射线能量测量。,三、核辐射探测器的基本性能,探测效率探测效率定义为探测器测量到的粒子数目与实际入射到探测器中的粒子总数的比值，在粒子物理实验中也称为几何接收度。它是与探测器的尺寸，几何形状，特别是对入射粒子的灵敏度、能区有关。通常希望探测器具有较高的探测效率。,表中给出了1MeV能量的粒子的能量全部沉积在探测器中时，产生的平均电荷对数及相应的输出电压幅度。可以看出除了闪烁体探测器和正比计数器以外，放大器是必须的。,各种探测器的电离能、电荷数、输出电压幅度的比较,分辨率,分辨率主要有能量分辨、时间分辨和空间分辨等，指探测器在识别两个相邻的能量、时间、位置之间的最小差值的能力。对这些量的测量，由于探测器的探测过程，即电离、激发退激发、光电转换以及光电倍增管的倍增过程都是随机的，在后续的电子学处理过程中噪声的贡献，使得测量值N围绕其平均值有统计涨落，其概率（几率）分布呈高斯分布：,高斯型概率密度函数,归一化,式中为标志涨落大小的标准偏差，,分辨率的表示除了用标准偏差以外，也用半高全宽FWHM（FullWidthathalfmaximum)和十分之一高全宽FWTM（FullWidthattenthmaximum)来表示。,FWHM定义为0.5时，FWTM定义为0.1时，,探测器固有分辨率RD,探测器固有能量分辨率RD,来表征一个系统的分辨能力，定义为由探测器的探测过程，即电离、激发退激发、光电转换等过程的随机性引起的分辨能力：,常见的几种探测器的分辨率,从表中可以看出，能量分辨率是半导体最好，气体探测器次之，而闪烁体比较差，而时间分辨率则是闪烁体探测器为最好，因此根据物理实验的需要选择合适的探测器非常重要，而且要搭配合适的电子学系统。,线性响应,探测器的线性是在一定范围内探测器所给出的信息与入射粒子相应的物理量之间是否成线性变化关系，比如探测器产生的离子对平均值与所消耗的粒子能量E之间是否有线性变化关系。上表列出了各种探测器的线性指标。,稳定性,稳定性是描述探测器的性能变化随温度及电源变化的指标。稳定性越好，这种随动性越小。从表中可以看出，环境温度的影响是不可忽视的。而光电倍增管的高压电源则要求其稳定性要好于千分之一或万分之一。,四、核辐射探测器的输出电路,脉冲电离室,初始条件为：,（1）式为电压脉冲的一般表达式，式中RC为电路的时间常数，其大小直接影响输出脉冲的幅度和波形。按时间常数的大小，脉冲电离室分为两种类型：,离子脉冲电离室：为正离子的收集时间（约为10-3秒）。,电子脉冲电离室：为电子的收集时间（约为10-6秒）。,三个阶段分析,故：,(2)、当时：,其中：N为总电子-离子对数，此时电压升至最大值。,(3)、当时：,只有当正离子在漂移过程中，外回路中才有电流信号存在。一旦正离子到达负极板电流立即为零。,(3)、当时：,按时间常数为RC的指数率下降。,2、电子脉冲电离室,当时：输出电压脉冲不能达到最大值便开始按时间常数为RC的指数率下降，输出电压脉冲大小与入射粒子位置有关，这时不能作能量测量，只能用作计数测量。,半导体探测器,金硅面垒探测器,当粒子从入射面穿过金膜（每平方厘米30-50微克的金，使粒子能量几乎没有损耗）和P型区后，在PN结区产生电离，由于PN结区加有偏压，所以电离产生的电子-空穴很快被电场分别拉向N型区和P型区，并被结电容CD收集。,半导体探测器,金硅面垒探测器,闪烁探测器,闪烁探测器的阳极输出电流为：,（1）式,将（1）式带入（2）式整理得：,为了使输出电压幅度尽量大，要求下级前置放大器的输入电阻Ri要尽量大，输入电容Ci尽量小，分布Cs电容尽量小，因此适合采用射极跟随器。,五、核辐射探测器的输出信号的数学模拟,核辐射探测器输出的波形非常复杂。一般情况下我们把它分解成冲击函数（函数）的线性组合。,t0时刻发生的单位冲击函数定义为：,在幅度分析系统中，信号处理电路的时间常数通常比较大，而探测器输出的电流脉冲通常比较窄，所以，在时域分析系统的波形时，探测器电流脉冲可用冲击函数来近似。在前置放大器中该电流脉冲经过电容积分后得到的电压可以用阶跃函数来近似。,冲击强度,单位阶跃函数定义为：,阶跃函数是冲击函数的积分，而冲击函数是阶跃函数的微分。,2核电子学中的噪声,一、噪声对核测量的影响,噪声引起的谱线展宽：电子学噪声会造成电路中一些重要节点的电平随机涨落，而叠加在信号上，从而造成信号幅度的随机涨落，加宽了能谱曲线。电子学噪声平均值为0，概率分布服从高斯分布，它对能谱线展宽的方差贡献为sn。,实际测量：峰位确定粒子能量；能谱线的宽窄是衡量探测器系统和电子学系统对相邻很近谱线的分辨能力。,噪声,在信号的产生、传输和测量过程中,探测器和电子学的噪声会叠加在有用信号上,从而降低测量精度，甚至某些有用的微弱信号会被噪声所淹没。通常用信噪比S/N(信号与噪声均方根值的比值)来表示系统的噪声指标。信噪比越高，噪音引起的测量误差越小。噪声与我们通常所说的空间电磁波感应、工频交流电网以及电源纹波等外界干扰不同。这些干扰是外部的，可以通过屏蔽、隔离、滤波、稳压等各种措施加以消除或改善。噪声则是由所采用的器件本身产生的，原则上是只能设法减小但不能完全消除。,噪声的时间平均值为零。但是只要有噪声存在，其平均功率就不为零，因此通常采用均方值（噪声电压的平方值按时间求平均）作为噪声大小的衡量尺度：,由于噪声电压是随机地叠加在信号电压上，它会使原来幅度确定的信号，在平均值作上下起伏。因而被测量的分辨率变坏。,噪声：是围绕某基线电平的随机电平涨落。平均值为零，因此用平均值无法反映噪声大小，一般用均方值可以表征噪声的强度定义:噪声的均方值应为噪声（电压或电流）在单位电阻（即1电阻）上产生的平均功率。噪声的平均功率可以分解为各频率分量之和。即,S(w)称为噪声的功率谱密度函数，它是数学频率域内的噪声在某频率分量内产生的平均功率，单位为瓦/赫兹,s(w)称为单边噪声功率谱密度函数，是物理频率域内，相对于角频率的功率谱密度函数，单位为瓦/（弧度/秒）。,噪声的表示方法,考虑一个常见的探测器与放大器组成的测量系统。在系统的输出端测得电压信号幅度Vo和噪声均方根值Vno,输出信噪比表示为:,为便于在输入端与被测的物理量进行比较，一般噪声也由输出端折算到输入端。设放大器放大倍数为A，输入信号可以表示为，则等效到输入端的等效噪声电压（ENV）为:,为了判断能谱测量系统对电荷量、能量的分辨程度，也可将系统的输出噪声折算到输入端，给出噪声所对应的等效噪声电荷或等效噪声能量。,等效噪声电荷：,其中为电荷电压的变换增益,等效噪声电荷数和等效噪声能量：,等效噪声电荷数:等效噪声能量：由噪声造成的半高全宽为,噪声的相加,如果探测器固有的能量分辨率半高全宽为，则由于噪声的叠加，系统的能量分辨性能变坏，总的半高全宽表达为:,二、噪声的分类和噪声源,散粒噪声(Shotnoise)探测器漏电流的噪声、场效应管的栅极漏电流的噪声。热噪声(Thermalnoise)场效应管的沟道噪声、电阻元件的热噪声。低频噪声(Flickernoise)场效应管闪烁噪声。,核电子学中的噪声主要有三类：,散粒噪声,电流是由电子或其他载流子的流动形成的。在电子器件或探测器中，由于载流子的产生和消失的随机涨落，形成电流或电压的瞬时波动。这种瞬时波动就是散粒噪声。,存在于少数载流子导电器件中（例如：探测器漏电流的噪声、场效应管的栅极漏电流的噪声等）时域：随机分布的电流脉冲序列（平均值为0）频域：白噪声(fh109Hz)设器件的平均电流为。,时域：可表示为幅度和时间都是随机分布的双向电流脉冲序列。频域：白噪声(fh0时：,傅里叶变换的性质,信号的尺度变换,傅里叶变换的性质,5.时域卷积,此性质可证明如下,傅里叶变换的性质,在时域和频域分析中卷积性质占有重要地位，它将系统分析中的时域方法与频域方法紧密联系在一起。在时域分析中，求某线性系统的零状态响应时，若已知外加信号f(t)及系统的单位冲激响应h(t),则有,在频域分析中，若知道F(j)=Ff(t)，H(j)=Hh(t)，则据卷积性质可知,6.时域卷积,此性质可证明如下:,应用频移性质，可知:,傅里叶变换的性质,7.时域积分,傅里叶变换的性质,8.帕塞瓦尔定理,设,则,如果为电压和电流，就是信号在一欧姆电阻上消耗的能量。根据帕塞瓦尔定理，一个能量有限的信号，在时域里计算的能量等于频域里各频率分量的能量之和。,傅里叶变换的性质,一般来说，非周期信号不是功率信号，其平均功率为零，但其能量为有限量，因而是一个能量信号。非周期信号的总能量W为,非周期信号的帕塞瓦尔定理表明，对非周期信号，在时域中求得的信号能量与频域中求得的信号能量相等。由于,是的偶函数，因而还可写为,傅里叶变换的性质,非周期信号是由无限多个振幅为无穷小的频率分量组成的，各频率分量的能量也为无穷小量。为了表明信号能量在频率分量上的分布情况，与频谱密度函数相似，引入个能量密度频谱函数，简称为能量谱。能量谱G（）为各频率点上单位频带中的信号能量，所以信号在整个频率范围的全部能量为,与式,拉普拉斯变换,从傅里叶变换到拉普拉斯变换,一个信号f(t)若满足绝对可积条件，则其傅里叶变换一定存在。例如，e-tu(t)(0)就是这种信号。若f(t)不满足绝对可积条件，则其傅里叶变换不一定存在。例如，信号u(t)在引入冲激函数后其傅里叶变换存在，而信号etu(t)(0)的傅里叶变换不存在。若给信号etu(t)乘以信号e-t()，得到信号e-(-)tu(t)。信号e-(-)tu(t)满足绝对可积条件，因此其傅里叶变换存在。,设有信号f(t)e-t(为实数)，并且能选择适当的使f(t)e-t绝对可积，则该信号的傅里叶变换存在。若用F(+j)表示该信号的傅里叶变换，根据傅里叶变换的定义，则有,根据傅里叶逆变换的定义，则,上式两边乘以et，得,一般来说，傅氏变换便于分析频率特性，分析信号频谱和噪声的功率谱。利用拉氏变换便于分析系统的时域响应和参数的关系。,拉氏变换的基本性质,与傅氏变换类似，拉氏变换由如下性质,线性,设，为任意常数，则有：,时间延迟,比例性,设，为任意常数，则有：,时间卷积定理,若，则,时间导数,若，则有,时间导数,若，则有,式中是k阶导数的初始值。n=1时上式变为,若，则有,时间积分,起始值定理,若，则有,终极值定理,若，则有,线性系统的响应,探测器输出的信号，要经过电子学系统进行处理，才能得到所需要的信息，给出相应的结果。一定数量的按一定方式连接在一起的电子元器件的集合，称之为电路。规模比较大的电路成为电路系统或网络。由线性元件组成的网络就是线性网络,若对上式两端求傅立叶变换，则有：,时域响应,核脉冲通过线性网络,对信号和噪声，我们通常通过示波器观察的是它们随时间的变化。一个单位冲击信号加到一个线性网络上，所得到的输出信号为，称为该网络的冲击响应。表示的就是该网络在时域的特性。,核脉冲通过线性网络,我们知道，通过傅立叶变换，可以建立起信号的时域波形与频域频谱之间的对应关系，即，即输出信号的频谱为，表示了网络对不同频率分量的响应特性，称作频率响应。其中为各频率分量通过系统后的振幅传输系数，即振幅频谱。是其相位变化，称为相位频谱。,频域响应,复频域响应,如果推广到复频域，也可以采用拉普拉斯变换对应时域和复频域：这时，为线性网络的传输函数，也称传递函数和转移函数，它可以是阻抗形式，也可以是导纳或纯放大倍数比值。,任意信号通过网络,考虑冲击响应为的线性网络，设输入信号为任意函数，输出信号为，对应的拉氏变换为,由于是输入时的输出信号，且有，即得输入频谱为1，相位为零时该网络的输出，即输出为。由此可推得，当输入信号时，网络传输函数为时该输出信号的拉氏变换应为：,傅氏变换和拉氏变换的应用过程,由时间卷积分可以得到因此对任意输入信号，其输出信号在时域中为输入信号与网络冲击响应的卷积分，而在频域中，输出信号的频谱为输入信号频谱与网络的频率响应的乘积。显然，在时域中的几何运算在频域中变成了代数运算，可以使得电路分析的计算变得简化。所以这种时域和频域的变换（傅氏变换）或时域与复频域的变换（拉氏变换）是电路分析中经常采用的数学方法。,多级串联网络,对于多级串连网络，如，则总的网络响应为或,二、核电子学中常见的基本电路分析,现在把傅氏变换与拉氏变换应用于核电子学常见的基本网络并进行相应的分析。根据网络的元件构成，电路的频率响应可以用复数符号法求出。电阻的阻抗仍为R，电容C和电感L的复数阻抗则分别为和。,1、探测器的输出电路,左图为探测器的等效电路图。设电容C上原来没有电荷积累，当探测器产生电流信号时，很快对电容C充满电荷，电荷量，产生输出电压。由于R的存在，电容C上的电荷要通过电阻R放电，按指数下降直到放完为止。因这是相应于冲击信号，故输出电压即为冲击响应，可以表示为：,相应可以得出该电路的频率响应，可表示为,分解为振幅：，和相位角，如下图所示。,从波形图可见，该输出电压按RC时间常数作指数衰减下降。如果RC越小，则下降越快，因输出最大值为1/C，若C越小，则输出电压越大。从频谱分析来看，在高频半功率点处，其振幅下降为0.707，若RC越小，越大，当时，即电路的频带趋于无穷大。可见对快时间信号，RC应取得较小。反之，当时，即只能让直流信号通过。这样，对探测器输出电路参数R与C的选取，应与探测器输出信号的具体应用要求相适应。,2、RC积分电路(低通滤波器),当输入电压信号为单位冲击脉冲，则输出信号为冲击响应，如把这种电路画成等效电流源的电路形式，则为上图中的RC并联的电路。此时输入信号等效为电流冲击，其冲击响应和频率响应表示为：,振幅：,相位：,从频率特性看，高频半功率点，即时，振幅下降为0.707。若RC小，大，表示电路频带宽，而RC大，小，则频带窄，但不管RC大小如何，低频部分却完全能通过。所以，在滤波电路中，这种电路称之为低通滤波器。在脉冲响应的瞬态分析中，当积分电路常数(输入脉冲宽度)时，表示电路的频带宽而脉冲的频带窄，所以输入脉冲可以无歧变通过，输出脉冲形状近似不变。而当时，这时脉冲频带宽而电路的频带窄，高频部分虑掉很多，脉冲会严重歧变，输出脉冲波形只相当于输入的积分。,3、CR微分电路（高通滤波器）,CR微分电路也是电容和电阻串连，只是与积分电路相反，C和R交换了位置，输出在电阻上。当输入单位冲击信号时，其冲击响应为:,相应的频率响应可以推知为:,振幅：,相位：,CR电路的低端半功率点为若RC越大，则越低，表示电路的频带越宽。该电路可通过高频分量，但低频受限制，直流则完全不能通过，所以这种电路被称为高通滤波器。,4、短路延迟线成形电路,图中延迟线特性阻抗为，单程延迟时间为，线始端匹配(电阻值)，终端短路，输入电压冲击，输出电压从延迟线始端引出。系统的冲击响应为：,中的两个冲击分别由入射波和反射波产生。的傅氏变换的频率响应如图所示，短路延迟线的高频响应为无穷大，而低频响应则有一定限制，它的主要性能与微分电路相似。,小结,通过上述例子可以看出：,(1)在频率域内，不为常数的系统是一个滤波器。具有均匀频谱的冲击电压通过RC积分电路后，输出信号振幅频谱与探测器等效图中的仅差一常数R。由的形状可知，低频分量保留下来，高频分量被衰减。而高于一定频的分量几乎被阻隔。另外，由的曲线可知，高频分量在传输过程中还要发生相移。所以RC积分电路是一种低通滤波器。CR微分电路的情况刚好相反，它是一种高通滤波器。,小结,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,核电子学中的两类随机信号,核辐射信号,噪声信号,这种具有随机性的信号称为随机信号。尽管随机信号和随机噪声具有不可预测性和随机性，我们不可能用一个或几个时间函数准确地描述它们，但它们都遵循一定的统计规律性。在给定时刻上，随机信号的取值就是一个随机变量。,随机变量的统计规律用概率分布函数或概率密度函数来描述。,核电子学中的噪声随机信号,我们定义随时间变化的无数个随机变量的集合为随机过程。随机过程的基本特征是：它是时间t的函数，但在任一确定时刻上的取值是不确定的，是一个随机变量；或者，可将它看成是一个事件的全部可能实现构成的总体，其中每个实现都是一个确定的时间函数，而随机性就体现在出现哪一个实现是不确定的。核电子学中的随机信号和噪声均可归纳为依赖于时间t的随机过程。,样本空间,样本函数,随机过程的统计特性可以用各样本函数在某一时刻的集合平均来表示，常用的集合平均有下列几种。,平均值（集合平均Ensembleaverage）,凡是集合平均不随时间t变化的随机过程称为平稳随机过程；反之，称为非平稳随机过程。,平稳随机过程,平稳随机过程的平均值和均方值是常数。,噪声这样的随机过程是平稳随机过程，它的平均值（集合平均）和均方值（集合平均）是常数。,平均值（时间平均）,各态历经的平稳随机过程,在平稳随机过程中，如果集合平均都等于相应的时间平均，那么这种随机过程称为各态历经的平稳随机过程。它的统计特性可以用任何一个样本函数来表示，不必知道集合内的所有样本函数，通过实验和理论分析可知，噪声这样的随机过程是各态历经的平稳随机过程。,各态历经的平稳随机过程通过线性时不变系统以后仍为各态历经的平稳随机过程。,概率密度函数,概率密度函数是描述随机过程的一个基本函数，表示某一时刻各样本函数的数值落在指定范围内的概率。,象噪声电压（电流）这样的随机过程虽然不能精确地预测未来时刻的电压数值，但是从概率密度函数可以知道噪声电压落在某一范围内的概率。,核电子学中的噪声信号主要是：散粒噪声和热噪声,其概率密度函数P(v)是高斯正态分布的。,功率谱密度函数,功率谱密度函数表示噪声在频域中的特性，给出噪声功率在频域里的分布情况。单位（W/Hz）。,噪声的平均功率可以由各频率分量功率之和来求得。,双边功率谱密度函数,自相关函数表示噪声在时域的特性。功率谱密度函数表示噪声在频域的特性。,自相关函数与功率谱密度函数是一组傅氏变换对,理想的噪声白噪声,白噪声是功率谱密度恒为常数的噪声。,白噪声的自相关函数：,把白噪声输给一个网络，测量其输出的自相关函数，就可得到该网络的随机特性,核辐射随机信号,特点：,1、核辐射探测器输出信号在脉冲幅度上按高斯分布。,2、核辐射探测器输出信号在时间间隔（0，t）中的脉冲个数按泊松分布。,3、核辐射探测器输出信号脉冲形状在理想情况下，可看成冲击函数，探测器输出电流脉冲，可简化表示为一个强度变化的随机冲击序列。,自相关函数：,单边功率谱密度函数：,是随机电流冲击序列在单位时间内的平均值。,是随机电流冲击序列在单位时间内的平均值的均方差。,核辐射随机信号通过线性网络,核辐射随机信号通过线性网络,白噪声通过RC低通滤波器,白噪声的功率谱密度与自相关函数分别为：,白噪声通过CR高通滤波器,白噪声的功率谱密度与自相关函数分别为：,核与粒子信号处理概述,核辐射探测器检出：能量信息强度信息位置信息时间信息,前置放大器,快前置放大器,谱仪放大器,幅度甄别,单道分析器,定标器计数率表,快放大器,时间-幅度,多道时间分析器,时间-数字,时间甄别,多道幅度分析器,计算机数据获取与处理系统,模数变换,强度信息,能量信息,幅度分析,时间分析,核与粒子测量实验中对核电子学信号处理电路的要求，一般为：放大核辐射探测器的输出信号同时进行幅度、时间，频谱方面的筛选。消除干扰，抑制噪声，尽可能精确地得到射线能量、时间、位置等有用信息的数据对获取数据作分析、处理后给出最终实验结果,作用:电荷收集:将探测器输出的电荷收集起来，并转换成适于电缆运传到后续电子设备的电压或电流信号。这就需要一个紧靠探测器的“前置放大器”。信号放大,提高信噪比:在探测器输出信号的幅度很小时，前置放大器既要能对信号作初步放大，以降低输出信号在传递过程中所受噪声和外界干扰的影响。在用于能量测量时，前置放大器本身的噪声很小，以保证放大缴弱的电荷信号并能分辨出它们的微小差别。当需要分析信号的时间信息时，前置放大器要能准确地保留粒子的时间信息，以便确定核事件发生的时间或粒子种类，此时采用快前置放大器。,前置放大器,所谓主放大器，是相对于前置放大器而言的，它将前置放大器的输出信号进一步放大，达到便于测量的程度，并使信号成形，有利于精确测量和分析。主放大器的放大倍数