核电子学及核仪器第18课核脉冲计数

1、核电子学与核仪器核电子学与核仪器第五章关键点第五章关键点n时间分析时间分析 定时误差（时间移动、时间晃动定时误差（时间移动、时间晃动、时间漂、时间漂移移）n定时方法定时方法 前沿定时、过零定时、恒比定时、幅度和前沿定时、过零定时、恒比定时、幅度和上升时间补偿定时上升时间补偿定时 触发比与斜率噪声比触发比与斜率噪声比 最佳定时滤波器与定时滤波放大器最佳定时滤波器与定时滤波放大器 定时单道脉冲幅度分析器定时单道脉冲幅度分析器n符合符合 符合方法、符合方法、符合电路符合电路、快信号的传输和纳快信号的传输和纳秒延时器秒延时器n时间量变换方法时间量变换方法 时间时间-幅度变换（幅度变换（起起-停型时幅变

2、换停型时幅变换；脉冲叠；脉冲叠加型时幅变换）、时间加型时幅变换）、时间-数字变换（数字变换（计数式计数式时数变换时数变换；游标尺计时器；内插时数变；游标尺计时器；内插时数变换）、上升时间换）、上升时间-幅度变换幅度变换n脉冲波形甄别脉冲波形甄别 用途、优质因子用途、优质因子本堂课主要内容本堂课主要内容n核脉冲计数核脉冲计数 1.1定标器定标器 1.2计数率计计数率计一、核脉冲计数一、核脉冲计数n在核电子学测量系统中，核辐射探测器输出信号在核电子学测量系统中，核辐射探测器输出信号在经过各种信号处理电路后，通常都要在经过各种信号处理电路后，通常都要变换成数变换成数字信号字信号，再经过数据收集和处理

3、，给出，再经过数据收集和处理，给出实验的最实验的最终结果终结果。n脉冲信号计数是核电子学最基本的测量方法脉冲信号计数是核电子学最基本的测量方法，也也是最简单的数据获取工作是最简单的数据获取工作。核辐射探测器输出的。核辐射探测器输出的脉冲信号数目与被测的脉冲信号数目与被测的辐射强度成正比辐射强度成正比，直接记直接记录单位时间内的脉冲数目可以测量核辐射强度录单位时间内的脉冲数目可以测量核辐射强度。n在幅度分析和时间分析中，常用计数设备来测量在幅度分析和时间分析中，常用计数设备来测量某一类信号的计数率某一类信号的计数率。一、核脉冲计数一、核脉冲计数n脉冲计数系统：脉冲计数系统：一、核脉冲计数一、核脉

4、冲计数n常用的计数设备有定标器和计数率计。常用的计数设备有定标器和计数率计。定标器定标器计数率计计数率计 电路功能电路功能一定时间间隔内的输一定时间间隔内的输入脉冲数。入脉冲数。单位时间内的平均输入单位时间内的平均输入脉冲数（计数率）脉冲数（计数率） 电路构成电路构成主要由数字电路构成主要由数字电路构成由模拟电路构成由模拟电路构成 显示方式显示方式数字数字(间歇间歇)显示显示表头指针表头指针(连续连续)显示显示一、核脉冲计数一、核脉冲计数n1.1定标器定标器定标器工作原理定标器工作原理 测量一定时间间隔内的输入脉冲数。测量一定时间间隔内的输入脉冲数。为适应不同为适应不同用户的要求，通常设有几种

5、不同的测量方式。用户的要求，通常设有几种不同的测量方式。定数测量：手动启动，到预置计数后自定数测量：手动启动，到预置计数后自 动停止测量。动停止测量。 定时测量：手动启动，到预置时间后定时测量：手动启动，到预置时间后 自动停止测量。自动停止测量。手动测量方式：手动测量方式：手动起停。手动起停。半自动测量方式：半自动测量方式：一、核脉冲计数一、核脉冲计数自动测量方式：自动测量方式：开始手动启动开始手动启动自动启动自动启动自动复位自动复位 测量测量 (定时或定数定时或定数) 停止计数停止计数(显示结果显示结果)一、核脉冲计数一、核脉冲计数n电路组成和各部分的作用电路组成和各部分的作用输入电路输入电

6、路计数系统计数系统控制系统控制系统定时系统定时系统低压电源低压电源高压电源高压电源隔离、隔离、极性、极性、成形成形计数、计数、预置计数预置计数计时、计时、预置时间预置时间接探测器接探测器一、核脉冲计数一、核脉冲计数n1.1定标器定标器定标器工作原理定标器工作原理 特殊定标器：可逆定标器、预置定标器等特殊定标器：可逆定标器、预置定标器等带有缓冲、扫描器的计数系统带有缓冲、扫描器的计数系统 电路实例电路实例G3G41010610510410310210102103104tW1自半手S91自半手S92自半手S93定时定数不定S6起动S7停止S8凊零QSRQ成形G2输入+-B+-D甄别器甄别阈缓冲级S

7、1+EG1六六10KC时钟及分频S2分秒计数显示计时S3S4S5复位停机凊零再起动tW2主要技术指标：主要技术指标：1)、对输入脉冲的要求：、对输入脉冲的要求：2)、计数容量：、计数容量：能计数的最大值。如上图为能计数的最大值。如上图为1061。4)4)、 f max：不引起计数率损失条件下能记录的不引起计数率损失条件下能记录的周期周期信号信号的最高频率。的最高频率。5)5)、分辨时间分辨时间 ：输入为双脉冲时，定标器能分辨输入为双脉冲时，定标器能分辨出这两个脉冲的最小时间间隔。出这两个脉冲的最小时间间隔。输入信号宽度：输入信号宽度：0.1100S，幅度：幅度：200mV2V，极性：或极性：或

8、3)、定时时间：、定时时间：能计时的最大值。如上图为能计时的最大值。如上图为104分分1秒。秒。一、核脉冲计数一、核脉冲计数n1.1定标器定标器定标器测量核脉冲计数的误差定标器测量核脉冲计数的误差 在核脉冲计数测量中，如果仪器都十分稳定，源和探在核脉冲计数测量中，如果仪器都十分稳定，源和探测器相对位置不变，测量时间一定，定标器记录脉冲测器相对位置不变，测量时间一定，定标器记录脉冲数目的误差决定于计数的数目的误差决定于计数的统计误差和漏计误差统计误差和漏计误差。 （1）统计误差）统计误差标准偏差标准偏差：NN 相对统计偏差：相对统计偏差：1NNN 若要减小统计涨落引起的计数误差，必须增若要减小统

9、计涨落引起的计数误差，必须增加测量计数，实际上增加测量时间。加测量计数，实际上增加测量时间。（2）漏计误差）漏计误差若定标器输入若定标器输入随机信号随机信号的平均计数率的平均计数率maxnf问：定标器的测量结果有无计数损失？损失为多少？问：定标器的测量结果有无计数损失？损失为多少？分析原因：分析原因：设射线信号的平均计数率为设射线信号的平均计数率为n，则在分辨时间则在分辨时间内可能出现的平均计数为内可能出现的平均计数为n。即每计一个脉冲即每计一个脉冲之后就可能有之后就可能有n个脉冲被漏计。个脉冲被漏计。 答案为：有答案为：有5050的计数损失的计数损失。若相对计数损失为若相对计数损失为L：1n

10、Ln丢失数丢失数被记录数丢失数被记录数丢失数讨论：讨论：a a、当、当 时，时，max1nf 11121 L50%b b、将上式变形，将、将上式变形，将n用用L L和和表示表示11LnL 若若L L1 1 （计数损失很小）（计数损失很小）则：则：max1nLLf 结论：结论：用定标器测量随机信号时，允许输入的最大用定标器测量随机信号时，允许输入的最大平均计数率平均计数率n比定标器的指标比定标器的指标 fmax要小的多。要小的多。如：要求计数率损失为如：要求计数率损失为1或或0.1，则，则n比比fmax要小要小二、三个量级。二、三个量级。一、核脉冲计数一、核脉冲计数n1.2计数率计计数率计 计数

11、率计又称率表计数率计又称率表，能直接指示输入脉冲的计数，能直接指示输入脉冲的计数率，在许多核辐射测量中，有时需要知道的不是率，在许多核辐射测量中，有时需要知道的不是输入脉冲的数目，而是计数率。输入脉冲的数目，而是计数率。 通常使用的是通常使用的是线性计数率计线性计数率计，它可分为，它可分为模拟式和模拟式和数字式数字式的，前者的输出给出正比于输入脉冲的计的，前者的输出给出正比于输入脉冲的计数率的模拟电压或电流信号，后者给出正比于输数率的模拟电压或电流信号，后者给出正比于输入脉冲计数率的数字脉冲。入脉冲计数率的数字脉冲。一、核脉冲计数一、核脉冲计数n1.2计数率计计数率计模拟式线性计数率计模拟式线

12、性计数率计模拟式线性计数率计的组成模拟式线性计数率计的组成 一、核脉冲计数一、核脉冲计数n1.2计数率计计数率计模拟式线性计数率计模拟式线性计数率计 电路原理电路原理Q（平均计数率为（平均计数率为n）RnQ电路RIonQVoIonQVo Io *R = nQ *R (与与n成正比成正比) 以上电路以上电路指针摇摆的会非常厉害指针摇摆的会非常厉害，以至不能，以至不能读数。因此必须加入一个读数。因此必须加入一个大的电容大的电容。所以所以加入加入C后不影响后不影响 V（或（或I ） n 的关系。的关系。QCRIonQVo电路稳定后，单位时间内，电路稳定后，单位时间内，电容上充入电荷电容上充入电荷的量

13、应等于释放的电荷量的量应等于释放的电荷量。C支路的平均电支路的平均电流等于零。流等于零。一、核脉冲计数一、核脉冲计数由于输入的是由于输入的是随机信号随机信号。所以。所以V2、I2 将围绕将围绕平均值涨落平均值涨落。虽加入。虽加入C，但表头指针仍有一，但表头指针仍有一定摆动，使读数产生定摆动，使读数产生误差误差。计数率计读数的相对统计偏差计数率计读数的相对统计偏差经推导：经推导：222VnQ RC Vo 的相对统计偏差为：的相对统计偏差为：()221VoQ nRCCnQRVR n Vo 涨落的均方值为涨落的均方值为：一、核脉冲计数一、核脉冲计数n1.2计数率计计数率计模拟式线性计数率计模拟式线性

14、计数率计 需要注意的是，虽然增大需要注意的是，虽然增大RC，可以减少相对统，可以减少相对统计偏差，但是却降低了计偏差，但是却降低了响应速度响应速度。因为输出电压。因为输出电压读数相对输入计数率变化有着读数相对输入计数率变化有着迟缓的响应过程迟缓的响应过程。设计数率突然从设计数率突然从n1增加到增加到n2，输出电压，输出电压Vo将按将按时时间常数间常数RC增长：增长：121()(1)tRCoVn QRQR nne 一般取一般取(35)RC作为作为Vo的读数确立时间。的读数确立时间。一、核脉冲计数一、核脉冲计数n1.2计数率计计数率计模拟式线性计数率计模拟式线性计数率计 二极管泵电路：二极管泵电路

15、：C1充电充电111QC V C1放电放电112()QC VV 211()QC VV 稳定状态下稳定状态下一、核脉冲计数一、核脉冲计数电路工作在稳定的情况下，电容电路工作在稳定的情况下，电容C支路的支路的平均电流为零。平均电流为零。221121111211()/(11)nQnC VVVRVnC RnC RVnC RVVnC R 只有在只有在 时，时， 才与才与n n成正比。成正比。11nRC 2V一、核脉冲计数一、核脉冲计数n1.2计数率计计数率计模拟式线性计数率计模拟式线性计数率计 改进型线性计数率计泵电路：改进型线性计数率计泵电路：C1充电充电1112()QC VV C1放电放电11221

16、1()QC VVVCV （不受（不受 的影响）的影响）2V直接充电型三直接充电型三极管泵电路极管泵电路 一、核脉冲计数一、核脉冲计数密勒积分型泵电路密勒积分型泵电路C1充电充电111QC V C1放电放电11QCV （不受（不受 的影响）的影响）2V一、核脉冲计数一、核脉冲计数电荷转移型三极管泵电路电荷转移型三极管泵电路C1充电充电111()QC VE C1放电放电1111()QC VEEC V（不受（不受 的影响）的影响）2V实际电路举例实际电路举例一、核脉冲计数一、核脉冲计数计数率计对输入信号成形的要求计数率计对输入信号成形的要求通常使用双稳态电路成形。通常使用双稳态电路成形。QQ( )v t1( )v t一、核脉冲计数一、核脉冲计数数字式计数率计数字式计数率计 用数字电路模仿