核电子学与核仪器课件16
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核电子学与核仪器课件6[1]
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核电子学与核仪器课件6[1]
引入
结型场效应管
•输出特性曲线： •是 指 在 一 定 栅 极 电
压UGS作用下，ID与UDS
之间的关系曲线。
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核电子学与核仪器课件6[1]
引入
n 结型场效应管
•场效应管放大电路的 •场效应管是电压控制 器件，它没有偏流， 关键是建立适当的栅
转换为以能量为单位的噪声线宽：
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核电子学与核仪器课件6[1]
三、电压灵敏前置放大器
电压前置放大器常与闪烁探测器配合使用，电路简单。 不同探测器对电压前置放大器的要求不一样，如配合 光电倍增管时，由于输出信号幅度较大，仅配一级射 级跟随器即可；而对于气体电离室或正比计数管，由 于输出信号较小，需有较大的放大倍数；如用作时间 测量，则主要考虑有较快上升时间和足够的放大倍数。
也要够高。国际电工委员会推荐的数据是：每个峰的半
高宽至少要有20道，每个峰的最高计数道不少于10000 个计数。一般取7-8道以及几千个计数。
n 精密脉冲发生器输出的信号应满足以下要求 ：
上升要够快，上升时间不大于主放大器中最短微分时间
常数的20%；衰减要慢，在主放大器输出脉冲达到峰值
时刻，衰减不超过其高度的2%。推荐的数据是上升时
•探测器输出的电流脉冲 iD 在 反 馈 电 容 上 不 断 积 累，放大器输出电压逐
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引入
结型场效应管
•输出特性曲线： •是 指 在 一 定 栅 极 电
压UGS作用下，ID与UDS
之间的关系曲线。
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引入
n 结型场效应管
•场效应管放大电路的 •场效应管是电压控制 器件，它没有偏流， 关键是建立适当的栅
转换为以能量为单位的噪声线宽：
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核电子学与核仪器课件6[1]
三、电压灵敏前置放大器
电压前置放大器常与闪烁探测器配合使用，电路简单。 不同探测器对电压前置放大器的要求不一样，如配合 光电倍增管时，由于输出信号幅度较大，仅配一级射 级跟随器即可；而对于气体电离室或正比计数管，由 于输出信号较小，需有较大的放大倍数；如用作时间 测量，则主要考虑有较快上升时间和足够的放大倍数。
也要够高。国际电工委员会推荐的数据是：每个峰的半
高宽至少要有20道，每个峰的最高计数道不少于10000 个计数。一般取7-8道以及几千个计数。
n 精密脉冲发生器输出的信号应满足以下要求 ：
上升要够快，上升时间不大于主放大器中最短微分时间
常数的20%；衰减要慢，在主放大器输出脉冲达到峰值
时刻，衰减不超过其高度的2%。推荐的数据是上升时
•探测器输出的电流脉冲 iD 在 反 馈 电 容 上 不 断 积 累，放大器输出电压逐
《核电子学》课件——前置放大器
2. 能量分辨较差。输入总电容Ci与CD、CA、CS有关。当CD、 CA、CS变化时，放大器输入端电压脉冲幅度也变化 （ViM=Q/Ci）。
电压灵敏前置放大器只适用于对输出电压脉冲幅度稳定性 要求不高的低能量分辨系统。
交流耦合：隔直电容100pF-1nF ，远 大于探测器本身电容CD
高压
R2
电缆阻抗匹配
噪 涨落，通常
热运动剧烈，噪声电流
声 是在载流子
或电压增加；
大量存在的 2 与外加电压或流过电阻的
情况下发生
平均电流无关。
的。
3 平均脉宽取决于载流子每
秒碰撞次数的倒数，为
皮秒级
相同点
在时间域里，都可以 表示为随机的脉冲序 列，通常近似为随机 的冲击序列。
它们具有共同的统计 特征：都是平稳随机 过程，频谱近似为常 数（白噪声）。
只要电路上和工艺上采取适当措施，外部干扰通常可以减小到次要程度
噪声的特点及表示方法
噪声是由所采用的元器件本身产生的，原则上可以设法减 小但无法完全消除。
噪声属于随机过程，它随时间的变化是杂乱无章的，但它 服从一定的统计规律。
噪声电压的时间平均值等于零。 只要有噪声存在，其平均功率就不为零。
VoM
Q Cf
与输入电荷和反馈电容有关。
定义变换增益为
ACQ
1 Cf
当Cf小时，变换增益大，但要求Cf有良好的稳定性。
电压灵敏前置放大器只适用于对输出电压脉冲幅度稳定性 要求不高的低能量分辨系统。
交流耦合：隔直电容100pF-1nF ，远 大于探测器本身电容CD
高压
R2
电缆阻抗匹配
噪 涨落，通常
热运动剧烈，噪声电流
声 是在载流子
或电压增加；
大量存在的 2 与外加电压或流过电阻的
情况下发生
平均电流无关。
的。
3 平均脉宽取决于载流子每
秒碰撞次数的倒数，为
皮秒级
相同点
在时间域里，都可以 表示为随机的脉冲序 列，通常近似为随机 的冲击序列。
它们具有共同的统计 特征：都是平稳随机 过程，频谱近似为常 数（白噪声）。
只要电路上和工艺上采取适当措施，外部干扰通常可以减小到次要程度
噪声的特点及表示方法
噪声是由所采用的元器件本身产生的，原则上可以设法减 小但无法完全消除。
噪声属于随机过程，它随时间的变化是杂乱无章的，但它 服从一定的统计规律。
噪声电压的时间平均值等于零。 只要有噪声存在，其平均功率就不为零。
VoM
Q Cf
与输入电荷和反馈电容有关。
定义变换增益为
ACQ
1 Cf
当Cf小时，变换增益大，但要求Cf有良好的稳定性。
核医学探测仪器NuclearMedicineInstrumentation课件
•核医学探测仪器
•10
(NuclearMedicineInstrumentation)
Gamma Scintillation Camera
The main instrument for nuclear medicine imaging is the
large field of gamma camera. First developed in 1956 by
•核医学探Байду номын сангаас仪器
•28
(NuclearMedicineInstrumentation)
Charged particle: ionization,excitation γ photon:photoelectric effect
electron pair Compton effect
•核医学探测仪器
•2
(NuclearMedicineInstrumentation)
Basic configuration
射线探测器 Detector 实质上是能量转换器，将射线能转换为 电脉冲信号 电子学部分 Electronics part 根据不同的测量需要而设计的各种分析 电路和记录装置。
•核医学探测仪器
•3
(NuclearMedicineInstrumentation)
Pinciple of detector
第十六章核磁共振波谱法
核具有自旋，即为磁性核。 △m=±1 ：跃迁只能发生在两个相邻的能级之间
照射频率必须等于核的进动频率，即满足 0
实现核磁共振就是改变照射频率或磁场强度，
以满足
0
2
H0 条件。
三、核自旋驰豫
核自旋能级分布
1H核在磁场作用下,被分裂为m=+1/2和m=1/2两个能级,处在低能态核和处于高能态核的 分布服从波尔兹曼分布定律：
v0 = v
这种因化学环境变化而引起共振谱线的位移称为化学位移。 化学位移来源于核外电子的屏蔽效应。
一、屏蔽效应
理想化的、裸露的氢核；满足共振条件：
2
H0
产生单一的吸收峰。
（v0 = v）
实际上，任何原子核都被电子云所包围,当1H核自旋时,核
周围的电子云也随之转动，在外磁场作用下，运动着的电子
收，共振信号完全消失，这种现象称为饱和。
如果照射的射频电磁波强度过大或照射时间过长， 就会出现饱和现象 。
核自旋驰豫
激发到高能态的核通过非辐射途径将其获得的能量 释放到周围环境中去,使核从高能态回到原来的低能态,这
一过程称为自旋驰豫。
驰豫过程是核磁共振现象发生后得以保持的必要条件
自发辐射的概率近似为零
共振频率v为
2
H0
△m=±1 :
跃迁只能发生在两个相邻的能级之间
核电子学与核仪器
1．解释：核辐射探测器
辐射探测器是将入射射线的信息(能量、强度、种类等)转换成电信号或者其它易测量信号的转换器，即传感器或换能器。是用来对核辐射和粒子的微观现象，进行观察和研究的传感器件﹑装置或材料。
2．核辐射探测的主要内容有哪些？
辐射探测的主要内容有：记录入射粒子的数量(射线强度)，测定射线的种类，确定射线的能量等。应用要求不同，探测的内容可能不同，使用的辐射探测器也可能不同。
3．常见的核辐射探测器按工作原理可分成哪几类？
常见的辐射探测器，按工作原理可分成以下几类:
①利用射线通过物质产生的电离现象做成的辐射探测器，例如，电离室、半导体探测器等。
②利用射线通过物质产生荧光现象做成的探测器，例如，闪烁计数器。
③利用辐射损伤现象做成的探测器，例如，径迹探测器。
④利用射线与物质作用产生的其他现象，例如，热释光探测器。
⑤利用射线对某些物质的核反应、或相互碰撞产生易于探测的次级粒子做成的探测器，例如，中子计数管。
⑥利用其他原理做成的辐射探测器。
4．闪烁计数器由哪几个部分组成？答：闪烁计数器由闪烁体和光电倍增管等组成。
5．核辐射探测器输出的脉冲，其哪些参量与射线强弱、能量大小有着什么样的定性关系？
入射射线强时，单位时间内产生的脉冲数就多一些；入射粒子能量大时，产生的光子就多，脉冲幅度就大一些，从这些情况便可测知射线的强度与能量。
6．对用作核辐射探测器的闪烁体有哪些要求？
①闪烁体应该有较大的阻止本领，这样才能使入射粒子在闪烁体中损耗较多的能量，使其更多地转换为光能，发出较亮的闪光。为此，闪烁体的密度及原子序数大一些对测量γ射线是合适的。
核医学PPT课件 核医学仪器和药物
– 放射性核素显像反映了脏器和组织的生理和病理生理变化，属于功 能影像；其中受体显像、放射免疫像等技术也属于分子功能影像。
显像原理（复习，略）
放射性核素或其标记化合物与天然元素或其化合物一样，引入体内后根据其化 学及生物学特性有其一定的生物学行为，它们选择性地聚集在特定脏器、 组织或受检病变部位中的主要机制有：
• 2、 PET：
–PET所用的核素是组成人体基本元素的同位素，如11C、13N、 15O、18F；
–其标记化合物为人体生理所必需的、可参与生理生化代谢 过程的物质，如水、葡萄糖、氨基酸、受体的配体等；
–因此它所获得的图像更能真实地反映人体生理或病理代谢 的过程，有人称之为“活体生化显像”、“分子影像”。
74
静态与动态显像
• 静态显像（static imaging）是将显像剂引入体内，待 其在脏器、组织或病变内的浓度处于相对稳定状态时进行 显像。由于放射性在一定时间内变化不大，所以允许采集 能满足统计学要求的放射性计数用以显像，故所得影像清 晰、质量好。
二、正电子发射型计算机断层的技术优势
4. 电子对湮灭的距离为1.5mm左右 空间分辨距离高可检出2~10mm的病灶
5. 衰减校正精确，便于定量分析
6. 多环检测技术获得大量 容积数据，可三维图像重建
7. 功能代谢显示为主 可构建融合 PET/CT PET/MRI
显像原理（复习，略）
放射性核素或其标记化合物与天然元素或其化合物一样，引入体内后根据其化 学及生物学特性有其一定的生物学行为，它们选择性地聚集在特定脏器、 组织或受检病变部位中的主要机制有：
• 2、 PET：
–PET所用的核素是组成人体基本元素的同位素，如11C、13N、 15O、18F；
–其标记化合物为人体生理所必需的、可参与生理生化代谢 过程的物质，如水、葡萄糖、氨基酸、受体的配体等；
–因此它所获得的图像更能真实地反映人体生理或病理代谢 的过程，有人称之为“活体生化显像”、“分子影像”。
74
静态与动态显像
• 静态显像（static imaging）是将显像剂引入体内，待 其在脏器、组织或病变内的浓度处于相对稳定状态时进行 显像。由于放射性在一定时间内变化不大，所以允许采集 能满足统计学要求的放射性计数用以显像，故所得影像清 晰、质量好。
二、正电子发射型计算机断层的技术优势
4. 电子对湮灭的距离为1.5mm左右 空间分辨距离高可检出2~10mm的病灶
5. 衰减校正精确，便于定量分析
6. 多环检测技术获得大量 容积数据，可三维图像重建
7. 功能代谢显示为主 可构建融合 PET/CT PET/MRI
核电子学实验组(16学时)实验指示书(2017春)
（3）画好预期波形图。
每组波形应按比例画在具有同一时间坐标的方格纸上，标明坐标、单位及主要测试条件。
（4）画好数据记录表格，事先考虑好测量条件和应选取的量测点。
（二）实验
（1）了解实验设备
了解所用实验设备的型号、各调节旋扭的功能和调节范围；信号输入输出插座位置等。
（2）熟悉仪器性能
实验仪器主要分三类：供电设备（例如稳压电源）、信号产生设备（函数发生器等）、测量设备（示波器、万用表等）。因为实验现象是线路特性和仪器特性的综合表现，因而要了解仪器指标及使用要求；并在实验后按照指导教师要求，记下有关实验仪器、装置的编号，以便必要时核对数据。
（5）实测波形应认真绘制在方格纸上。（输入、输出形时间一定要对应好）
（6）所有实验结果要和理论进行比较，分析差别原因。讨论分析一定要从实际结果出发，切忌为达某一结论而修改事实。
3．在实验中要注意经济观点，勤俭节约。
实验一单道脉冲幅度分析器
一、实验目的：
单道脉冲幅度分析器是核电子学常用的幅度选择设备。“单道”运用了线性运放、电压比较器及数字逻辑电路等。通过实验，进一步训练同学查线路、调试线路的能力；通过实验，更好地掌握单道脉冲幅度分析器的原理、特性和典型应用；学习测试其性能的方法。
③读数时要求读准到合理的有效数字。记录了的数字不要涂涂改改，欲改动时就彻底划掉重写。
④在观察和记录实验结果时，同学们要养成老老实实和理论联系实际的作风，要避免读数有一定偏向、主观谋求“与理论计算吻合”而不尊重客观实际。
每组波形应按比例画在具有同一时间坐标的方格纸上，标明坐标、单位及主要测试条件。
（4）画好数据记录表格，事先考虑好测量条件和应选取的量测点。
（二）实验
（1）了解实验设备
了解所用实验设备的型号、各调节旋扭的功能和调节范围；信号输入输出插座位置等。
（2）熟悉仪器性能
实验仪器主要分三类：供电设备（例如稳压电源）、信号产生设备（函数发生器等）、测量设备（示波器、万用表等）。因为实验现象是线路特性和仪器特性的综合表现，因而要了解仪器指标及使用要求；并在实验后按照指导教师要求，记下有关实验仪器、装置的编号，以便必要时核对数据。
（5）实测波形应认真绘制在方格纸上。（输入、输出形时间一定要对应好）
（6）所有实验结果要和理论进行比较，分析差别原因。讨论分析一定要从实际结果出发，切忌为达某一结论而修改事实。
3．在实验中要注意经济观点，勤俭节约。
实验一单道脉冲幅度分析器
一、实验目的：
单道脉冲幅度分析器是核电子学常用的幅度选择设备。“单道”运用了线性运放、电压比较器及数字逻辑电路等。通过实验，进一步训练同学查线路、调试线路的能力；通过实验，更好地掌握单道脉冲幅度分析器的原理、特性和典型应用；学习测试其性能的方法。
③读数时要求读准到合理的有效数字。记录了的数字不要涂涂改改，欲改动时就彻底划掉重写。
④在观察和记录实验结果时，同学们要养成老老实实和理论联系实际的作风，要避免读数有一定偏向、主观谋求“与理论计算吻合”而不尊重客观实际。
第十六章 核磁共振波普法
25
2. 射频发射器
2
B0
射频的频率与外磁场强度相匹配 相当于紫外或红外光谱仪中的光源
3. 射频接受器
接受射频辐射信号
NMR信号
相当于紫外或红外光谱仪中的检测器
26
4. 探头
探头
5. 扫描单元
扫场→保持频率恒定，线形地改变磁场强度； 扫频→保持磁场强度恒定，线形地改变频率。 但大部分用扫场方式。
磁场中 小磁针
自行旋转 绕外磁场进动
ω = γB0
ω = 2πν0 = γB0
γ ν0 = 2π B0
ν0为进动的频率，称为拉摩尔(Larmior)频率
从量子力学及经典力学模型都得到核磁共振的基本式子为:
2
B0
15
（三）核磁共振
在恒磁场中，具有磁矩的原子核存在不同能级。采用适当
频率的电磁波照射核，并使该电磁波满足
当中子数和质子数均为奇数时，I=整数1，2，3， 2
如：2H、14N，I=1；58Co I=2；10B I=3
当中子数和质子数一个为奇数一个为偶数时，
磁
3 I=半整数，1/2，3/2，5/2，······
性 核
如：1H，13C，15N，19F，31P，I=1/2
11B，33S，35Cl，37Cl I=3/2
磁铁的作用 磁铁的种类
2. 射频发射器
2
B0
射频的频率与外磁场强度相匹配 相当于紫外或红外光谱仪中的光源
3. 射频接受器
接受射频辐射信号
NMR信号
相当于紫外或红外光谱仪中的检测器
26
4. 探头
探头
5. 扫描单元
扫场→保持频率恒定，线形地改变磁场强度； 扫频→保持磁场强度恒定，线形地改变频率。 但大部分用扫场方式。
磁场中 小磁针
自行旋转 绕外磁场进动
ω = γB0
ω = 2πν0 = γB0
γ ν0 = 2π B0
ν0为进动的频率，称为拉摩尔(Larmior)频率
从量子力学及经典力学模型都得到核磁共振的基本式子为:
2
B0
15
（三）核磁共振
在恒磁场中，具有磁矩的原子核存在不同能级。采用适当
频率的电磁波照射核，并使该电磁波满足
当中子数和质子数均为奇数时，I=整数1，2，3， 2
如：2H、14N，I=1；58Co I=2；10B I=3
当中子数和质子数一个为奇数一个为偶数时，
磁
3 I=半整数，1/2，3/2，5/2，······
性 核
如：1H，13C，15N，19F，31P，I=1/2
11B，33S，35Cl，37Cl I=3/2
磁铁的作用 磁铁的种类
《核电子学》课件——核电子学中的仪器标准
核科技领域专用总线的退出
CAMAC总线和FASTBUS总线没有在其它领域得到 推广，市场很小，因而不仅成本很高，而且兼容 性、开放性、可靠性和可维护性等方面都存在问 题。当今，在核科学和技术领域多采用工业界的 通用总线。
工业通用总线在核科技领域的使用
• VME计算机总线和在其基础上发展的VMEBus模 块化仪器总线
• PCI计算机外围设备总线和在其基础上发展的PXI 模块化仪器总线
• USB计算机串行总线
VME总线
面向高性能微处理机M68XXX开发的系统总线，起源于美 国MOTOROLA公司。
VME（VersaModule Eurocard）总线是一种通用的计算机 总线，经过多年的改造升级，基于VME系统的产品遍及了 工业控制、军用系统、航空航天、交通运输和医疗等领域， 在核电子和高能物理实验领域也已经广泛应用。
机箱控制器用来控制机箱内各插件的动作并提供 CAMAC数Байду номын сангаас路与外部计算机之间的通讯接口功能。
CAMAC系统的组成框图举例
FASTBUS
总线标准向高速度、高度灵活方面发展，因此核电子学仪器 又发展了新一代总线-快总线（FASTBUS），数据的速度比 CAMAC大约快一个量级。“快总线”插件，电路采用ECL组 件，功耗较大，机箱散热成了专门问题。
插件化
VME 机箱
核电子学与核仪器课件5[1]
![核电子学与核仪器课件5[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/1269988faeaad1f347933f19.png)
为隔直流电容。Rf用来释放Cf上积累的信号电荷， 并提供直流负反馈以稳定电路的直流工作点。Ra 表示T2管的等效动态负载电阻(主要决定于虚线框 内恒流源的内阻和T2管集电极输出电阻) 。
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二、电荷灵敏前置放大器
n 2.2电荷灵敏前置放大器的基本电路与实例
n 这种电路的特点是： ¨ (1)T1管的等效负载小，所以第一级的电压放大 倍数、输入电容小，开环输入端总电容也就较 小。因此，电路容易满足所要求的条件。（共 基放大器输入电阻小，频率特性好）。
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二、电荷灵敏前置放大器
n 2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
¨ 计数率效应
当输入单个电流Q·δ(t)时，由于反馈放大器输入端为虚 地，则输出电压为
如输出信号的平均计数率为n时，每个电流脉冲的电荷 量为Q，则堆积的输出信号的平均值为
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电压灵敏前置放大器的主要问题是输入端总电容Ci决定 于CD、CA和CS，它们不是稳定不变的。例如，放大器 输入电容CA可能由于输入级增益不稳定而变化；使用 P-N结半导体探测器时，如偏压不稳定，则其结电容CD 将发生变化等等；这时Ci也就随之变化。当Ci不稳定时， 输出电压幅度也不稳定，在能谱测量中，这将使系统 的分辨率降低。在输入端并联大容量的电容器可减小 输入总电容中不稳定因素的相对影响，然而，这将使 信号幅度减小，信噪比降低。
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二、电荷灵敏前置放大器
n 2.2电荷灵敏前置放大器的基本电路与实例
n 这种电路的特点是： ¨ (1)T1管的等效负载小，所以第一级的电压放大 倍数、输入电容小，开环输入端总电容也就较 小。因此，电路容易满足所要求的条件。（共 基放大器输入电阻小，频率特性好）。
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二、电荷灵敏前置放大器
n 2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
¨ 计数率效应
当输入单个电流Q·δ(t)时，由于反馈放大器输入端为虚 地，则输出电压为
如输出信号的平均计数率为n时，每个电流脉冲的电荷 量为Q，则堆积的输出信号的平均值为
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电压灵敏前置放大器的主要问题是输入端总电容Ci决定 于CD、CA和CS，它们不是稳定不变的。例如，放大器 输入电容CA可能由于输入级增益不稳定而变化；使用 P-N结半导体探测器时，如偏压不稳定，则其结电容CD 将发生变化等等；这时Ci也就随之变化。当Ci不稳定时， 输出电压幅度也不稳定，在能谱测量中，这将使系统 的分辨率降低。在输入端并联大容量的电容器可减小 输入总电容中不稳定因素的相对影响，然而，这将使 信号幅度减小，信噪比降低。
核电子学-前置放大器2.
一、概述
1.2前置放大器的分类
前置放大器按不同的特点有几种分类方法：
与不同的探测器相配，可有不同的前置放大器，如 电离室前置放大器电路，正比计数器前置放大器电 路，半导体探测器前置放大器电路和闪烁探测器输 出电路等。 根据探测器输出信号成形方式的特点分类，前置放 大器可分为电压灵敏前置放大器，电荷灵敏前置放 大器和电流灵敏前置放大器。
一、概述
1.2前置放大器的分类
电流灵敏前置放大器
电流灵敏前置放大器是对探测器输出电流信号直接 进行放大。
一、概述
1.2前置放大器的分类
电流灵敏前置放大器
电流灵敏前置放大器输入电阻小，但时间响应较好， 常用作快放大器，不过其相对噪声较大，主要用于时 间测量系统。 从电荷(或电压)灵敏与电流灵敏前置放大器两者输出信 号保留的信息上并没有绝对的差别。但从物理测量的 要求看：电荷灵敏和电压灵敏前置放大器主要用于能 谱测量分析系统；电流灵敏前置放大器则主要用于时 间测量分析系统。
一、概述
1.1前置放大器的作用
合理布局，便于调节和使用
为缩小体积，紧靠辐射源的前置放大器通常要求有一定 的放大倍数，工作稳定可靠，并做成非调节式。
实现阻抗转换和匹配
前置放大器是在探测器和主放大器之间作为一个阻抗转 换器，探测器通常要求后级有高的输入阻抗以便于信号 的输出，而前置放大器通过电缆远距离传送给主放大器 时，则要求有能与电缆阻抗相匹配的低的输出阻抗及传 递信号。
相关主题
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存在超阈延迟△1、△2、△3。输出信号的实际产
生时间将为td1’、td2’、td3’ 。 n 信号前沿斜率越小，超阈延迟通常越大，所以超
阈延迟的存在将增大时间移动。
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件16
二、定时方法
3）噪声引起的时间晃动
a、时检电路输入信号上叠加的噪声引起的晃动，如图（a）。 b、时检电路本身的噪声引起的晃动，如图（b）。
噪声均方根值为vn 噪声引起的过阈时间的标准偏差
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件16
二、定时方法
4）输入信号统计涨落引起的时间晃动
对于同一种类、同一能量的入射粒子，即使入射 到探测器同一区域，探测器输出信号的产生时间、 幅度和波形也是涨落的。信号的统计涨落将引起 定时的时间晃动。当然，如果定时电路能够消除 由于幅度和上升时间变化而产生的时间移动，就 能消除由于幅度和上升时间涨落而产生的时间晃 动。但是，探测器输出信号产生时间相对于粒子 入射时刻的涨落和信号波形的涨落，仍将引起定 时电路的时间晃动 。
定时误差通常按误差产生的原因分为
两类：时间移动和时间晃动。时间移
动是输入脉冲的幅度和波形的变化引
起定时电路输出脉冲定时时刻的移动。
时间晃动是系统的噪声和探测器信号 的统计涨落引起的定时时刻的涨落。
时间漂移：元件老化、环境温度或
电源电压变化（属于慢变化）引起 的定时误差。
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件16
触发电路用作定时电路将会存在延迟。
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核电子学与核仪器课件16
二、定时方法
n 2.1前沿定时
¨ 前沿定时误差分析
将输入信号用方程式表 示如下：
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定时时间：
核电子学与核仪器课件16
二、定时方法
¨ 前沿定时误差分析
1）输入信号幅度和上升时间变化引起的时间移动
信号幅度变，上升时间不变：
一、时间分析概述
n ΔE—E飞行时间望远镜
实际测量中，ΔE—E探测器 输出信号是通过放大器、定 时电路、时间数字变换器等 部件组成的时间测量系统进 行获取和分析的。
定时道各个部件简介
（1）探测器与输出电路
用于时间分析的探测器要有快响应性能。为了保持探测器 输出信号的快时间特性，要求探测器输出电路有快的时间 响应相配合。
n 目前，电子学部件的分辨时间可以达到几个ps，
它比核辐射探测器的分辨时间小得多。因此，整
个时间分析系统的时间分辨首先受到探测器时间
性能的限制。
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核电子学与核仪器课件16
二、定时方法
n 定时电路是核电子学中检出时间信息的基本单元，故 又称时间检出电路。它接收来自探测器的随机脉冲， 产生一个与输入脉冲时间上有确定关系的输出脉冲。
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核电子学与核仪器课件16
本堂课主要内容
n 一、时间分析概述 n 二、定时方法
2.1前沿定时 2.2过零定时 2.3恒比定时 2.4幅度和上升时间补偿定时 2.5最佳定时滤波器与定时滤波放大器 2.6定时单道脉冲幅度分析器
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核电子学与核仪器课件16
一、时间分析概述
n 时间信息的分析是核电子学的一种基本和重要的 技术。核事件的许多信息是以时间信息方式存在 于核辐射探测器输出信息中。
iD
v1
vo
﹡
探测器
快放大器
时检电路
因为探测器输出的脉冲上升时
间变化范围很大，输出脉冲幅
t
度变化范围也很大，再加上噪
iD
t
声的影响，所以精确定时有一
v1
t
定的困难。
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vo 核电子学与核仪器课件16
t
二、定时方法
n 2.1前沿定时
电路原理
定时时间
前沿定时是检出定时信号的最简单方法，但是一个
信号幅度不变，上升时间变：
信号幅度、上升时间同时变：
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核电子学与核仪器课件16
二、定时方法
2）超阈延迟 n 上面分析没有考虑甄别器的超阈延迟。实际上，
输入信号刚刚超过甄别阈时，甄别器并不立即产 生输出信号，而是要在信号超过甄别阈某一数值 后才触发；触发时间晚于上述的td1、td2、td3，分别
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核电子学与核仪器课件16
一、时间分析概述
（2）快前置放大器
为了取得快时间信号，要求有快速时间响应的前置放大器 以保持输出信号时间信息不变，如快电流灵敏前放。
（3）定时滤波放大器
用于定时的前置放大器输出信号有时还需进一步放大才能 驱动定时电路，这就需要一种快速的主放大器。
（4）定时电路
用来确定粒子进入探测器的时间，它应该使各种因素对定 时产生的误差为最小。
核电子学与核仪器-课件 16
路漫漫其悠远
2020/11/19
核电子学与核仪器课件16
第四章关键点
n 脉冲幅度甄别器
工作原理、微分谱、积分谱、一般要求、半计数法
n 单道脉冲幅度甄别器
工作原理、实验用单道脉冲幅度分析电路的结构、 技术指标
n 用于幅度分析的模数变换器
模数变换方法的基本原理、变换系数与道宽
n 在时间的测量和分析中，首先是用定时方法准确 的确定入射粒子进入探测器的时间。时间上相关 的事件可以用符合技术进行选择。时间间隔可通 过变换的方法，变成数字信号，从而编码分类计 数最后得到时间谱。
n 本章主要介绍时间信息的甄别和分析，包括定时 方法、符合技术和时间变换等内容。
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核电子学与核仪器课件16
一、时间分析概述
n 所谓时间分析是指测量的两个相关核事件的时间 间隔概率密度分布。表征一个时间分析系统的主 要特性是时间分辨，它是指系统能分开两个事件 的能力。目前，用电子学方法测量最小时间间隔 约为10-13s。
n 电子学测量时间间隔的范围大概为10-3—10-12s之间。 通常μs量级的定时称为慢定时，ps量级的定时称为 快定时。
（5）时间变换器
ห้องสมุดไป่ตู้
把信号时间间隔变换成对应的数码，或者先将时间量变换
成数码。
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核电子学与核仪器课件16
一、时间分析概述
n 对一个包含时间信息的信号，若要精确的确定时 间，理想的是产生一个像δ(t-t0)函数那样的时间脉 冲。但是实际探测器输出信号不是理想的δ(t-t0)信 号，而是具有一定宽度的电流脉冲。
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核电子学与核仪器课件16
n 线性门与展宽器
线性门(常闭线性门与常开线性门)、模拟展宽器 工作原理
n 线性放电型模数变换器
工作原理、参数调节与辅助电路、滑移标尺道宽 均匀器
n 逐次比较型模数变换器
数模变换器工作原理、逐次比较型模数变换器工 作原理、道宽均匀器工作原理 闪电型模数变换器、模数变换器的主要技术性能
生时间将为td1’、td2’、td3’ 。 n 信号前沿斜率越小，超阈延迟通常越大，所以超
阈延迟的存在将增大时间移动。
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二、定时方法
3）噪声引起的时间晃动
a、时检电路输入信号上叠加的噪声引起的晃动，如图（a）。 b、时检电路本身的噪声引起的晃动，如图（b）。
噪声均方根值为vn 噪声引起的过阈时间的标准偏差
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二、定时方法
4）输入信号统计涨落引起的时间晃动
对于同一种类、同一能量的入射粒子，即使入射 到探测器同一区域，探测器输出信号的产生时间、 幅度和波形也是涨落的。信号的统计涨落将引起 定时的时间晃动。当然，如果定时电路能够消除 由于幅度和上升时间变化而产生的时间移动，就 能消除由于幅度和上升时间涨落而产生的时间晃 动。但是，探测器输出信号产生时间相对于粒子 入射时刻的涨落和信号波形的涨落，仍将引起定 时电路的时间晃动 。
定时误差通常按误差产生的原因分为
两类：时间移动和时间晃动。时间移
动是输入脉冲的幅度和波形的变化引
起定时电路输出脉冲定时时刻的移动。
时间晃动是系统的噪声和探测器信号 的统计涨落引起的定时时刻的涨落。
时间漂移：元件老化、环境温度或
电源电压变化（属于慢变化）引起 的定时误差。
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触发电路用作定时电路将会存在延迟。
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二、定时方法
n 2.1前沿定时
¨ 前沿定时误差分析
将输入信号用方程式表 示如下：
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定时时间：
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二、定时方法
¨ 前沿定时误差分析
1）输入信号幅度和上升时间变化引起的时间移动
信号幅度变，上升时间不变：
一、时间分析概述
n ΔE—E飞行时间望远镜
实际测量中，ΔE—E探测器 输出信号是通过放大器、定 时电路、时间数字变换器等 部件组成的时间测量系统进 行获取和分析的。
定时道各个部件简介
（1）探测器与输出电路
用于时间分析的探测器要有快响应性能。为了保持探测器 输出信号的快时间特性，要求探测器输出电路有快的时间 响应相配合。
n 目前，电子学部件的分辨时间可以达到几个ps，
它比核辐射探测器的分辨时间小得多。因此，整
个时间分析系统的时间分辨首先受到探测器时间
性能的限制。
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二、定时方法
n 定时电路是核电子学中检出时间信息的基本单元，故 又称时间检出电路。它接收来自探测器的随机脉冲， 产生一个与输入脉冲时间上有确定关系的输出脉冲。
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本堂课主要内容
n 一、时间分析概述 n 二、定时方法
2.1前沿定时 2.2过零定时 2.3恒比定时 2.4幅度和上升时间补偿定时 2.5最佳定时滤波器与定时滤波放大器 2.6定时单道脉冲幅度分析器
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一、时间分析概述
n 时间信息的分析是核电子学的一种基本和重要的 技术。核事件的许多信息是以时间信息方式存在 于核辐射探测器输出信息中。
iD
v1
vo
﹡
探测器
快放大器
时检电路
因为探测器输出的脉冲上升时
间变化范围很大，输出脉冲幅
t
度变化范围也很大，再加上噪
iD
t
声的影响，所以精确定时有一
v1
t
定的困难。
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vo 核电子学与核仪器课件16
t
二、定时方法
n 2.1前沿定时
电路原理
定时时间
前沿定时是检出定时信号的最简单方法，但是一个
信号幅度不变，上升时间变：
信号幅度、上升时间同时变：
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二、定时方法
2）超阈延迟 n 上面分析没有考虑甄别器的超阈延迟。实际上，
输入信号刚刚超过甄别阈时，甄别器并不立即产 生输出信号，而是要在信号超过甄别阈某一数值 后才触发；触发时间晚于上述的td1、td2、td3，分别
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一、时间分析概述
（2）快前置放大器
为了取得快时间信号，要求有快速时间响应的前置放大器 以保持输出信号时间信息不变，如快电流灵敏前放。
（3）定时滤波放大器
用于定时的前置放大器输出信号有时还需进一步放大才能 驱动定时电路，这就需要一种快速的主放大器。
（4）定时电路
用来确定粒子进入探测器的时间，它应该使各种因素对定 时产生的误差为最小。
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第四章关键点
n 脉冲幅度甄别器
工作原理、微分谱、积分谱、一般要求、半计数法
n 单道脉冲幅度甄别器
工作原理、实验用单道脉冲幅度分析电路的结构、 技术指标
n 用于幅度分析的模数变换器
模数变换方法的基本原理、变换系数与道宽
n 在时间的测量和分析中，首先是用定时方法准确 的确定入射粒子进入探测器的时间。时间上相关 的事件可以用符合技术进行选择。时间间隔可通 过变换的方法，变成数字信号，从而编码分类计 数最后得到时间谱。
n 本章主要介绍时间信息的甄别和分析，包括定时 方法、符合技术和时间变换等内容。
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一、时间分析概述
n 所谓时间分析是指测量的两个相关核事件的时间 间隔概率密度分布。表征一个时间分析系统的主 要特性是时间分辨，它是指系统能分开两个事件 的能力。目前，用电子学方法测量最小时间间隔 约为10-13s。
n 电子学测量时间间隔的范围大概为10-3—10-12s之间。 通常μs量级的定时称为慢定时，ps量级的定时称为 快定时。
（5）时间变换器
ห้องสมุดไป่ตู้
把信号时间间隔变换成对应的数码，或者先将时间量变换
成数码。
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核电子学与核仪器课件16
一、时间分析概述
n 对一个包含时间信息的信号，若要精确的确定时 间，理想的是产生一个像δ(t-t0)函数那样的时间脉 冲。但是实际探测器输出信号不是理想的δ(t-t0)信 号，而是具有一定宽度的电流脉冲。
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n 线性门与展宽器
线性门(常闭线性门与常开线性门)、模拟展宽器 工作原理
n 线性放电型模数变换器
工作原理、参数调节与辅助电路、滑移标尺道宽 均匀器
n 逐次比较型模数变换器
数模变换器工作原理、逐次比较型模数变换器工 作原理、道宽均匀器工作原理 闪电型模数变换器、模数变换器的主要技术性能