核电子学与核仪器课件3[1]

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核电子学与核仪器课件10

核电子学与核仪器课件10
快放大器的主要特点是:前沿和后沿要比谱仪放大器 快得多,一般在几纳秒左右。它的主要指标包括:上 升和下降时间,放大倍数及其稳定性,线性,过载特 性,输入及输出的最大幅度,噪声。其定义与谱仪放 大器中的含义一样。
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件10
上次课关键点
n 谱仪放大器的放大节
并联负反馈与串联负反馈;同相输入与反相输入 信噪比的区别
n 谱仪放大器中的滤波成形
滤波成形的作用(抑制系统噪声、使信号形状满足 后续分析设备的要求);白化滤波器与匹配滤波器; 滤波成形的信息畸变(弹道亏损、堆积畸变);无源 滤波成形电路(极-零相消、积分滤波成形、准高斯 成形);有源滤波成形电路;基线恢复器(CD恢复 电路、CDD基线恢复电路);通用谱仪放大器
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件10
本堂课主要内容:
n 五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器
5.1堆积拒绝方法 5.2单元电路功能介绍 5.3堆积拒绝电路 5.4死时间校正和允许最高计数率
n 六、快放大器 n 七、弱电流放大器
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件10
五、高能量分辨率高计数率谱仪放大器
随着高分辨半导体探测器的出现和使用,要求建立 适应高能量分辨率高计数率测量用的谱仪放大器, 在采用线性放大、滤波成形、基线恢复等技术的 基础上,又发展了堆积拒绝技术。目前,比较完 善的放大器除了基本放大节和滤波成形电路外, 将堆积拒绝电路、基线恢复电路都组合在一起, 称为高能量分辨率高计数率谱仪放大器,也称为 反堆积放大器。
¨ 模拟展宽器
在处理核信号过程中,需要把信号的幅度信息保存起 来以便在需要的时刻提供使用。能把信号的峰顶展宽 的电路通称为展宽器。用于把模拟信号峰顶展宽的称 为模拟展宽器,用它保持模拟信号的幅度信息。

核电子学课件 PPT

核电子学课件 PPT
对于一个实际甄别器不可能全部满足上述要求。一 般根据不同的测量对象,侧重于某些方面的要求。
一、脉冲幅度甄别器
• 1.1脉冲幅度甄别器的一般要求
实际甄别器根据其速度不同分为中(低)速甄别器和高速 甄别器两类。 脉冲幅度甄别器主要的技术指标为:
(1)输入灵敏度 甄别器的输入灵敏度指甄别器能输出脉冲的最小输入脉冲幅 度。一般为几十毫伏。 (2)甄别阈范围 一般甄别器的甄别阈范围为几十毫伏到几伏,最大阈电压与 最小阈电压之比称为甄别器的动态范围。
怎样用单道脉冲幅度分析器来获得微分谱?
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理
电路的基本工作原理: 上甄别器
VU=VL+VW VU
G1
v1
H=VU -VL
VU
VL
v1
vo
VL VL
下甄别器
vo
G2
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理
vU
存在问题: v1 v1
一、脉冲幅度甄别器
• 脉冲幅度选择的基本电路是脉冲幅度甄别器。它有一个阈 电压,称为甄别阈。输入脉冲幅度大于给定的甄别阈时, 输出一个脉冲,输入脉冲幅度小于给定的甄别阈时则无脉 冲 输 出 。 有 无 脉 冲 输 出 输 出 可 分 别 用 逻 辑 “ 1” 或 逻 辑 “0”表示。
甄别器及其工作波形
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理
简称:(单道)
(Single Channel Analyzer)L
VU
VL
用途:限定信
号的幅度范围。 v1
vo
二、单道脉冲幅度分析器
• 2.1单道脉冲幅度分析器工作原理 几个概念 1)上阈:VU 下阈:VL 2)道宽与阈 道宽:上下阈之差 VW= VU -VL

核电子学与核仪器课件17

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核电子学与核仪器课件17
符合曲线测量装置及符合曲线
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核电子学与核仪器课件17
三、符合
n 3.2符合电路
¨ 慢符合电路
n 慢符合电路的分辨时间范围 大概为10ns到10μs之间。慢 符合电路单元大多用与非门 作成。
n 实际符合电路都需要一个比 较好的输入成形级,使输入 信号成形为宽度相同且稳定 的脉冲信号。
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核电子学与核仪器课件17
¨ 快信号传输和传输电缆
n 在使用电缆传输信号时,需要区分所传输的脉冲 信号是快脉冲还是慢脉冲。由于所用电缆的传输 速 度 一 般 为 vp=3.3ns/m , 所 以 信 号 在 电 缆 中 的 传 输时间为:t=vp·l。信号的上升时间tr<t为快脉冲; 上升时间tr>t为慢脉冲。
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三、符合
n 3.1符合方法
•分辨时间:能够产生符合输出 的几个输入端脉冲之间的最大 时间间隔。
符合单元的工作波形
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三、符合
n 3.1符合方法
符合电路所能识别的“同时”,不是严格的同时, 只表明两输入脉冲的到达时间在一定范围内。所 以tW越大,发生偶然符合的概率就越大。但是, tW也不能选得太小。由于探测器输出信号存在时 间涨落和实际的时检电路存在时间移动和晃动, 真符合事件产生的两信号可能不同时到达符合电 路,在tW过小时将有真符合计数损失,所以要根 据实际条件合适选择tW。选择时主要考虑的问题 就是真符合效率和偶然符合计数率。
¨ 起-停型时幅变换
时间间隔变换成脉冲幅度的最简单方法是在起始信号 与停止信号之间的时间间隔内,用恒定电流充电的方 法。

核电子学课件(部分)

核电子学课件(部分)

二、电荷灵敏前置放大器

2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
计数率效应
由于探测器输出脉冲在时间上是随机分布的,实际输 出电压Vo是围绕其平均值上下起伏的。 当平均计数率n较高时,输出电压的上下涨落分布可近 似表示为高斯分布。则前置放大器的动态范围应不小 于:
二、电荷灵敏前置放大器

2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
t ro
2 .2 R o 2 C o 2 1 Ao F
二、电荷灵敏前置放大器

定量估算
上升时间
当反馈深度AoF很大的时候,可得
t ro
2 .2 C o 2 ( C i C f ) gm C
f
当Ci和gm变化时,对能量分辨率是否有影响?
总结

一、前置放大器的作用与分类
(提高信噪比、减少外界干扰的影响;电压灵敏前 置放大器、电荷灵敏前置放大器、电流灵敏前置 放大器)

2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
变换增益
由于运算放大器的增益一般很大,所以输入信号可简 化为: 则输出信号为: 对于电荷灵敏前置放大器,运算放大器的开环增益Ao 足够大时,电荷变换增益ACQ仅与反馈元件Cf有关,因 此只要采用高稳定精密的反馈电容,就可得到稳定的 电荷变换增益。
二、电荷灵敏前置放大器
二、电荷灵敏前置放大器

2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
输出稳定性
电荷灵敏前置放大器的输出信号幅度为:
放大器开环增益Ao和输入电容的变化对输出稳定性的 影响为:
二、电荷灵敏前置放大器

2.1电荷灵敏前置放大器的主要特性
输出稳定性
引入反馈深度AoF,则
要提高输出稳定性,减小相对变化量,要求AoF足够大。 一般Cf取得较小,所以反馈系数F值也较小,此时放大 器开环增益Ao必须很高。

核医学仪器设备PPT课件

核医学仪器设备PPT课件
首先病人需要摄入含有半衰期适当的放射性同位素药物在药物到达所需要成像的断层位置后由于放射性衰变将从断层处发照相机探头的每个灵敏点探测沿一条投影线ray进来的射线转化为能量较低但数量很大的光信号通过光电倍增管将光信号转化为电信号并进行放大得到的测量值代表人体在该投影线上的放射性之和
核医学仪器设备
1
第一节 核医学仪器分类及原理
8

三、断层图像的重建
SPECT常用的是 1、滤波反投影法

2、迭代法:核医学图像重建的首选方法。
9

四、仪器性能指标
1、γ相机性能指标:5点 2、SPECT断层性能指标:3点
10
11

主要临床应用
▪ 骨骼显像 ▪ 心脏灌注断层显像


▪ 甲状腺显像
▪ 局部脑血流断层显像 ▪ 肾动态显像及肾图检查 ▪ 阿尔茨海默症早期诊断


1、能峰测定:每日
2、每日均匀性:每日 3、旋转中心校正:定期
19

二PET/CT部分
1、本底检测 2、空白均匀性扫描


3、标准化设定
4、剂量与SUV值校正 5、PET图像与CT图像的配准校正
20
21

一、设备分类
1、活度计 2、放射防护仪器


3、显像设备
4、计数和功能测定仪器(非显像测定仪器) 5、体外分析仪器
2
二、射线探测的基本原理

1、射线探测的基本原理是以射线与物质相互作用为基础并根据使 用目的而设计,概括其原理主要有:
(1)、电离作用:通过探测器收集和计量射线电离时产生的大量+、 -离子,反映射线的性质和活度。收集电离电荷的探测器常由电离 室或者计数管组成。 (2)、荧光作用:闪烁体接受射线能量而进入激发态,当激发态 的原子退回至低能态时可发出荧光,探测器收集、计量,从而反映 射线的能量和数量。 (3)、感光作用:射线可使感光材料感光,通过感光强弱反映射 线的强度。

核电子学与核仪器课件12

核电子学与核仪器课件12

路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件12
上次课关键点
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
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件12
本堂课主要内容
n 三、幅度-数字变换
3.1用于幅度分析的模数转换器及其基本性能 3.2线性门和模拟展宽器 3.3线性放电型模数变换
开关速度:线性门在门控信号作用下,无论从开门到 关门,或从关门到开门都有一过度过程。
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件12
三、幅度-数字变换
模数变换器的输入信号幅度A与道数之间的关系称为 模数变换器的幅度响应。
模数变换器 的积分非线 性和微分非 线性
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件12
三、幅度-数字变换
n 3.1用于幅度分析的模数转换器及其基本性能
习惯上的模数变换通常是指幅度-数字变换,简称ADC (其它模拟量变换则指明模拟量,如时间-数字变换)。
¨ 线性门
线性门可分为常闭线性门和常开线性门。
常闭和常开 线性门的传 输函数
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件12
三、幅度-数字变换
n 3.2线性门和模拟展宽器
¨ 线性门
线性门电路有串联线性门和并联线性门等。
串联线性门结构
路漫漫其悠远
并联线性门结构
核电子学与核仪器课件12
三、幅度-数字变换
n 3.2线性门和模拟展宽器
路漫漫其悠远
叠加单道组成的多道分析器
核电子学与核仪器课件12
三、幅度-数字变换
n 3.1用于幅度分析的模数转换器及其基本性能

核电子学与核仪器

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。

②闪烁体应有较大的发光效率(也称转换效率)。

③闪烁体对自己发出的光应该是透明的,这样,闪烁体射出的光子可以大部分(或全部)穿过闪烁体,到达其后的光电倍增管的阴极上,产生更多的光电子。

④闪烁体的发光时间应该尽可能短。

闪烁体的发光时间越短,它的时间分辨能力也就越强,在一定时间间隔内,能够观测的现象也就更多,可以避免信号的重叠。

核电子学基础 ppt课件

核电子学基础  ppt课件


频域卷积
若 Z[ x( n)] X ( z ) 1 Z[h( n)] H ( z ) z 1 则 Z[ x( n)h( n)] X ( ) H ( v ) v dv C 1 2 j v
PPT课件 16
3、Z变换的性质

帕色伐尔定理
若 Z [ x( n)] X ( z )
*
Z [h( n)] H ( z )且令z e j
1 则 x ( n )h ( n ) 2 n=-

2

X ( ) H * ( )d
当x ( n) h( n)时,上式变成
n=-


1 x ( n) 2
2



X ( ) d
PPT课件 17
3、Z变换的性质
PPT课件 14
3、Z变换的性质

z域尺度变换
若 Z [ x ( n)] X ( z ) z 则 Z [a x( n)] X ( ) a
n

时间反转
若 Z[ x(n)] X ( z ) 则 Z[ x( n)] X ( z )
PPT课件 15
3、Z变换的性质

时域卷积
若 Z[ x(n)] X ( z ) Z[ y(n)] Y ( z ) 则 Z[ x(n)* y(n)] X ( z )Y ( z )
u( t t 0 )
1 1 j t0 W XY ( ) X ( )Y ( ) பைடு நூலகம் e j j
*
1 j t0 2 e 2
PPT课件
24
2、信号相关分析

信号的自相关函数
为了确定信号 x(t) 与其时移副本 x(t-τ) 之间的差别 程度或相似程度,定义了自相关函数

核电子学与核仪器

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。

②闪烁体应有较大的发光效率(也称转换效率)。

③闪烁体对自己发出的光应该是透明的,这样,闪烁体射出的光子可以大部分(或全部)穿过闪烁体,到达其后的光电倍增管的阴极上,产生更多的光电子。

④闪烁体的发光时间应该尽可能短。

闪烁体的发光时间越短,它的时间分辨能力也就越强,在一定时间间隔内,能够观测的现象也就更多,可以避免信号的重叠。

《核电子学》课件——核电子学中的仪器标准

《核电子学》课件——核电子学中的仪器标准

NIM信号标准
慢线性信号标准: 幅度:0~1V 或0~10V; 上升时间:50ns; 宽度:0.5~100s; 输入阻抗、输出阻抗无统一标准,现有插件(ORTEC)
中一般为输入阻抗1k,输出阻抗一般有两种:前面板 为<1,后面板93
快线性信号标准: 幅度:0~ -1V,0~ -5V或 0~ -10V; 上升时间:<50ns; 宽度:<1s; 输入阻抗50,输出阻抗很大或<1。
• CAMAC标准
核电子学领域的专业总线,没能在其他领
• FASTBUS 标准 域得到推广
• VME-VXI标准 • PCI-PXI标准 • USB标准
工业界的通用总线,近年来广泛应用于 核电子学领域
重点: 1. 核电子学仪器标准在哪些方面提出了规范要求?
机械标准、电气标准和总线标准 2. 几种典型的标准
Nuclear Instrument Module
最早提出的核电子学插件化的标准。NIM标准是在 计算机大量普及前制定的,因此,一般用于模拟 信号处理系统。
目前,除了前置放大器之外,所有进行模拟信号 处理的设备以及模数变换、计数电路等设备,在 国内外也都按NIM标准设计和生产。
NIM标准的确立大大提高了核电子学仪器的机械 互换性和电气互换性。
核电子学中的仪器和总线标准
NIM(-GPIB)标准: CAMAC标准 FASTBUS 标准 VME-VXI标准 PCI-PXI标准 USB标准
最早发展起来的核电子学标准,模拟仪器 核电子学领域的专业总线,没能在其他领 域得到推广
工业界的通用总线,近年来广泛应用于 核电子学领域
NIM标准
输入阻抗、输出阻抗 50
**由于信号的快上升时间,在负的快逻辑信号处理中必须 考虑电缆匹配的问题。

核电子学课件 PPT

核电子学课件 PPT
• 上、下甄别电路的阈电平通过参考电压运算器供给,结构如图。参考电压 运算器是由上、下运算放大器BG305D组成的加法器和减法器以及精密的参 考电压源构成。两个高稳定稳压管2DW7C提供稳定的参考电压并经过两路 十圈电位器分别提供阈(VT)和道宽(VW)的参考电压,再接到加法器和减 法器的输入端,在它的输出端即可分别获得上、下甄别器的阈电压。
一、脉冲幅度甄别器
• 如果改变阈电压VT,测量到相应的大于VT的脉冲数N(VT), 得到的就是积分谱。如果从阈电压VTn+1上的脉冲计数减去 阈电压VTn上的计数就可得到阈电压上间隔ΔV=VTn+1-VTn中的 计数ΔN。 ΔN和VT的关系就是脉冲幅度分布曲线。
脉冲幅度积分谱
脉冲幅度微分谱
一、脉冲幅度甄别器
一、脉冲幅度甄别器
• 1.2脉冲甄别器电路实例
甄别器电路类型很多,常用的甄别器电路有二极管甄别 器、射极耦合触发器(施密特电路)、交流射极耦合触发器 、集成电压比较器和隧道二极管甄别器。
只有在要求不高时才用二极管甄别器。隧道二极管具有 极高的速度,所以用来构成快甄别器。集成电压比较甄别 器具有电路简单、调整方便、稳定性好、灵敏度高、速度 快等特点。
核科学技术学院 核技术系
核电子学
第四章脉冲幅度分析
§1.脉冲幅度甄别器 §2.单道脉冲幅度分析器 §3.幅度—数字变换
基 本
§1.脉冲幅度甄别器 §2.单道脉冲幅度分析器
内 §3.幅度—数字变换

掌握:脉冲幅度甄别器的结构和工作原理,单道脉冲幅度 分析器的结构和工作原理、电路分析,线性放电法模数变 换器的工作原理,电路分析。 了解:逐次比较型模数变换器及闪电型模数变换器。 了解:模数变换的类型和工作原理,模数变换器的使用。

核电子学与核仪器课件

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一、概述
1.3放大器的基本参量及测量方法
放大器的幅度过载特性
抗过载性能可用“过载恢复时间”来表示。其定义: 在给定过载程度的条件下,放大器输出波形回到基线 并保持在基线附近最大额定输出电压±1%的一个带内, 小信号增益已回到正常时所需要的时间。然而,由于 过载引起的下冲还与放大器的成形电路时间常数、输 入脉冲宽度有关,故通常是在一定成形时间常数下, 抗过载性能的表示:规定过载脉冲幅度为最大线性输 入幅度的多少倍,过载恢复时间则以不过载时的脉宽 多少倍来度量。
t'2 r2
t'2 rn
上升时间与带宽的关系: 快的上升时间相应有宽的频带,
0.35 f
tr
因此核测量用的脉冲放大器通常 是一个宽带放大器,而采用负反 馈是提高放大节上升时间很有效 的方法。
一、概述
1.3放大器的基本参量及测量方法
其它类型的一些放大器 (1)偏置放大器
(2)快脉冲放大器
快脉冲放大器是放大特别快的信号,往往要求在时间 信息方面使用。
An
1
Rf R
信噪比对比:
AS R f AS R R f
信号从同相端输入
An 1 An
二、谱仪放大器的放大节
2.2分立元件构成的 放大节电路
(1)采用差分放大器 作为输入级,可以提高 电路的抗过载性能。
二、谱仪放大器的放大节
2.2分立元件构成的 放大节电路
(2)采用交直流分开的 负反馈。从交流反馈来 看是电压串联负反馈, 故具有电压串联反馈的 一切优点。
放大器输出信号的形状,取决于成形滤波电路,所 以放大节上升时间必须比滤波成形电路的上升时间 小得多。
一、概述
1.3放大器的基本参量及测量方法

核电子学与核仪器课件3

核电子学与核仪器课件3
随机性(时间、幅度)
信号弱,但跨度大( μV~几十伏) 速度快
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
¨ 核辐射探测器的分类 给出信号(电信号与非电信号) 电信号: 气体探测器(气体电离室,正比计数器,G-M 管等) 半导体探测器( P-N结、PIN结、高纯锗等) 闪烁体探测器(=闪烁体+光电倍增管)
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.1核辐射探测器的要求和特点
核辐射测量中,最基本的特点是它的统计性,因 为在核辐射探测器中,射线与物质相互作用的过 程是随机的,且核衰变过程也是也是以一定的概 率性来表现的;所以,必须对大量事物的统计规 律作出相应的处理和分析。
¨ 核电子学信号的特点
等效噪声电压:
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
二、核电子学中的噪声
2.1噪声对核测量的影响
等效噪声电荷(ENC) 为了判断核谱测量系统对电荷量、能量的分辨 程度,也可将系统的输出端噪声折算到输入端, 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:
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件3
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
(1)核辐射探测器实质上就是一个能量-电荷转换器, 用于把抽象的核辐射信息转换成具体的电信号;
(2)对核辐射信息的处理实际上就是对探测器输出信号 的处理,从探测器输出信号中提取出核辐射信息,并 转换成相应的物理量;
n 2.2噪声的分类与噪声源
核电子学中的主要噪声有三类: 散粒噪声(探测器漏电流的噪声、场效应管栅极 漏电流噪声) 热噪声(场效应管的沟道热噪声、电阻原件的热 噪声) 低频噪声(场效应管闪烁噪声)

现代核电子学 课件(中科院高能所)第三章 1

现代核电子学 课件(中科院高能所)第三章 1
tM Q VOM i D (t )dt / C f 0 Cf • 因为C f 常量,所以 VOM 只与总电荷量Q有关,鉴于这一特点,常将这种 类型电路称为电荷灵敏前置放大器。 现代核电子学讲稿 刘振安
• 由于反馈电容可以足够稳定,输入电容 C i 的 影响可以忽略,输出电压幅度 VOM 有很好的稳 定性,因此这种电荷灵敏前置放大器常用于 高能量分辨率能谱仪系统。 • 为了释放 C f 上不断累积的电荷量,并稳定 反馈的直流工作点, 需要采取一些措施, 如附加一个阻值较大 ( ~109Ω量级)的反馈电 阻 R f 与 C f 并联, R f 常称为泄放电阻。
oM
Q Ci (1 A0 )C f
Ci (1 A0 )C f
Cf
于是,变换增益为 (伏/库仑或伏/皮库仑)。 ACQ 表示单位电荷量输入该放大器后所得到的输出幅度。例如 C f =1pF, ACQ 11012 伏/库仑。因 ACQ 是相对于电荷量输入而言, 又称为电荷灵敏度,或电荷变换增益。对电荷灵敏放大器, 当 A0足够大时,电荷变换增益ACQ 仅与反馈元件-电容 C f 有 关,而与 A0 和 C i 是否稳定无关,因此只要采用高稳定度精 密的反馈电容,即可得到相应稳定的电荷变换增益。
C if C i (1刘振安 A0 )C f 现代核电子学讲稿
由此
ViM

tW
0
i D (t )dt Cif

Q表示输入电流 iD (t ) 的总电荷量。 因为运算放大器的增益 A0通 Cf 》 C f ,所以ViM Q 常很大,即 A0 》1,而且(1+A0 ) 。 A0 C f A0 Q Q 而输出幅度 V
现代核电子学讲稿 刘振安
前置放大器的作用与分类

核电子学与核仪器课件15

核电子学与核仪器课件15
核电子学与核仪器-课件 15
路漫漫其悠远
2020/11/19
核电子学与核仪器课件15
上次课关键点
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
本堂课主要内容
n 五、闪电型模数变换器 n 六、模数变换器的主要技术性能及其测量
6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性 6.2模数变换器的微分非线性 6.3计数率特性 6.4道剖面
滑 移 脉 冲 发 生 器 的 波 形
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 6.2模数变换器的微分非线性
滑移脉冲发生器的脉冲序列可表示为:
单位幅度间隔内的脉冲数:
微分非线性DNL为:
由各道计数偏差求得的各道道宽的相对偏差为:
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 6.1模数变换器的道宽、零点和积分非线性
¨ 峰位法 模数变换器的积分非线性:
理想值与真实值之间的偏差为:
积分非线性为:
路漫漫其悠远
温度变化
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 计算积分非线性的更精确方法可以用最小二乘法 得到最佳拟合直线。
实测N个点,可得
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核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 由此可得到积分非线性为:
为了简便,实际工作中往往用近似方法计算。
路漫漫其悠远
核电子学与核仪器课件15
六、模数变换器的主要技术性能及测量
n 6.2模数变换器的微分非线性
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核电子学与核仪器课件3[1]
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
(1)核辐射探测器实质上就是一个能量-电荷转换器, 用于把抽象的核辐射信息转换成具体的电信号; (2)对核辐射信息的处理实际上就是对探测器输出信号 的处理,从探测器输出信号中提取出核辐射信息,并 转换成相应的物理量; (3)核辐射探测器通常可以看成是一个电流源; (4)不同的探测器,其能量-电荷转换过程及持续时间 是不同的,输出信号各有其特点,需采用不同的处理 方法或手段。
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核电子学与核仪器课件3[1]
一、核辐射探测器及其输出信号
1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
气体探测器
入射粒子在电离室中引起电离,电子、离子漂移形成电流; 当外加电压升高时,探测器工作于正比区,就成为正比计 数器;当气体放大倍数随电压急剧上升,电子雪崩持续发 展成自激放电,则成为G-M计数器。
n 一、核辐射探测器及其输出信号
1.1核辐射探测器的要求和特点 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号 1.3核辐射探测器的基本性能 1.4核辐射探测器的输出电路 1.5核辐射探测器输出信号的数学模拟
n 二、核电子学中的噪声
2.1噪声对核测量的影响 2.2噪声的分类和噪声源
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核电子学与核仪器课件3[1]
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核电子学与核仪器课件3[1]
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
¨ 半导体探测器
常 用 的 半 导 体 探 测 器 包 括 金 硅 面 垒 探 测 器 、 Ge(Li) 和 Si(Li)探测器、高纯锗探测器等,它们都是以半导体材料 为探测介质,具有能量分辨率高,线性范围宽等优点。
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一、核辐射探测器及其输出信号
1.5核辐射探测器输出信号的数学模拟
•在 数 学 上 , 引 入 单 位 冲击函数,则电流脉冲 可用冲激脉冲来模拟。
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一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.5核辐射探测器输出信号的数学模拟
1.3核辐射探测器的基本性能
分辨率
探测器实际分辨核信息的能力,主要有能量分辨率、时间 分辨率、空间分辨率。
•为了区分不同N0值的 相对能量分辨率,常 定义探测器固有能量 分辨率为:
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一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.3核辐射探测器的基本性能
¨ 线性响应
总电子-离子对数:
相应电荷量:
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一、核辐射探测器及其输出信号
1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
气体探测器
电流信号i(t)的时间持续过 程,主要与电子和离子的 漂移速度有关。通常,在 电离室中电子漂移速度较 快,约微秒量级,而离子 漂移速度慢得多,约毫秒 量级。
•等效噪声电压:
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二、核电子学中的噪声
2.1噪声对核测量的影响
等效噪声电荷(ENC) 为了判断核谱测量系统对电荷量、能量的分辨 程度,也可将系统的输出端噪声折算到输入端, 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:
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核电子学与核仪器课件3[1]
核辐射测量中,最基本的特点是它的统计性,因 为在核辐射探测器中,射线与物质相互作用的过 程是随机的,且核衰变过程也是也是以一定的概 率性来表现的;所以,必须对大量事物的统计规 律作出相应的处理和分析。
¨ 核电子学信号的特点
随机性(时间、幅度)
信号弱,但跨度大( μV~几十伏) 速度快
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n 1.4核辐射探测器的输出电路
核辐射探测器可以看成为一个电流信号源 i(t),在 作时间测量时,由于要求保持时间信息,可以直 接利用这种电流源的时间特性。在作能谱分析时, 因为与能量成正比的量是探测器收集的电荷或电 荷在电容上的积分电压,所以要求探测器输出电 荷或电压信号。如果既要作时间测量,又要作能 量测量,则应要求探测器既输出电流信号又输出 电荷信号。
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二、核电子学中的噪声
n 2.1噪声对核测量的影响
¨ 噪声与干扰
干扰:主要是指空间电磁波感应,工频交流电网 的干扰,以及电源纹波干扰等外界因素。
(可在电路和工艺上予以减小或消除) 噪声:是由所采用的元器件本身产生的。
(可以设法减小但无法消除)
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•等 •效 •电 •路
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一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
¨ 闪烁体探测器
当射线入射到闪烁晶体时,先使闪烁体中的分子或原子激 发,然后退激时发出荧光,此光脉冲射到光电倍增管的光 阴极上转换成光电子,通过管内逐级倍增,最后在阳极上 收集成为电流脉冲i(t)。
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.4核辐射探测器的输出电路
¨ 闪烁探测器
•Ci不变,输 出 电 压 随 Ri 的变化。
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一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.4核辐射探测器的输出电路
¨ 闪烁探测器
•Ri 不 变 , 输出电压 随Ci的变 化。
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¨ 由脉冲及相关参数所得到的信息
脉冲所携带的电荷量(入射粒子能量;能谱) 脉冲出现的准确时刻(粒子入射的准确时刻;时间谱) 单位时间内的脉冲数(入射粒子数;强度、剂量) 脉冲的形状(入射粒子类型)
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核电子学与核仪器课件3[1]
一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.1核辐射探测器的要求和特点
二、核电子学中的噪声
2.1噪声对核测量的影响
等效噪声能量(ENE) 由于单位电荷为e,可以算出输入端等效的电子离子对数(ENN)。 •等效噪声能量:
如果探测器固有的能量分辨率半高宽为(FWHM)DE,则 由于噪声叠加,系统的能量分辨率变坏。
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二、核电子学中的噪声
输出幅度大小
•电荷数 •V/(MeV)
气体探测器
电离室 正比计数器
3×104 107
4.8×10-4 0.16
半导体探测器 闪烁体探测器
锗(77k) 硅(室温) NaI(Tl)闪烁体
3×105 3×105
108
4.8×10-3 1.6
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一、核辐射探测器及其输出信号
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一、核辐射探测器及其输出信号
1.5核辐射探测器输出信号的数学模拟
各类核辐射探测器通过后接输出电路,将被测量 的核辐射信息转换成具有一定特性形状的波形。 当信号延迟时间与输出电路时间常数相比小得多 时,可以认为核辐射探测器信号主要以脉冲形式 出现,探测到的单个或一群粒子转化成单个或一 系列电脉冲,而且,当电荷收集时间较短时,可 以认为是一种持续时间极短的电流冲击脉冲。
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一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.4核辐射探测器的输出电路
¨ 脉冲电离室
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一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.4核辐射探测器的输出电路
¨ 脉冲电离室
•脉 •冲 •电 •离 •室 •输 •出 •波 •形
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一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.2核辐射探测器的主要类别和输出信号
¨ 核辐射探测器的分类 给出信号(电信号与非电信号) 电信号: 气体探测器(气体电离室,正比计数器,G-M 管等) 半导体探测器( P-N结、PIN结、高纯锗等) 闪烁体探测器(=闪烁体+光电倍增管)
一、核辐射探测器及其输出信号
1.1核辐射探测器的要求和特点
核物理和粒子物理实验中,最基本的测量过程是
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一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.1核辐射探测器的要求和特点
核电子学所研究的是如何处理和分析核辐射探测器给 出的信号。通常核辐射探测器的输出信号是一系列幅 度大小不一、波形不尽一致、前后间隔疏密不匀出现 的时间随机分布的电荷或电流脉冲。
n 2.2噪声的分类与噪声源
核电子学中的主要噪声有三类: 散粒噪声(探测器漏电流的噪声、场效应管栅极 漏电流噪声) 热噪声(场效应管的沟道热噪声、电阻原件的热 噪声) 低频噪声(场效应管闪烁噪声)
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•冲击函数和冲击脉冲系列
核信号的统计性决定了处理问题的特殊性。上述
表达式作为核电子学电路的输入信号,它为后续 电路对信号的处理和研究提供了数学模拟。
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二、核电子学中的噪声
n 2.1噪声对核测量的影响
当实际获取核辐射探测器输出的能量或时间信息 时,不可避免会遇到探测器和核电子学本身所固 有的噪声。这种噪声叠加,混杂到信号上,将使 核辐射测量系统的能量或时间分辨能力受到影响。 因此,要精确分析核探测器信号,噪声是提高测 量精度的严重障碍。
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一、核辐射探测器及其输出信号
n 1.4核辐射探测器的输出电路
¨ 半导体探测器
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