第四章脉冲幅度甄别和分析

时间分析
时间间隔概率密度分布的测量
两个信号之间的时间间隔分布可以用延迟符合方法测量 通过改变两道符合输入信号之间的相对延迟时间测量其相应 计数得到符合曲线，这种方法称之为单道时间分析器 用单道时间分析器测量一个时间分布要很长时间，同时仪器 长期工作时也会有稳定性问题，所以需要一次测量就得到时 间间隔分布的多道时间分析器
Tw=(V3-0.6)C2/I，取I=4mA、C=14pf、V3=2V时，Tw=5ns
符合电路
快慢符合电路
电流I由恒流源提供，静态时T管的电流分成三路流入各路输入 端中成形电路中，各路之间由电阻、电容相互隔离，使各路 中B点的信号互不干扰 调节T的电流可同时调节各输入电路中成形信号宽度Tw，图中 I的调节范围为4mA~0.36mA，相当于Tw可调范围为5~55ns 三路V5信号加入或门G进行符合，经过成形单稳电路后作为符 合输出，信号宽度500ns
决这个矛盾，常采用快慢符合技术
符合电路
快慢符合电路
符合测量中有慢符合和快符合之分，在电路上也可分为慢符 合电路和快符合电路 慢符合电路的分辨时间为10ns~10μs，符合电路单元大部分用 与非门作成，TTL门可做到分辨时间为100ns左右，ECL电路 可达到ns量级 快符合电路单元是用高速元器件如高速隧道二极管、高速二 极管等做成，加上甄别成形电路即可组成快符合电路
符合电路
符合电路的分辨时间
理想情况下，有：
1, t d t w WE t d 0, t d t w
实际情况下，由于输入信号有一定上升和下降时间，而符合 门有一定门槛电平，即对符合门输入而言，信号的有效宽度 变小了；由于符合门和后继甄别电路有一定渡越时间，当输 入信号重合时间太窄时，符合电路将不能响应；此外叠加在 信号、符合门的门槛电平和后继电路阈值偏置电路上的噪声， 也会使有效宽度发生涨落
时间分析
一个事件为起始事件，另一个为停止事件，两个事件 相对时间间隔大小是随机分布的，这种随机性质不论
Hale Waihona Puke 是对时间相关的一对核事件的时间信息，还是对于时
间相关的大量核事件时间信息，还是对于单个信号所 携带的时间信息，都是一样的 时间分析是分析一个事件与另一个事件之间的时间关 系，也就是测量核事件的时间间隔概率密度分布
符合电路
符合实际上是一种事例选择，在物理上符合是指两个 物理事件在时间上相互重合，如辐射源的一个核事件
被两个探测器探测到
理想的符合是指两个事件在时间上完全重合，即两个 事件的时间差Δt=0，由于探测器输出信号都有一定的 时间宽度和一定的时间涨落，所以实际的符合是指事 件在一定的时间间隔内的重合
na WE (t d )n1n2 dtd


符合电路
符合电路的分辨时间
若将把WE(Td)看成宽度为τE高度为1的矩形函数，则有：
na E n1n2
偶然符合与二个电路相对延迟时间无关，随着τE增加，偶然符 合也随之增加，反应到瞬时符合曲线，表现为曲线高度平移 地升高，这与物理符合曲线相符 因此从物理符合曲线中减去偶然符合事例，就可以得到真符 合的符合曲线
时间，根本上取决于探测器和定时系统的时间涨落大小
符合电路
快慢符合电路
时间上相关的事件本身还存在一些特点，例如粒子的能量有 一定范围，即信号的幅度落在一定范围之内，因此可以在时 间符合作为基本条件之下，用幅度选择作为辅助措施来减小 偶然符合 由于经过幅度甄别之后的信号往往时间晃动都很大，因此在 幅度甄别之后再进行符合，其分辨时间不能取得很小，否则 会降低效率，但增大分辨时间又会使偶然符合增加，为了解
静态时D1和D2导通，A点电位约为0.3伏，D3、D4截止 当输入信号V1幅度不大时，D1、D2保持导通，信号经过D1、 D2输入，此时输入电路起微分作用，微分时间常数为85ns 当输入信号过大时，D1截止，A点电位上升到2V左右，起到 限幅作用，当有过大负信号加入时，D2截止，D3、D4导通， V2负向幅度不超过-1.4V 输入信号经过微分、限幅电路后输入到单稳电路
与门；对于一个负信号输入相当于一个或门；在反符
合时，相当于一个异或门
符合电路
符合电路的基本结构
二个输入信号经过定时成形电路后，分别以宽度为Tw1和Tw2的 标准信号加入符合门电路，只有当二个信号发生重叠时，符 合门才有信号输出
符合电路
符合电路的基本结构
设输入信号的到达时间分别为T1和T2，只有二个信号满足条件： -Tw1<T1-T2<Tw2时，符合门才有输出，其分辨时间τ为Tw1+Tw2， 取Tw1=Tw2=Tw，则τ=2Tw 符合电路分辨时间τ定义为：能产生符合输出的几个输入端脉 冲之间的最大时间间隔
符合电路
电子学上的符合是指脉冲信号的符合，即在一个给定 的时间间隔中，选定的两道或更多道上出现脉冲
具有符合功能的电路单元称为符合单元，其功能是：
当输入信号的时间重叠满足预先给定的符合条件时就 输出一个时间确定的信号
符合电路
符合单元一般可以由逻辑门构成，其的基本逻辑功能 相当于一个数字门电路，对于正信号输入相当于一个
符合电路
符合电路的分辨时间
在实际情况下，由于输到符合门的信号并非是理想矩形脉冲， 同时符合门和甄别成形电路的渡越时间也并不为零，因此对 理想情况下能符合的事例，实际上不可能100%给出符合输出， 即存在一个符合效率的问题 为了测定符合系统（包括探测器在内）的时间分辨能力，常 利用同一瞬间产生两个粒子的放射源、或用激发态寿命远小 于系统定时误差的放射源来测定系统的瞬时符合曲线
符合电路的分辨时间
由真符合事件测得的物理瞬时符合曲线WP(td)应为输入到符合 电路的两路信号时间差的概率密度函数Pd(td)与电子学瞬时符 合函数WE(td)的卷积：WP(td)=Pd(td)*WE(td)
符合电路
符合电路的分辨时间
物理瞬时符合曲线图中的纵坐标为：W(td)=(np(td)+na)/np0，其 中np0为真符合事件输入计数率，na为偶然符合计数率，np(td) 为真符合事件计数率；图中的横坐标为：td/σ，其中σ为两路信 号输入到符合电路时间差涨落的方差；τE为电子学分辨时间 当τE>>σ时，物理瞬时符合曲线形状与电子学瞬时符合曲线相 似；当τE与σ值相近时，由于真符合计数的丢失，导致物理曲 线高度下降，形状变窄，平顶部分消失
时间分析
常用时间分析器分类
第一类：二个信号输入到时间间隔幅度变换电路（TAC）， TAC的输出幅度正比于信号间的时间间隔，然后进行幅度-数 字变换（ADC），最后送入数据获取与处理系统
时间分析
常用时间分析器分类
第二类：二个信号加入到时间间隔编码电路（TDC），TDC 输出的数码正比于信号间的实时间间隔，再将其送入数据获 取和处理系统（DAQ）
符合电路
快慢符合电路
快慢符合测量结构框图：探测器信号经过时检电路后进行快 符合，由于时间晃动小，因此可选取较小的分辨时间；同时 信号又分别经过单道分析器进行幅度选择；只有在时间和幅 度上都满足给定条件时，三重慢符合电路才产生输出
符合电路
快慢符合电路
快慢符合电路实例
符合电路
快慢符合电路
符合电路
符合电路的分辨时间
在实际测量中，除了真符合事例外，还有大量不属于同一核 事件互不相关的粒子进入二个探测器，它们有可能在分辨时 间之内随机地进入符合电路各输入端而产生输出，称这种符 合为偶然符合，显而易见偶然符合与二个电路的相对延迟时 间无关
符合电路
符合电路的分辨时间
设D1和D2分别有n1和n2的计数率信号输出，它们是相互独立无 关的。D1在每秒钟平均输出n1个信号，在其每个信号后Td到 Td+dTd间隔内，D2的信号出现的概率应为n2dTd，即二个探测 器均出现信号的概率为n1n2dTd，被符合电路记录的概率为 WE(Td)，则偶然符合计数为：
时间分析
常用TDC类型
直接计数型TDC：将待测二个信号分别输入RS触发器的起始 端和停止端，则RS触发器Q端输出信号的宽度即为二个输入信 号的时间间隔
时间分析
常用TDC类型
用起始信号触发一个时钟发生器，其产生的时钟脉冲加到时 钟门输入端 用RS触发器的输出信号控制时钟门，因此通过时钟门的脉冲 个数将正比于信号的宽度，即正比于二个输入信号的时间间 隔：m=int[(Tb-Ta)/T0]，其中T0为时钟脉冲的周期 将此系列脉冲输入地址寄存器进行串-并变换，即可得到脉冲 间隔的数字编码输出
符合电路
符合电路的分辨时间
由于时间涨落的影响，一对真符合信号到达符合电路的时间 差会出现晃动，当τE选得较小时，真符合事件可能漏记，造成 真符合计数损失，τE越小，损失越多 当τE取得较大时，符合曲线出现平顶，其符合事件可被全部记 录下来，但偶然符合计数na也正比地增大，偶然符合与真符合 计数之比随之增大，从而使统计误差增大 分辨时间τE的选择要综合考虑，符合系统所能达到的最小分辨
符合曲线才能得到
符合电路
符合电路的分辨时间
符合曲线定义为输入信号的相对延迟时间与符合计数之间的 关系曲线，符合曲线的半高宽FWHM即为符合电路的分辨时 间 实际过程中，输入脉冲信号具有上升时间和下降时间，符合 电路本身也具有渡越过程，因此在两个输入信号符合时，符 合输出信号幅度会变小，若输出信号幅度小于甄别阈时则不 能被记录
符合电路
符合电路的分辨时间
电子学瞬时符合曲线：当使用一个信号源代替放射源和探测 器作为二重符合电路的输入时，测量得到的瞬时符合曲线仅 反映电路本身的特性，称为电子学瞬时符合曲线
符合电路
符合电路的分辨时间
信号源输出计数率为n0的信号Vi通过延迟线Td1和Td2后，分别 加入符合电路的两个输入端 两路信号的相对延迟量Td=Td1-Td2，若Td1固定、Td2可变，则可 通过改变Td2来调节Td 将符合电路输出信号送入到计数器，测得符合计数率nc 由此可以求得nc(Td)/ n0~Td的关系曲线，此曲线即为电子学瞬 时符合曲线
时间分析
时间间隔概率密度分布的测量
多道时间分析器进行时间分析，与用多道脉冲幅度分析器进 行分析类似，在一次测量中首先将各种时间间隔的脉冲进行 分类转化为数字编码，然后分别存入多道分析器的存储器对 应的道中，并对数字化信息进行统计和分析 多道时间分析器能大大缩短测量时间，并且道宽可以做得很 小，即时间分辨较好
符合电路
符合电路的分辨时间
在这些因素的影响下，瞬时符合曲线不仅宽度减小，而且形 状上也会偏离矩形 通过电子学瞬时符合曲线，可求出电子学分辨时间τE=FWHM
符合电路
符合电路的分辨时间
物理瞬时符合曲线：当使用瞬时符合放射源和探测器系统作 为输入时，可测量得到物理瞬时符合曲线
符合电路
符合电路
符合电路的分辨时间
定义符合重叠为符合单元能识别输入信号同时存在和产生一 个输出信号之前所需要的最小输入重叠，有时也定义为输入 信号的最小宽度，当输入信号的宽度小于此宽度时,符合单元 不能产生符合输出 定义双脉冲分辨时间为对于两个或更多个十分接近的输入信 号区分的能力，或者对于上述信号的响应能力，双脉冲分辨 时间同样要保留最多符合重数
符合电路
符合电路的分辨时间
理想情况下，输入信号为矩形脉冲，不存在时间移动和晃动， 符合电路不存在过渡过程，时间间隔在±Tw之间都会产生符合 输出，则符合电路分辨时间为2Tw 实际中，除了信号形状、时间晃动、渡越时间等因素外，符 合电路输出后面必须跟着一个脉冲幅度甄别器以便把不是真 符合的信号甄别掉，这样真符合信号也会损失一部分，因此 符合电路的分辨时间将不是2Tw，而必须通过测量符合电路的
符合电路
快慢符合电路
单稳电路输出信号V3的宽度设计为大于符合电路所需要的成 形脉冲宽度Tw，在此电路中Tw为5ns~55ns，因此V3的宽度取 为100ns B点静态电位为+0.6V，V3使B点电位往下跳动V3（V3信号的 幅度）时，甄别器输出信号下跳到低电平，恒流源I对C2充电， 使B点电位V4上升 当V4上升到零电位时，甄别器复位翻转，V4的宽度为：