《信号与噪声》PPT课件

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1、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§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）。由于信号的统计性，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）核信息：能量（能损），粒子入射时间、强度、粒子类型（α.β.γ.n.p.d）对信号脉冲的幅度、时间、波形和数目等参数量的获取、处理和分析，可以获得粒子的动量、能量、电荷量、质

2、量、时间和空间关系等各种性质。§1.核辐射探测器及其输出信号二．探测器类别和输出信号1.电离室输出信号：图1.1.22.半导体探测器金硅面垒探测器、Ge(Li)和Si(Li)探测器、HPGe探测器等。§1.核辐射探测器及其输出信号固体电离室，与气体情况类似。平均电离能约3ev，电子空穴收集时间约为10-7s。§1.核辐射探测器及其输出信号3.闪烁探测器电子经过光电倍增管的打拿极需要一定时间，所以电流信号i(t)和电压信号vc(t)比入射粒子产生的光脉冲要有延迟时间t1，光子在光阴极上转化成光电子的位置不同，t1有涨落，电流和电压信号有一时间分布。§1.核辐射

3、探测器及其输出信号三．核辐射探测器的基本性能（指标）探测效率、输出幅度、分辨率、线性响应、稳定性表1.1表1.2表1.3表1.4§1.核辐射探测器及其输出信号四．核辐射探测器的输出电路1.脉冲电离室图1.1.6(a)、(b)、(c)、(d)、(e)R=RL//RiC=CO+Cs+CiRC>T+Vm=Ne/C§1.核辐射探测器及其输出信号2．半导体探测器图1.1.7(a)、(b)、(c)RD偏置电阻Rd灵敏区电阻R’、C’非灵敏区电阻电容Ri、Ci放大器输入电阻和电容、Cs分布电容、Cc隔直电容RC>T输出即可达Ne/CRD//RiCD//Cs//Ci

4、§1.核辐射探测器及其输出信号3.闪烁探测器图1.1.8(a)、(b)、(c)、(d)、(e)R=Ra//RiC=Co+Cs+Ci五．输出信号的数学模拟单位冲击函数0电流冲击脉冲冲击序列§2.核电子学中的噪声一.噪声干扰和噪声均方值信噪比η=Vo/Vno等效噪声电压(ENV)等效噪声电荷(ENC)等效噪声电荷数(ENN)等效噪声射线能量(ENE)分辨展宽噪声半高全宽(FWHM)NE=2.36（ENE）探测器固有能量分辨半高全宽(FWHM)DE一、噪声对核测量的影响(1.2.2)§2.核电子学中的噪声二、噪声的分类和噪声源1.散粒噪声产生原因：载流子

5、产生和消失的随机涨落表现形式：电流的瞬时波动（输出电压的波动）§2.核电子学中的噪声2.热噪声导体或电阻中载流子的热运动，与外加电压和平均电流无关，主要与温度有关。图1.2.3场效应管多子在沟道中作热运动产生的沟道热噪声电压如1.2.12式3.低频噪声一种随频率降低而增大的噪声场效应管的低频噪声（闪烁噪声）电压如1.2.14式除上述三类噪声外，由于系统安装位置的机械振动或冲击，也会造成颤噪声，故需尽量减少测量现场的振动和冲击。§3.核电子学中的信号与噪声分析基础一、时域和频域分析网络(电路或系统)分线性网络（描述方程为线性微分方程)、非线性网络（数学分析方法

6、处理）。图1.3.1核脉冲通过线性网络§3.核电子学中的信号与噪声分析基础傅氏变换与拉氏变换的应用过程§3.核电子学中的信号与噪声分析基础§3.核电子学中的信号与噪声分析基础二、核电子学中常见的基本电路分析1.探测器的输出电路冲击响应Ｖ(t)=h(t)=频率响应H(ω)=R/(1+jωRC)振幅频谱∣H(ω)∣=R/相位角θ(ω)=-arctg(ωRC)=-tg-1(ωRC)高频半功率点§3.核电子学中的信号与噪声分析基础2.RC积分电路（低通滤波器）冲击响应频率响应H(ω)=1/(1+jωRC)振幅频谱和相位角§3.核电子学中的信号与噪声分析基础3.CR

7、微分电路（高通滤波器）H(ω)=jωRC/(1+jωRC)

8、H(ω)

9、=θ(ω)=tg-11/(ωRC)§3.核电子学中的信号与噪声分析基础h(t)=1/2δ(t)-1/2δ(t-τd)

10、H(ω)

11、=

12、sin

13、4.短路延迟线H(ω)=§3.核电子学中的信号与噪声分析基础三、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（1）噪声（随机信号）概率密度函数-高斯分布§3.核电子学中的信号与噪声分析基础平均功率——自相关函数、功率谱密度噪声的随机过程是平稳随机过程，自相关函数是时间差的函数与时间无关。§3.核电子学中的信号与噪声分析基础白噪声——白谱图

14、1.3.11有限宽的白噪声谱密度与自相关函数噪声频带