核电子学方法

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§2 多道分析器中数据获取系统
一．基本结构 二．硬件多道分析器数据获取系统组成 三．直方图（多道分析器）工作模式 四．多定标工作模式 五．基于计算机的多道分析器 六．数字化谱仪
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一、多道分析器基本结构
多道分析器的功能是将输入信号按其幅度大小或按其时间 间隔大小进行分类，然后按其类别作统计而获得计数按幅 度大小或按其时间间隔大小分布的关系。我们把这种分布 图称为直方图，从分布关系中可以得到脉冲幅度谱或时间 谱。 多道分析器在结构上分成两部分：模数转换器（ADC或 TDC）和数据获取和处理系统。
计数率计基本电路
•各种实际计数率计在电路上差别主要在于电流脉冲的成形电路。 •用二极管泵电路产生电流脉冲的计数率计原理 ： 输入信号先被成形为幅度为V1宽度为Tw（5R1C1）的电压脉冲，R1 为信号源内阻和D1的正向电阻之和在信号负向跳变到V1时，经D1对C1充电， C1上电压可达到V1（因为Tw ≥ 5R1C1）C1上得到电荷为C1V1； 输入信号过去后， C1经D2 、C2放电。选择C2 C1，放电时间常数也为 R1C1。为保证放电到稳态，应使（T－Tw ） 5R1C1 其中T为输入脉冲时间间隔。在C2上由于C1放电获得电压为V2，此时C1放 电完成时也应有电压V2 。故在放电过程中输给的电荷量为Q=C1(V1-V2)，
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计数设备--计数率计
基本原理
– 为了测量信号的计数率且不受信号幅度和宽度的影响，需先将 信号成形为形状与幅度均为一定的电流脉冲ii(t)，脉冲的电荷 量为Q，在计数率为n时，流过电流表的电流I2的平均值为nQ， 电阻上降压V2平均值为nQR，正比于计数率n。 – 电容C为了减小信号在时间上的统计涨落，为了减小涨落，这 个电容越大越好；但是在计数率发生变化时， V2要达到稳定， 需要一定建立时间，建立时间应为 5RC，C值越大，建立时间 就很长， C值应该取得适量 。
定 标 器 的 原 理 框 图
定标器工作方式选择
• 工作方式可以选择： – 手动起停，S5置在“不予定”方式， 也不加外控信号，由手动按钮S6和S7 控制计数的开始与停止。 – 外控起停， S5置在“不予定”方式， 由外加控制信号控制计数开始和停止。 – 定时计数， S5置在“定时”方式。按 下S6使计数开始，同时打开时钟门G2 由石英时钟振荡器的脉冲进入计时电 路进行计时。计时电路的各位译码输 出端由“予定时间” S4开关选择，到 达予定时间时， S4输出低电平通过门 G3使RS触发器复位，停止计数。 – 定数计时， S5置在“定计数”方式， 按下S6使计数开始，同时使计时开始。 但是记数的停止由“予定计数”开关 S3选择决定。在此方式中，显示器显 示的是时间。
V2＝nQR
V2 nRC1 V1 1 nRC1
若满足nRC1<<1时，
V2 nRC1V1
I 2 nC1V1
计数率计实际电路
•电容c通过二极管充电、通过T三极管放电。T的集电极输出电阻很大，近似 为恒流源，输出电流不受V2大小影响。因此每个电流脉冲对电容器输送电荷 量应与V2无关。这种电路V2与n间有较好的线性关系。 •S1是计数率量程开关，S2与它同步调节，更换电位器，用来核准各量程的 满刻度；S3是还原开关 ；S4用来选择读数建立时间；附加电阻 R1为了减 小负载；R0用来改善充电特性的，因为二极管在小信号时，正向电阻很大， C1被充电到接近于稳态时, 由于二极管内阻增大而使充电速度变慢， R0可 加速充电速度 。
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三、直方图工作模式－多道分析器 数据获取过程
• 多道分析器数据获 取和处理系统的主 要功能是：完成大 量经过量化处理的 信息按类（数码） 进行统计，并将结 果存储起来。
多道幅度分析器数据变换结束时，向数据获取系统发出存储命令。 由控制器发出取址命令，把ADC输出的码送到存储器的地址寄存器。 控制器发出读信号，按道地址取出该道的已有存数送到数据寄存器上，进行加1运 算。 控制器再发出写信号，将数据寄存器上的新数写回该道中去。 存储结束后，主机给ADC发回回答信号，解除占用封锁，允许分析下一个信号。
核电子学方法
第六章
数据采集
第六章 数据采集
§1 计数设备 §2 多道分析器中数据获取系统 §3 高能物理实验中电子学和数据获取系统 §4 数据获取系统中新技术的应用
结束
§1 计数设备
在数据获取中，最简单而且用得最普遍的是计数 设备，它用来测量信号的计数率。定标器和计数率仪是 常用的计数设备。 • 定标器
定标器是用来测量一定时间间隔内的输入脉冲数；
• 计数率计
计数率计则是用电表直接指示出信号的计数率——单位 时间内平均脉冲数。
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计数设备--定标器
计数电路和计时电路一般由十进制计数器组成。定标器的输入部分通常设 有极性开关S1 、缓冲级B和幅度甄别器D。计数电路的容量一般为（1000000－ 1）。甄别器的输出脉冲加到计数电路之前由计数门G1控制, G1 由RS触发器控 制。
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二、硬件多道分析器数据获取系统组成
多道分析器数据获取系统
输入部分可以是ADC，也可以是TDC，其主体部分由存 储器、运算器和控制器组成，显示器和输出接口电路是 它的辅助部分。
多道分析器数据获取系统各部分功能
• 存储器起到储存各道计数的作用。为了存放数据，它的基本 操作是选址（选道）、存入数据（写入数据）和取出数据 （读出数据）。通常用随机存取存储器（RAM）实现。 • 运算器完成被选中道的计数累加功能，即在该道原有计数上 加1； • 控制器在接收输入部分送来的存储命令之后，发出一系列操 作命令，这些命令包括有：从输入部分取出地址码、对存储 器选址、将被选中道的原有计数读入运算器、使运算器作加1 运算、将累加之后计数写回被选中道的存储单元中去和发回 获取完毕的回答信号使输入部分的占用封锁解除； • 硬件多道分析器显示器用来实时地显示已存入的谱曲线（直 方图），多用 CRT显示谱形显示，把存储器内各道计数作为 纵座标、道址作为横座标在荧光屏上显示出来 ； • 接口电路作为多道分析器与外部设备（如打印机、描迹仪和 计算机等设备）之间连接的电路。