Экспериментальные методы ядерной физики (ЭМЯФ) / Деменков

два специализированных устройства схемы инспектора на ложений.

Один из них является схемой выделения наложений на фронт (СВНФ) сигнала, что фиксируется при наличии данного факта выходным импульсом. Наложение на дру гой фронт сигнала фиксируется другой схемой выделения наложений на спад (СВНС) в виде ее выходного импульса. Данные схемы при наличии того или иного варианта на ложений формируют импульсы, которые через логиче ский элемент ИЛИ передаются на выход схемы ИН.

Их появление на выходе устройства ИН служит приз наком одного из видов наложений, которое присутствует в сигнале, поступившем на вход инспектора наложений. Вы ходные импульсы со схемы ИН используются для исклю чения «некорректных» ситуаций из измерительного про цесса с помощью линейных схем пропускания, которые бло кируются ими. Кроме того, импульсы с выхода схемы ИН используются при учете интенсивности наложений в ходе измерений. Не составляет труда понять, что для корректного учета и контроля таких ситуаций в ходе измерений необхо димо организовать дополнительный счетный канал.

Устройства типа ИН могут быть отдельными измери тельными модулями, а также являться составной частью и входить в другие структуры. Довольно часто схемы инс пекторов наложений, как и восстановители постоянной составляющей, входят в состав и являются компонента ми других измерительных модулей. Наиболее общепри нятыми структурами их размещений служат спектромет рические усилители, усилители с задержкой, включая формирующие усилители и схемы линейного расширения импульсов.

4.8.

АНАЛОГОВЫЕ МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ, НАЗНАЧЕНИЕ И СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ

В целом ряде установок энергетической направленно сти необходимо контролировать многочисленные процес сы, происходящие в них. Для совокупности таких про цессов характерна определенная инерционность, когда

результат воздействия проявляется с некоторым запазды ванием. Более того, в них нередко наблюдается значитель ное число измерительных каналов, состоящих из большо го числа идентичных точек контроля, где регистрируют ся одни и те же параметры. При такой ситуации в этих точках применяются различные первичные преобразова тели, т. е. датчики температуры, расхода, давления и т. п. Именно в таких измерительных каналах весьма масштаб но используются аналоговые мультиплексоры (АМ). С их помощью можно обеспечить, например, оперативный кон троль за состоянием объекта.

В общем случае мультиплексор — функциональный узел, обеспечивающий передачу информации, поступаю щую по нескольким входам на один выход. Выбор входа, информация с которого в виде сигналов поступает на вы ход, осуществляется с помощью адресных кодов, подавае мых на управляющие входы мультиплексора. В зависимо сти от значения кода управления по единственному каналу связи может быть передана в аналоговом виде информа ция с разных точек контролируемого объекта. Именно в этих целях используются различные схемы АМ.

Основу данных структур составляют различные виды аналоговых коммутаторов (АК), т. е. специализированных аналоговых интегральных схем. Их элементной базой главным образом служат униполярные транзисторы на основе КМОП структур. Наряду с аналоговыми структу рами в состав АК входят цифровые схемы управления, нередко совместимые с системой команд микропроцессо ра. В особых случаях (низкое сопротивление, значитель ные токи) вместо АК могут быть использованы герконы, т. е. отдельные миниатюрные реле с герметизированны ми контактами. Они также управляются уровнями логи ческих сигналов интегральных цифровых схем.

Упрощенная схема варианта применения функциональ ного устройства аналоговых мультиплексоров (ФУАМ) в составе системы накопления и обработки данных (СНОД) представлена на рисунке 24. Основой схемы ФУАМ явля ется коммутатор аналоговых сигналов (КАС). На его инфор

Рис. 24

Вариант применения ФУАМ в составе СНОД:

А1–Аn — аналоговый вход; АЦП — аналого цифровой преобразователь; ИЛИ — логический элемент; КАС — коммутатор аналогового сигнала; КУ — кодирующее устройство; НД — накопитель данных; РУ — регистр управления; СНОД — си стема накопления и обработки данных; Ус — усилитель; УУ — устройство управ ления; ФУАМ — функциональное устройство аналогового мультиплексирования.

мационные входы А1–Аn поступают аналоговые сигналы каждого из первичных преобразователей. На управляю щие входы КАС с регистра управления (РУ) поступает код, значение которого подключает выбранный вход КАС к его выходу. Любой из сигналов, поступивших на информаци онные входы КАС, формируется и через логический эле мент ИЛИ передается на СНОД в виде сигнала ЗАЯВКА, инициируя ее запуск и работу.

Аналоговые сигналы, получаемые на выходе КАС, че рез усилитель Ус подаются в канал передачи данных на СНОД. В ее составе следует выделить устройство управ ления (УУ), накопитель данных (НД), т. е. память необ ходимого объема и достаточного быстродействия, а также кодирующее устройство (КУ) и аналого цифровой пре образователь (АЦП). Именно АЦП осуществляет транс формацию аналоговых сигналов, поступающих с выхода ФУАМ, в цифровой код, который затем фиксируется в НД.

Схема УУ инициирует запуск АЦП, а также управляет работой схемы КУ, под контролем которой функциониру ет регистр РУ, входящий в структуру ФУАМ. В накопи тель данных НД, помимо кода АЦП, заносится и фиксиру ется информация о числе сигналов ЗАЯВКА, поступивших на вход УУ, который тоже находится в составе СНОД. Ха рактерно, что работа УУ может быть организована таким

образом, что все информационные входы А1–Аn схемы КАС поочередно будут подключаться к линии передачи анало говых сигналов из ФУАМ в СНОД.

В данном случае можно уже говорить о системе реги страции данных особого вида, которую называют еще си стемой обегающего контроля. При этом разные точки кон тролируемого объекта по очереди проверяют заданный уровень параметров. Практика применения таких систем демонстрирует их высокую эффективность. Они широко используются в управлении различными технологически ми процессами. Системы такого рода находятся вне кон куренции при контроле над параметрами, определяющи ми состояние и работу объекта или установки в целом. Следует заметить, что число первичных преобразователей в этих системах может доходить до нескольких сотен и более.

Основными рабочими параметрами самих АМ приня то считать число информационных входов, а также разряд ность кода управления, что определяется схемой КАС. Наибольшее распространение получили АМ на 4, 8 и 16 входов. Естественно, что двоичный масштаб их прироста может быть продолжен практически без каких либо тех нических ограничений. Понятно, что разрядность кода управления зависит от числа аналоговых входов. При ми нимальном их числе это будет 2 разрядный код, а при

16входах необходим 4 разрядный двоичный код.

Кдругим рабочим параметрам АМ относят сопротив ление замкнутого аналогового ключа (~ 100 Ом) и его ра зомкнутое состояние (~ 100 МОм). Еще отметим время пе реключения, т. е. установления нового рабочего состоя ния, точность коэффициента передачи и перекрестные помехи или наводки, возникающие в каналах при их пе реключении. Время установления лежит в пределах от десятка наносекунд до единиц микросекунд и в существен ной мере зависит от используемой элементной базы и ее структуры. Характерно, что точность передачи составля ет сотые доли процента, а величина перекрестной помехи не превышает 0,005%.

Р А З Д Е Л II

ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА НЕЛИНЕЙНЫХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДЕТЕКТОРНЫХ УСТРОЙСТВ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Информация, представленная во втором разделе, свя зана с нелинейными методами обработки сигналов детек торных устройств и электронной техникой их обеспечения. Вначале рассматривается основная проблема прецизион ных измерений, уровень и качество которых обуславли вается шумовыми составляющими спектрометрического тракта. Отмечаются наиболее характерные факторы их проявления, преимущественные места дислокации, а так же своеобразие возникновения. Обсуждаются меры, ко торые необходимо принять для уменьшения сферы и сте пени негативного проявления шумов в измерительном тракте.

В решении измерительных задач ядерной физики применяются как линейные, так и нелинейные методы выделения информации с детекторов излучений. При ре гистрации широко используется как аналоговая, так и дискретная форма ее представления, в виде различных им пульсов. Раскрывается суть нелинейного метода, когда в сигналах пропорциональность и линейность связи с энер гией регистрируемой частицы будет до некоторой степе ни утрачена. Рассмотрены основные версии нелинейных методов, их базовые операции, наиболее характерные в таких случаях.

Представлены унифицированные варианты устройств дискриминации, применяемые при амплитудном анали зе. Приведены технические характеристики типового

устройства дискриминации. Сформулированы требования к формирователям временной отметки, известные как бы стрые дискриминаторы. Рассмотрены их преобладающие разновидности, включая повышение их возможностей и расширение сферы применения таких устройств.

Обсуждаются методы отбора событий по критерию од новременного их поступления. Данная версия реализует ся методами совпадений и антисовпадений. Приведены их основные положения и сферы применения. Дана структу ра средств, реализующих эти методы, их технические ха рактеристики, включая некоторые разновидности схем совпадений. Отмечены особенности экспериментальных исследований на современном этапе и некоторые тенден ции в развитии средств отбора событий.

Г Л А В А 5

ШУМЫ АМПЛИТУДНОГО СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ТРАКТА И БОРЬБА С НИМИ

Шумовой фактор принято считать одним из неблаго приятных аспектов при любых измерениях. При ампли тудном анализе данный фактор естественно снижает клю чевой параметр во всех спектрометрах энергии ядерного излучения — их разрешение. Наличие шумов в измери тельном тракте, как показывает практика измерений, ве дет к ухудшению разрешения, т. е. «уширение» пиков в регистрируемых амплитудных спектрах. Предлагается рассмотреть некоторые моменты данного вопроса, вклю чая природу шума, меры по снижению его негативных проявлений и проблемы уменьшения его вклада в резуль таты измерений.

5.1.

ДИСПРОПОРЦИЯ ПРИ ПОТЕРЯХ ЭНЕРГИИ ЧАСТИЦАМИ В ДЕТЕКТОРАХ

Для целого ряда детекторных устройств форма зави симости «энергия — заряд» носит в основном линейный характер. Впрочем, наряду с сохранением пропорциональ ности между энергией, утраченной заряженной частицей в объеме детектора, и зарядом, собранным на его электро дах, имеют место факты различных нарушений данного соответствия. Существует совокупность причин, создаю щих основу для таких отступлений. В перечне наблюдае мых отклонений отмечают разные обстоятельства и ситуа ции, которые зависят от природы излучения, типа детек