В качестве ацп наиболее часто используются линейные преобразователи последовательного счёта (типа Вилкинсона) или поразрядного кодир - rita.netnado.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
План счетов бухгалтерского учета в кредитных организациях 6 1008.32kb.
№1 Бухгалтерские счета и их значение. Метод двойной записи 1 149.62kb.
Практика многих образовательных учреждений последнего десятилетия... 1 82.97kb.
1. Величины: константы, переменные, типы величин. Присваивание, ввод... 1 48.51kb.
Стимулирование сбыта. Основные методы и системы сбыта 1 125.7kb.
Лекция № Тема: «Методы и свойства» 1 167.53kb.
Арт-терапия на уроках изобразительного искусства 1 235.06kb.
Вулканическая деятельность, относящаяся к ряду наиболее грозных явлений... 2 311.71kb.
1. пожелания когда в каждой школе еще была пионерская организация... 2 510.25kb.
Радиостанции предназначены для установки и эксплуатации на различных... 3 442.6kb.
Операции и функции, используемые при работе с переменными типа integer 1 59.66kb.
Цап с широтно-импульсной модуляцией 1 10kb.
Публичный отчет о деятельности моу кассельская сош 2 737.71kb.
В качестве ацп наиболее часто используются линейные преобразователи последовательного - страница №1/1

ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АМПЛИТУДА – КОД


  1. Основные положения. Цель работы.

В научных исследованиях и различных технических измерениях, связанных с регистрацией ионизирующих излучений и измерением их энергетических распределений, получили широкое распространение специализированные электронные измерительные системы – амплитудные многоканальные анализаторы (АМА). Основу таких анализаторов составляют аналого-цифровые преобразователи (АЦП) амплитуды импульса в цифровой код и устройства накопления, обработки и представления (визуализации) цифровой кодовой информации.

В качестве АЦП наиболее часто используются линейные преобразователи последовательного счёта (типа Вилкинсона) или поразрядного кодирования (последовательных двоичных приближений). Первый из указанных АЦП работает по следующему алгоритму. Запоминание максимального уровня напряжения (амплитуды) импульса на конденсаторе входного узла выборки и хранения, разряд конденсатора стабильным током до некоторого контрольного уровня с выделением временного интервала разряда, заполнение этого интервала времени целым числом периодов генератора импульсов стабильной частоты и формирование кода события путём счёта импульсов генератора на интервале разряда. Результат каждого преобразования записывается в блок оперативной памяти анализатора путём добавления единицы к информации в ячейке памяти (канале), определяемой значением кода АЦП. При этом происходит накопление данных с интегрированием и конечный результат представляется в виде спектра – зависимости числа накопленных событий (суммы) от номера канала (кода АЦП).

АМА создают как в виде составной части модульного многофункционального контрольно-измерительного комплекса на базе ПЭВМ, так и в виде моноблочных автономных измерительных устройств.

Основные метрологические характеристики АМА как средства измерения определяются параметрами используемого АЦП. В амплитудной спектрометрии используют АЦП с линейной характеристикой преобразования, аттестуемых большим набором параметров (технических характеристик), к важнейшим из которых относят следующие:



  • диапазон изменения амплитуды входных сигналов (Амин…Амакс);

  • число уровней квантования или каналов – mмакс;

  • время, затрачиваемое на одно преобразование – Тпр;

  • коэффициент преобразования (средняя ширина канала или шага квантования – h);

  • коэффициенты интегральной (Ки) и дифференциальной (Кд) нелинейности характеристики преобразования.

АЦП преобразует амплитуду А входного импульса в код, соответствующий некоторому уровню квантования напряжения (номеру канала) m:

, (1)

где h – ширина канала, В/канал.

Для используемого на практике позиционного двоичного кода (ПДК) число уровней квантования АЦП задаётся числом разрядов n выходного кода:

. (2)

В лучших моделях современных спектрометрических АЦП n составляет 14 при абсолютной величине погрешности не превышающей h. Относительная погрешность результата измерения - (обычно лучше 10-3).

На практике идеальное соответствие входной и выходной величин по выражению (1) нарушается из-за неравномерности шкалы уровней квантования входного сигнала и возможного смещения «нуля» шкалы на величину m0:

. (3)

Характеристика преобразования в соответствии с выражением (3) для каждого АЦП имеет свои индивидуальные особенности, которые необходимо знать, учитывать и периодически контролировать при использовании АМА в качестве измерительного средства.

В соответствии с ГОСТ 22252-82 методы измерения параметров спектрометрических АЦП стандартизованы. В частности, коэффициент преобразования АЦП характеризуют шириной канала h, определяемой по результатам измерений при двух разнесённых значениях амплитуды (около 0,1Амакс и 0,9Амакс). Величины m, соответствующие входным уровням (Ан  0,1Амакс mн и Ав  0,9Амакс mв), находят с точностью лучше 0,1.

. (4)

Прямая линия, проходящая через указанные две точки на реальной характеристике преобразования, выбирается в качестве идеализированной характеристики преобразователя.

Коэффициент Ки определяет степень отклонения реальной характеристики преобразования, измеренной по точкам во всём диапазоне амплитуды А, от идеализированной для соответствующего mi:

, (5)

где - модуль максимального отклонения.

Поскольку типовые значения Ки у АЦП не превышают 0,1%, при измерении характеристики преобразования по точкам, требуется высокая точность измерений (сумма погрешностей измерения амплитуды и выходного кода не более 0,33Ки) для определения значения m, соответствующего входной амплитуде А. Необходимые условия по точности достигаются путём использования методики суммирования выходных импульсов генератора стабильной амплитуды (ГИСА) /1, 2/ с сигналами генератора шума. Наложением шума преодолеваются ограничения дискретной шкалы, когда значение m вычисляется по положению центра тяжести пика в накопленном спектре.

Коэффициент дифференциальной нелинейности Кд является мерой отклонения коэффициента преобразования от среднего значения, вызванного неоднородностью ширины канала (шага квантования):



, (6)

где hi – ширина канала для уровня mi.

Считают, что АЦП удовлетворяет требованиям амплитудной спектрометрии, если Кд 1…2%. Такая высокая однородность ширины канала (шага квантования) достигается в АЦП последовательного счёта, использующих в процессе кодирования один минимальный эталон. Для АЦП, реализующих другие методы кодирования (поразрядное кодирование, метод считывания или их комбинации) и имеющих повышенную собственную дифференциальную нелинейность (десятки процентов и выше), применение их в амплитудной спектрометрии связано с усложнением структуры АЦП по методу статистического разравнивания /3/, предложенному Гатти.

В процедуре измерения Кд используют генераторы импульсов, имеющие постоянную плотность вероятности распределения амплитуд в рабочем диапазоне АЦП. Ширину канала hi отождествляют с числом единиц счёта в этом канале Ni:



, (7)

где Pа – плотность вероятности распределения импульсов генератора по амплитуде. Поскольку Ni в измеренном спектре принимает только целочисленные значения, а процесс набора информации в конкретный канал можно для упрощения считать статистическим, выражение (7) будет справедливо только для больших значений Ni, когда статистическая погрешность величины Ni будет составлять не более 0,33Кд. С целью достижения указанного условия спектр значений Ni измеряется в течение относительно длительного интервала времени:



, (8)

где fг – частота следования импульсов генератора.


Цель данной лабораторной работы состоит из:

- изучения методов измерения основных параметров АЦП в составе АМА-03Ф в соответствии с ГОСТ 22252-82;

- получения навыков самостоятельной работы с электронной аппаратурой анализа амплитудных распределений, используемой в спектрометрии ионизирующих излучений.


  1. Лабораторная установка.

В состав лабораторной установки входит:

  • амплитудный многоканальный анализатор АМА-03Ф;

  • генератор импульсов типа БГА-94;

  • генератор линейно изменяющегося напряжения БГА-93;

  • осциллограф;

  • цифровой вольтметр постоянного тока В7-34А.




  1. Порядок выполнения работы.

Лабораторная работа выполняется последовательно в три этапа:

  • изучение теоретических основ используемой методики измерений, изучение технических описаний и инструкций по эксплуатации приборов, составляющих лабораторную установку, приобретение необходимых навыков управления приборами;

  • проведение измерений параметров АЦП в составе АМА-03Ф (результаты измерений в виде спектров и числовых данных после их обработки) в соответствии с заданием п.4;

  • выполнение окончательных расчётов параметров АЦП, их анализ и составление отчёта.

При практической работе с оборудованием проверить его работоспособность путём контроля сигналов осциллографом и выполнения пробных измерений амплитудных распределений. Для экономии времени на этапе измерений предварительно полезно составить план действий, предусматривающий последовательность отдельных замеров и переключений режимов работы оборудования.


  1. Задание к лабораторной работе.

4.1. Провести измерение ширины канала (см. пункт 2 ГОСТ 22252-82 и описание режимов работы генератора БГА-94) спектрометрического АЦП в составе АМА-03Ф при установке значения ширины канала в 2,5 мВ.

4.2. Провести измерение интегральной нелинейности (см. пункт 12 ГОСТ 22252-82) АЦП в составе АМА-03Ф путём получения отсчётов в 15…20 точках по рабочему диапазону с шагом  5% на краях диапазона. Ширина канала (шага квантования) – 2.5 мВ.

4.3. Провести измерение дифференциальной нелинейности (см. пункт 13 ГОСТ 22252-82).

4.4. Выполнить необходимые расчёты данных, получить значения параметров АЦП и составить отчёт.




  1. Содержание отчёта.

Отчёт должен содержать структурные схемы оборудования лабораторной установки для измерения параметров согласно заданию п.4. Результаты измерений в форме протокола должны быть внесены в отчёт. Искомые параметры, полученные после обработки данных, должны быть представлены с указанием позиции и граничных значений по рабочему диапазону АЦП. Провести анализ результатов работы путём сравнения с паспортными данными АЦП и сформулировать выводы.


  1. Контрольные вопросы.

6.1. Назначение, характеристики и принципы функционирования приборов лабораторной установки.

6.1.1. Основные режимы работы и используемые функции АМА при проведении измерений и предварительной обработке данных.

6.1.2. Использование генератора БГА-94 как источника эталонных импульсных сигналов, порядок калибровки амплитуды импульсов генератора на нагрузке, источники погрешностей.

6.2. Изложить методику измерения параметров АЦП по заданию к лабораторной работе и обосновать требования, предъявляемые к измерительным приборам.

6.3. Порядок обработки данных измерений по ГОСТ 22252-82.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мелешко Е.А., Митин А.А. Измерительные генераторы в ядерной электронике. М.: Атомиздат, 1981.

2. ГОСТ 22252-82. Анализаторы многоканальные амплитудные. Методы измерения параметров. М.: Госстандарт, 1982.



3. Цитович А.П. Ядерная электроника: Учебное пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1984.