Основы метрологии: практикум по метрологии и измерениям - Пронкин Н.С.
ISBN 978-5-98704-267-4
Скачать (прямая ссылка):
343
сд ФЭУ У АЦП AA
?
БВН —*—
я А
Пр
Д
и
ад
A^2 En
Д_?р' Д.
AU' U
к,
AN2 Nn
AU
SU
ит
SNn
an;
Nn
Рис. 11.11. Схема сцинтилляционного счетчика с автоматической стабилизацией порога регистрации по реперному пику (а); дифференциальный аппаратурный спектр рабочего (7) и реперного (2) источника излучения (б); модель для расчета
погрешностей (в)
344
Если реперный пик имеет гауссовскую форму, то Kx = -(Ap)"1 = = -(2,36а/JEn)-1 = Р, т.е. равен величине, обратной разрешению реперного пика, где а — CKO гауссовской кривой (рис. 11.6). В установившемся режиме коэффициент преобразования интен-симетра K2=I. Коэффициент блока высокого напряжения A3, как правило, больше единицы и выбирается, чтобы обеспечить необходимый уровень стабильности.
Как видно из (1), нестабильность порога, связанная с изменением коэффициента усиления ФЭУ, светового выхода, квантовой эффективности фотокатода ФЭУ, усиления усилителя, порога дискриминатора уменьшается в F00 раз. Например, если P= 10, K3= 100, то F00= 1000. Применительно к данным примера 11.2 дополнительная погрешность, обусловленная влиянием температуры и нестабильностью напряжения питания ФЭУ, составит АС(40°С) « 0,014%, АС(-40°С)« -0,037%.
Следует отметить, что в подобных системах стабилизации влияние нестабильности цепи обратной связи целиком определяется «узостью» реперного пика, Действительно,
6U К 6Ul
UF UP
V ж. у п ОП ОС оп
Если P= 10, то нестабильность опорного сигнала снижается в 10 раз, и если этого недостаточно, то элементы этой части схемы термостатируют, что гораздо проще, чем термостатирование всего первичного преобразователя.
Заметим также, что, поскольку сигнал обратной связи по своей природе является флуктуационным, то это приводит к дополнительной флуктуации выходной амплитуды сигнала (второе слагаемое в соотношении (1)). Для принятых выше значений K3 = 100 и P= 10 увеличение флуктуации равно JK3/P = VTo = 3,16. Однако из-за увеличения постоянной времени тос цепи обратной связи (интенсиметра) эти флуктуации можно снизить до необходимого уровня. Эту постоянную времени можно сделать довольно большой, так как динамические характеристики системы определяются постоянной времени t00 /F00.
11.4. ПОГРЕШНОСТИ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ СКОРОСТИ СЧЕТА
Одним из основных узлов радиоизотопных приборов являются первичные преобразователи, работающие в счетном или токовом режиме, основной задачей которых является получение стабиль-
345
ного и точного выходного сигнала, пропорционального среднему числу частиц ИИ, поступающих на чувствительную поверхность детектора. В счетном режиме выходным сигналом является средняя скорость счета, а в токовом — напряжение (ток), пропорциональное средней скорости счета.
Преобразование сигнала в ПП в счетном режиме происходит аналогично тому, как это показано на рис. 11.8. Только в схеме для регистрации средней скорости счета после усилителя поток импульсов поступает на амплитудный дискриминатор, который отсекает импульсы шума и формирует выходные импульсы стандартной амплитуды. Энергетический спектр регистрируемого излучения, на котором часть спектра выше порога En соответствует регистрируемой скорости счета на выходе дискриминатора, показан на рис. 11.6.
Пример 11.4. Рассмотрим погрешности, возникающие при регистрации потока Nx, на примере ПП с сцинтилляционным счетчиком, если влияющими факторами являются температура окружающей среды и напряжение питания ФЭУ. В соответствием с соотношениями (1) и (2) примера 11.2 источником нестабильности приведенного порога дискриминации, равного
ЯП=?У*пр. О)
где Кпр — коэффициент преобразования детектор—усилитель; В/кэВ; ?/ц — амплитуда на выходе усилителя, равная порогу дискриминатора, В, являются: изменения светового выхода СД єсв, квантовой эффективности фотокатода єфк, постоянной времени высвечивания тв и коэффициента усиления ФЭУ. Это приводит к появлению дополнительной систематической погрешности. Кроме этих параметров при анализе стабильности ПП в счетном режиме необходимо учитывать зависимость шумов послесвечения СД и электронных шумов ФЭУ от температуры и напряжения питания ФЭУ. Эти факторы приводят к появлению дополнительной случайной погрешности [21].
Для удобства расчета составляющих основной и дополнительной погрешностей используют счетные характеристики, которые представляют собой зависимость средней скорости счета на выходе дискриминатора (рис. 11.12) от изменения порога дискриминатора, напряжения питания ФЭУ (в общем случае — детектора), коэффициента усиления усилителя и др. Как правило, изменение почти всех параметров ПП, ведущее к нестабильности N, обусловлено эквивалентным смещением порога. Поэтому основной (универсальной) счетной характеристикой ПП является характе-
346
5
6 -
7 --
1500
1600
1700
1800
'ФЭУ
Рис. 11.12. Счетные характеристики первичного преобразователя с сцинтилляци-онным счетчиком N=JF(Uq) в зависимости от температуры (детектор NaJ(Tl) размером 30x40 мм, ФЭУ-67, постоянные времени усилителя I2= 1 мкс, T1 = 1,5 мкс)
