4. Многоканальный анализатор

Блок многоканального анализатора состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и персонального компьютера со специальным программным обеспечением.

Аналого-цифровой преобразователь — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). АЦП служит для измерения напряжения. Амплитудам в диапазоне ставится в соответствие число n. Одной из характеристик АЦП является его разрядность, т.е. количество дискретных значений напряжения, на которые может делиться весь рабочий диапазон входных (анализируемых) напряжений. Когда АЦП используется для амплитудного анализа, число, получаемое на выходе, АЦП используется для адресации памяти и называется номером канала, а — шириной канала. Номер канала несет информацию об амплитудном значении сигнала. Амплитуда в свою очередь связана с измеряемой физической величиной (энергией, временем и т.п.). Максимальное количество каналов связано с разрядностью АЦП. АЦП часто служат интерфейсом между измерительной аппаратурой и компьютером. [6]

Всем АЦП присущи ошибки, связанные с нелинейностью, которые являются следствием физического несовершенства АЦП. Это приводит к тому, что передаточная характеристика отличается от линейной. Ошибки могут быть уменьшены путём калибровки.

Важным параметром, описывающим нелинейность, является интегральная нелинейность (INL) и дифференциальная нелинейность (DNL).

Интегральная нелинейность характеризует отклонение реальной функции преобразования от идеальной линейной. Дифференциальная нелинейность характеризует неоднородность ширины каналов АЦП. И они определяются следующим образом:

, (12)

где - максимальное отклонение от линейности.     Дифференциальная нелинейность I_dif характеризует неоднородность ширин каналов АЦП и определяется следующим образом.

(13)

где , и - максимальная, минимальная и средняя ширины каналов.

4. Цифровой спектрометр

Производительность цифрового спектрометра со схемой совпадений выше, по сравнению с традиционной аналоговой установкой, подключённой к тем же детекторами. Было установлено, что цифровой спектрометр позволяет добиться лучшего энергетическим разрешением, чем у традиционной аналоговой установки. Более того, в цифровой конфигурации можно лучше контролировать форму сигнала. Это позволяет эффективно устранять нежелательные искаженные и поврежденные сигналы и получить спектр большей чёткости. Превосходные параметры новых цифровых спектрометров демонстрируют измерение базовых параметров, четко определенных образцов, а также выявления редких аннигиляций. [9]

Цифровой спектрометр имеет усовершенствованную схему.

Рисунок 5. Схема цифрового спектрометра

В схеме для достижения цели требуется заменить аналоговую часть спектрометра (АЦП, МКА) на цифровую при помощи высокоскоростного дискретизатора и ПК с специальным ПО. Так же мы избавились от усилителя, так как сигнала с предусилителя на дискретизатор будет достаточно для его дальнейшей обработки. А схема совпадений реализована программно.

Дискретизатор - устройство осуществляющее дискретизацию.

Дискретизация — это процесс перевода непрерывного аналогового сигнала в дискретный или дискретно-непрерывный сигнал. Обратный процесс называется восстановлением. При дискретизации только по времени, непрерывный аналоговый сигнал заменяется последовательностью отсчётов, величина которых может быть равна значению сигнала в данный момент времени. Возможность точного воспроизведения такого представления зависит от интервала времени между отсчётами Δt.

Рисунок 6. Блок схема дискретизатора и оцифрованный сигнал.

Для захвата самых высокочастотных составляющих дискретизатор должен быть достаточно быстрым. Блок-схема на рис. 6 показывает типичный дискретизатор и процессор последующей обработки. Частота гетеродина изменяется шагами, и его сигнал смешивается с входным сигналом. Результирующий сигнал проходит через полосовой фильтр и поступает непосредственно на дискретизатор. Для просмотра сигнала в частотной области в процессоре последующей обработки может выполняться быстрое преобразование Фурье (FFT) или применяется более сложное программное обеспечение для исследования модуляции оцифрованного сигнала. На рис. 6 показан типичный оцифрованный сигнал, перенесенный в частотную область с помощью быстрого преобразования Фурье.

Чем шире полоса (выше скорость передачи данных), тем быстрее должен быть дискретизатор для захвата информации в пределах полосы. Например, для нормального захвата сигнала с полосой 80 МГц нужен дискретизатор, работающий на частоте 200 МГц[17].

Благодаря новой схеме мы можем осуществлять анализ, как и с одного детектора, так и с двух.