第十七讲 时间测量方法优秀PPT.ppt
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1、第十七讲 时间测量方法第一页,本课件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬2时间应用n基础研究q原子核和粒子物理研究、地球动力学研究、相对论研究n应用研究、国防、国民经济建设 q航空航天、深空通讯、卫星发射及监控、信息高速公路、地质测绘、导航通信、电力传输和科学计量等 第二页,本课件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬3固定靶实验中的时间测量n高能物理等物理实验中探索物质亚原子级精细结构的基本手段之一n加速的脉冲束流轰击固定靶,产生的次级粒子被固定靶后面的探测器“墙”检测n对每个事例,束流探测器探测到每个束流作为每个事例的“起始”信
2、号,所有探测器的输出经甄别后接到时间测量电路中作为“停止”信号第三页,本课件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬4对撞实验中的时间测量n高能物理等物理实验中探索物质亚原子级精细结构的基本手段之一n两束粒子被加速后相撞,对撞后产生的次级粒子从对撞点向四周飞行,围绕着对撞点放置大量探测器n通过测量带电粒子的飞行时间t,结合径迹探测器测量同一粒子的动量p和飞行径迹长度l,得到粒子的本征质量m0,鉴别出带电粒子的种类第四页,本课件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬5粒子物理实验中的时间测量TOF:Time of Flight第五页,本课
3、件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬6飞行时间质谱仪中的时间测量1/2mv2=eVv=(2eV/m)1/2T=L(m/2eV)1/2第六页,本课件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬7激光测距中的时间测量n由激光二极管对准目标发射激光脉冲,经目标反射后激光向各方向散射,部分散射光返回到传感接收器,被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管q雪崩光电二极管:内部具有放大功能的光学传感器,能检测极其微弱的光信号n记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的往返时间tqD=ct/2n要想使分辨率达到10cm,则传输时间的测量分辨率q好于600
4、ps第七页,本课件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬8子弹速度测量中的时间测量第八页,本课件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬9超声波流量测试里的时间测量第九页,本课件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬10超声波厚度、密度检测中的时间测量厚度检测密度检测第十页,本课件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬11时间测量电路的性能参数n动态范围(measurement range,MR)n分辨率(resolution/least significant bit/qua
5、ntization step,LSB/Bin)n精度(standard meausrement uncertainty/random error,RMS)n非线性(DNL、INL)n死时间(dead time)n读出速度第十一页,本课件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬12基本的时间测量方法n波形数字化n甄别与数字变换q定时甄别:将一个物理事例的模拟信号转换为一个具有时间信息的数字逻辑信号n前沿定时n过零定时n恒比定时nq时间数字变换(TDC)第十二页,本课件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬13TDC的分类n按实现手段分类q
6、模拟式(TAC+ADC)q数字式(计数器型)n按测量对象分类q起停型(Start-Stop Type)TDCq时间戳型(Time Stamp Type)TDCn流水线型(Pipeline)TDCn事例驱动型(Data Driven)TDCn如何得到高的时间分辨?第十三页,本课件共有31页2011-04-20中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬14TAC时间测量(起停型)n较小的死时间q取决于ADC转换时间n可达到较高分辨率q目前LSB:1ps20psn容易受环境温度和外界干扰影响q影响时间测量精度的主要因素:恒流源的稳定性、充电电容的线性、电路噪声(特别是积分环节上的噪声),及后续ADC电路
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