| 题名 | 博士论文-高能物理实验中波形取样定时的研究 |
| 作者 | 房宗良 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 1999 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 席德明 |
| 关键词 | 波形取样 斜率比 内插定时 漂移室 Garfield程序 量化误差 |
| 学位专业 | 核技术及应用 |
| 中文摘要 | 本文最初作为BTCF电子学系统预研工作的一部分，主要任务是采用先进的电子学手段和技术，为中心漂移室的漂移时间测量方法进行必要的预制研究。对于高事例率条件下高能物理实验中的时间测量有一定普遍意义。归结到电子学，漂移室就是要测量漂移时间和电荷量。我们提出了中心漂移室电子学系统的两种实现方案。第一种方案是时间量和电荷量分开测量，时间测量采用首电子定时方法。用首电子定时有首电子定时的问题。这样的硬件结构使电子学通道数增加一倍。另一种方案是基于波形获取的方法，用一个电子学通道同时获取时间量和电荷量信息，将硬件通道数减少一半。这是BTCF首选方案。基于波形获取的方法是近年来比较流行的一种方法。但从经济和可实现性考虑，要达到时间分辨2ns的时间测量目标，这是很困难的。因此，我们进行了降低FADC波形取样频率而保持时间测量精度不变的研究。这对电路设计和系统建造将是一项很有意义的工作，因为这不仅可以减少电路设计的难度和复杂性，而且可以有效地减少成本，降低造价。因此，我们做了如下工作：第一，对基于波形的定时方法做了研究，提出一种用波形取样数据进行斜率比内插定时的新方法。此方法从原理上讲与波形幅度无关。这种方法在同一测量精度下可降低取样频率从而降低成本及硬件实现的难度；算法简单快速，易于实现；只需要少量取样点。换句话说，在同一取样频率下斜率比内插定时可以提高测量精度。第二，对斜率比内插定时方法进行了实验及分析。对指数积分波形、1/t积分波形和A*f(t)波形的计算机仿真实验以及对指数积分波形和A*f(t)波形的FADC实验结果表明，此方法是可行的。同时解决了如何在实际系统中获得实用的校正曲线以及如何利用校正曲线修正测量结果以提高测量精度。对量化误差所作的分析和讨论表明，量化误差是这种定时误差的主要来源。第三，用Garfield程序对漂移室输出的信号波形进行了研究。因为斜率比内插定时是一种基于波形取样的方法，对漂移室的输出波形研究十分必要。对圆柱形漂移管点电离信号波形的模拟结果证明了Garfield程序模拟的相似性。对小单元漂移室的点电离电流波形模拟计算结果表明，漂移室小单元模型的点电离输出波形近似1/t函数，具有接近1.5ns的特征时间。同时，模拟帮助我们理解以80% He和20% CH_4的混合气体为工作气体的漂移室输出信号形成的机制。对小单元漂移室模型的径迹波形的模拟结果表明，小单元漂移室的径迹电流波形是复杂的，其电荷波形比电流波形光滑得多，但还需要进一步处理。第四，对漂移室小单元模型的信号波形采用斜率比内插定时的可能性做了探讨。结果表明，可以将电荷波形变平滑，但须精心设计高节滤波器。在波形前三个周期仍属多电离。不同距离处的信号平均波形将有所不同，由此我们提出分区定时的设想以提高定时精度。据统计结果可以确定信号的动态范围。第五，根据以上研究结果和BTCF的要求，提出了一个小单元漂移室的定时方案。对信号的平滑和截断进行了探讨，给出了斜率比内插定时误差修正表的产生方法、数据处理方案以及分区定时的设想。最后，给出了我们在实验中设计使用的前放和主放电路以及一个瞬态波形取样和DSP数据处理系统结构实例。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 核技术及应用 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/210251]  |
| 专题 | 实验物理中心_学位论文和出站报告 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 房宗良. 博士论文-高能物理实验中波形取样定时的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 1999. |
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