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1、绪论在电子技术的各个应用领域中，都需要频率可变的高精度信号发生器。特别是随着通信技术的发展，频率分布日趋密集，对发射频率精度和稳定性的要求更高，同时核能谱数字化获取方法和研究，已成为目前国际和国内备受关注的一个热点。在国内，对数字核谱仪的研究起步较晚，同样，作为研制数字化核仪器的重要工具，核信号发生器及其产生方法的研究仍然处于起步阶段。核信号发生器及其产生方法的发展水平直接影响到数字化核仪器的研究水平，因为，在核仪器的研究中，核信号处理方法与设备性能的可靠性都需要建立大量核信号的基础上才能得到保证；同时核信号的多样性、灵活多变性以及重复性等直接影响到核仪器的性能。本文结合核信号的随机特性，设计
2、出在信号发生器中产生出核信号。选题依据及研究意义在现代社会中核能源在很多方面越来越重要，对核的研究显得日益紧迫，对核的研究中，核信号以及核信号发生器的研究，已成为目前国际和国内备受关注的一个热点。核信号发生器及其产生方法的研究仍然处于起步阶段，在国内，更是起步较晚，因此加紧对核信号和核仪器的研究，对提高国际威望和综合实力起着非常重要的作用，同事信号发生器发展已经比较成熟，但在在计算机控制技术、电子技术飞速发展的今天，信号发生器的应用越来越广，对信号发生器的频率稳定度、频谱纯度、频率范围和输出信号的频率微调分辨率提出越来越高的要求，普通的频率源已经不能满足现代电子技术的高标准要求。国内外纷纷设计
3、制作先进的信号发生器，从实用价值来看，各高校中信号发生器应用极为广泛，能够设计出低成本、高精度的信号发生器并推广使用具有非常重要的意义，同时，应用到发出核信号研究更是需要花时间花精力，对未来的发展也是有极大意义的，因此，加快在该领域的技术开发是非常必要的。国内外研究现状及发展趋势技术工艺，是衡量一个发展方向是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着国内国际对核能谱数字化获取方法和研究，和核信号发生器的起步，与之相关的核心应用与研发必将成为国内外关注的焦点。在国内，对数字核谱仪的研究起步较晚，再加上国外技术的封锁，目前国内在对数字核谱仪的研究还比较落后，因此跟
4、上国国际核信号发生器生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于提升国内研发水平和个人研究发展具有十分关键的作用。核信号发生器的研究作为刚刚起步的一个研究方向，就目前的研究研究深度核成果来看，还有很多技术有待解决，很多功能需要增加和完善，针对目前存在的问题和不足，对未来核信号发生器的研究我认为应该做到：（1）因为核信号处理方法与设备性能的可靠性都需要建立在大量核信号的基础上才能得到保证，同时，核信号的多样性、灵活多变性以及重复性等直接影响到核仪器的性能，因此要改进对核信号产生方法的算法，减小相对误差，达到在应用中更精确。（2）信号发生器的应用越来越广，对信号发生器的频率稳定度、频谱纯度
5、、频率范围和输出信号的频率微调分辨率提出越来越高的要求，普通的频率源已经不能满足现代电子技术的高标准要求。国内外纷纷设计制作先进信号发生器，因此改进为处理器，提高其处理能力。本论文的的研究内容及结构安排在引出核信号发生器之前，介绍了核能谱数字化获取方法和获取系统的研究，已成为目前国际和国内备受关注的一个热点，讲了核信号发生器处在其发展的初步阶段。然后介绍了核信号的特点，详细介绍了核信号的详细特性，幅度特性和时间特性，在幅度上近乎服从高斯分布，在时间上近似服从泊松分布，讲了随机性造成的的放射性计数测量的统计涨落以及核随机信号的四种产生方法。根据其幅度和时间特性设计基于 89C51 的仿核信号发生
6、器，本章小结2 2 核信号的随机特性核信号的随机特性放射性核素在时间上是随机衰变的，核能级的统计特性使衰变产生的射线在能量上也具有随机性。由射线和物质相互作用机理可知，射线通过探测器所产生的电离、激发、光电转换及电子倍增等过程一定也是随机的。因此，核辐射探测器的电输出信号具有随机的特点，主要表现为脉冲幅度的大小和相邻脉冲产生的时间间隔存在随机性。21 核信号的时间随机特性(1)探测器的输出脉冲个数具有随机性。在脉冲探测器的测量过程中，由于辐射源在 t 内发射的射线个数具有随机性，故探测器相应的输出脉冲数也具有随机性；如，假设辐射源在 t 内发射的射线数遵守泊松分布，探测器相应的输出脉冲数也遵守
7、泊松分布。(2)相邻信号脉冲的时间间隔具有随机性，如相邻两核信号脉冲的时间间隔t 的概率分布服从泊松分布。22 探测器输出脉冲幅度统计特征射线在探测器中产生的电离、激发、光电转换及电子倍增等过程包含随机性，因而探测器对入射射线所吸收的能量也具有随机性。探测器输出脉冲幅度正比于探测器吸收的能量，所以，即使入射探测器射线的能量完全相同，输出脉冲的幅度也不完全一样，在能谱上形成一个具有一定宽度的峰。假设某种能量的射线，探测器输出脉冲幅度平均值为y，则探测器实际输出脉冲幅度为V的概率可表示为： 22() 21( ) 2DV VDP Ve 2.3 计数测量的统计涨落放射性衰变和射线与物质相互作用过程的随
8、机性造成放射性技术测量的统计涨落，统计误差与一次计数值 N 或者有限次测量的计数平均值有如下的NN简单关系：NNN可见，当被分析的放射性核素活动很低，或者计数时间很短时，谱中各道计数的统计涨落很大，全能峰的净计数的统计误差也比较大。3 核随机信号的产生方法 （1）变量替换法某些复杂的随机变量可表示为多个简单的随机变量的函数，如 y=g(12,.n ),得到的抽样后，就可以确定 y 的抽样，这种方法称为替12,.n 12,.n 换法抽样。以如下标准正态分布密度函数为例加以说明：221( )2x f xe()x 引入一个与正态随机变量 X 独立同分布的随机变量 Y，并令则的联合分布密度函数为：co
9、s ,sin ,XY( , ) 221( , )2fe (0,02 )由此可知，相互独立，其分布密度函数分别为：, 221( ),fe 21( )2f分别抽取：, 12ln,22从而得到一对服从标准正态分布的随机变量 X 和 Y:122lncos2,fX122lnsin2fY若（否则舍弃）重新产生） ，则：22 12(21)112, , 12, 12 22 122(21)sin,(21)2 12 22 12(21)cos(21)其中为上半单位圆的外切矩形内均匀投点。12, 对于一般的正态分布密度函数的抽样，抽样为：2( ,)N ,ffXY,ffffXXYY（2）反函数法对于连续性分布，如果分布
10、函数 F（x）的反函数存在，则直接抽样1( )Fx为1( ) FXF其中，为0,1区间上的呈均匀分布的随机数。如，利用该方法对a,b上的均匀分布进行抽样得：1( )()FXFab a对指数分布的抽样得：1( )ln(1)FXF （3）加抽样方设其中为与参数 n1( )( ),nn nf xp fx10,1,nn npp( )nf x关的分布密度函数，n=1,2，。首先，抽样确定；然后，由中抽样n( ) nfxx,即：当, nffXX1nnFF 其中并规定。1,nnn nFp00F （4）离散直接抽样方法设一任意离散型分布( )ii xxF xp其中为离散型分布函数的离散点，为相应的概率， 12
11、,.x x12,.p p11,i ip的直接抽样方法为：( )F x当,FIXX111IIii iipp该法对于所有离散分布非常理想。对于呈任意统计分布的核随机信号，其统计特性均可通过上述方法实现，在进行核随机信号的模拟中，本文是应用了单一能量的核辐射所对应的脉冲，在幅度上基本符合高斯分布，在时间间隔上则符合指数分布。针对测试核电子学仪器设备和核电子学实验的需要，有一些随机信号发生器装 置，利用半导体器件（二极管、三极管）中的散粒噪声或电阻的热噪声作为真 随机信号，放大后叠加到精密脉冲信号上，模拟随机信号在幅度上的高斯分布特性，或通过高斯集成WXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxG
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