Konrad Pawlak

Ćwiczenie nr. 2

Dwukanałowy licznik impulsów

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z działaniem dwukanałowego licznika impulsów.

2.Kalibracja układu

W celu kalibracji doprowadzono z generatora do kanału A licznika sygnał o częstotliwości 5MHz i dobierano liczbę cykli przy której otrzymywano wynik jak najbardziej zbliżony. Najlepszą dokładność osiągnięto dla 920953 cykli i wyniosła ona 4999999Hz. Kalibracji dla sygnału 1MHz nie przeprowadzono, bo licznik generuje sygnał o częstotliwości 5MHz i aby uzyskać 1MHz sygnał jest dzielony – powodowało by to dodatkowe błędy.

3.Pomiar częstotliwości

3.1.Podano sygnał o częstotliwości 1Mhz i uzyskano wynik 999950Hz, co daje błąd względny 0,005%. Czyli licznik wykazuje dość dużą skuteczność.

3.2.Pomiar częstotliwości generatora RC. Podano z generatora sygnał o częstotliwości ok. 191kHz i zebrano 100 próbek pomiarowych, celem było sprawdzenie stabilności licznika. Średnia częstotliwość wyniosła 191216Hz a odchylenie standardowe 9,73Hz, co świadczy o dość dobrej stabilności i stosunkowo niewielkim rozrzucie. Przybliżanie otrzymanego rozkładu krzywą Gaussa nie miało sensu ze względu na nierównomierny rozkład wyników po obu stronach wartości średniej i brak jednej wartości, wokół której grupowałyby się wyniki pomiarów.

Rozstęp wyników pomiarów był niewielki (40 Hz) i w porównaniu z częstotliwością nominalną około 190 kHz jest wartością nieznaczną – świadczy to o stabilności źródła sygnału.

3.3.Pomiar impulsów losowych generowanych przez licznik Geigera-Mullera.

Licznik Geigera-Mullera postawiono naprzeciwko promieniotwórczego talu, licznik wychwytuje emitowane przez tal elektrony i rejestruje je w postaci impulsów, impulsy te podawane są do układu formującego o regulowanym czasie trwania impulsu formowania i dopiero uformowane impulsy są podawane do naszego licznika. Pomiary przeprowadzono dla kilku czasów trwania impulsu formującego. Każda z serii składała się ze 100 pomiarów przeprowadzonych dla jednego czasu trwania impulsu. Wyniki pomiarów uśredniono w celu dalszej analizy i zebrano w poniższej tabeli.

Tab. Zależności częstotliwości od czasu trwania impulsu formującego.

Wyk.1. Zależności częstotliwości od czasu trwania impulsu formującego.

Na powyższym wykresie możemy zauważyć, że wraz z wzrostem czasu trwania impulsu wartość średnia liczby zliczeń spada wykładniczo. Wartości współczynników krzywej dopasowania informują nas o:

A1 – wartość średniej liczby zliczeń dla czasu trwania impulsu równego 0

y0 – wartość średniej liczby zliczeń dla bardzo dużego czasu trwania impulsu (gdy czas trwania impulsu zmierza do nieskończoności, wtedy średnia liczba zliczeń zmierza do y0)

t1 – stała czasowa wyrażona w ms

Na podstawie wykresu nr 2 można stwierdzić, że zależność ilości zliczeń od czasu trwania impulsu ma charakter wykładniczy. W trakcie wykonywania pomiarów zdarzały się przypadki, że zarejestrowana liczba impulsów jest wartością abstrakcyjną (usuwano je z pliku z danymi). Wpływało to niekorzystnie na dokładność pomiaru, a spowodowane było prawdopodobnie trudnymi do określenia chwilowymi fluktuacjami aparatury pomiarowej lub zakłóceniami wywołanymi zmiennymi warunkami w pracowni (np. temperatura).

4.Wnioski.

Zpierwszej części ćwiczenia generator RC jest dość stabilnym generatorem a rozrzut wartości generowanych częstotliwości nie jest duży i dla użytku domowego lub mało dokładnych pomiarów stabilność ta w zupełności wystarczy.

Z drugiej części ćwiczenia wynika, iż długość trwania impulsu formującego sygnały otrzymywane z licznika G-M (równie dobrze mógł to być inny sygnał) ma duży wpływ na częstotliwość sygnału podawanego do układu mierzącego i powinna być odpowiednio dopasowana aby pomiar tej częstotliwości był dość dokładny.

Do teoretycznego wyznaczania liczby impulsów korzysta się z rozkładu Poissona – jest to jego typowe zastosowanie (zliczanie zdarzeń – rejestrowanych impulsów). W przypadku generatora RC przybliżanie otrzymanego rozkładu krzywą Gaussa nie miało sensu ze względu na nierównomierny rozkład wyników po obu stronach wartości średniej i brak jednej wartości, wokół której grupowałyby się wyniki pomiarów.