INDUCED NOICE REJECTION TECHNIQUE
BATAN - Pusat Reaktor Atom Bandung A b s t r a !t :
INDUCED NOISE REJECTION TECHNIQUE. Da!am pengukuran radiasi nuklir, sering kali mendapat gangguan-gangguan berupa induced noise, noise yang sangat mempersukar mengevaluasi pengukuran, bahkan tempo-tempo tidak bisa mcndapatkan hasil pengukuran karena adanya pengaruh induced noise yang relatip besar dibandingkan terhadap signal pulse. Keadaan diatas akan lebih bertambah buruk lagi bila dengan tidak disadari adanya pengaruh-pengaruh induced noise terhadap hasil-hasil pengamatan. Untuk mengatasi pengaruh induced noise ini telah dilakukan 4 tahap penelitian sebagai berikut : 1. Menyelidiki sifat-sifat characteristic dari induced noise beserta sumber-sumbernya. 2. Dari evaluasi ad. 1 diatas. Dicarikan cara-cara untuk mengeliminer pengaruh induced noise 3. Dibuatkan alat dari hasil evaluasi ad. 2. 4. Mengevaluasi kemampuan alat tersebut pada ad 3. Dengan mensisipkan noise rejection module pada posisi-posisi tertentu dari counting system dan diset yang betul maka akan didapat data-data yang mendekati bebas dari g gangguan noise. Hasil data-data dari experiment ini dapat dilihat pada kurva-kurva paper ini. II. Pendahuluan : Noise yang selalu mendapat perhatian besar dalam bidang nuclear instrumentasi pada garis besarnya dapat dibagi dalam 2 kelompok besar yakni : 1. Thermal noise. 2. Induced noise Bagi thermal noise telah banyak sekali dibahas dan dicarikan cara-cara untuk menghindari pengaruhnya pada hasil data-data pengukuran (terlampau banyak literature mengenai topic ini). Bagi induced noise belum ada suatu pembahasan yang mendetail dan untuk menghindarinya, karena sifatnya yang terlampau random. Banyak bentuk pulsa-pulsa dari bermacam-macam induced noise telah dibuatkan phoionya (tidak dimuat pada paper ini) dan telah dilakukan pengelompokan setelah disystematiszer, dari hasil mana telah dapat ditarik kesimpulan bahwa yang menentukan bentuk daripada noise pulse ini parameternya terlampau banyak (tidak diadakan pembahasan disini) dan dari segala parameter ini dihasilkan noise pulse yang pada garis 'besarnya dapat berbentuk unipolar pulse at au bepolar pulse dan pada umumnya berbentuk bepolar pulse dengan pulse iwidth yang ber-beda-beda. Atas dasar kesimpulan diatas telah dibuatkan satu alat yang dapat mendiscriminate signal pulse terhadap noise pulse dengan hasil yang sangat baik. III; Dasar kerjanya Induced pulse discriminator module: Pada dasarnya induced noise discriminator minator yaitu :
module ini terdiri dari 2 buah
1. Pulse height discrirninator (single channel analyzer). 2. Pulse width discriminator. Signal dan noise setelah melalui base line restorer masuk ke :
1. L L D. 2. U.LD. 172
discri-
=
~ Q)
a.
'"
.r;; (J)
~
o
r.:
Q)
d
E i=
-T'"'
.1-
Q~
.J
.J
---.---fN ;': I-
,j,
I-
- -1'-; I- ----t
•..
I-
N
I-
LL LL
...,1-
-0
.r;;
"0 E ..c::
.~
Q)
"
" 0 .co
I-
~ Q)
a. '"
.r;; (J)
•......
-0 ••••
•- 0 ;':-" " .-0 Q)
-:;00-
= LL LL
d
.J .J
3. Threshold discriminator 4. Pulse width Pick - off. LL.D. dan D.L.D. adalah pulse hight discriminator biasa. Threshold discriminator dipakai untuk mendiscriminate pu]sa sampai pada threshold level tertentu. Pulsa-pulsa yang mempunyai pulse height dibawa threshold level ini tidak dapat men trigger comparator, maka dalam keadaan ini J.K.F.F. I tutup. Pada pulse width pic of cicuit, input signal masuk ke shaping network yang mana terdiri diifi pada sebuah delay line, integrator dan differentiator. Cross over time antara delayed pulse dan differentiator-integrator menghasilkan pulsa. Pulse ini dishape oleh J.K.F.F. 1. 173
~
.!:,
I (1:)
~-,
T~ -
, 5i
j:',~¥ j
·Y.I~'~
.b f ,;
174
.~ c;.'"
Output pulse da:i J.K.F.F. I selain masuk ke time to height converter juga masuk J.K.F.F. 11--3 input Hand gate. ke sharper I, Dari sharper I - OR gate --Output pulse dari time to pulse height converter adalah pick-off output dari Pulse width discriminator. Pulse dari time to pulse height converter didiscriminate okh time discriminator. Output dari time discrominator ini mentrigger 3 input Hand Gate. Output dari J.K.F.F. II merupakan salah saW input dari 3 input Hand Gate, Hanya pulsa-pulsa dengan tinggi pulsa dan lebar pulsa tertentu dapat mentrigger 3 input Han gate ini. Output dari 3 input Hand Gate ·ini dishape oleh univibrator (sharper). Output dari sharper ini adalah discriminator output dari pulse width discriminator ini. Output dari discriminator ini dipakai untuk menggate Pulse height analyzer (atau Multi Channel analyzer) dengan coincidence mode operation. IV. Penjelasan singkat dari beberapa bagian rangkaian : I. Base Iine restorer : Base line restorer dipakai sebagai buffer untuk mendapatkan tepat, tidak tergantung dari input pulsa.
D.C. level yang
D.C. level yang sangat stabil ( a volt) adalah mutlak dibutuhkan unruk Noise Rejector ini. Karena threshold discriminator time pick off circuit dan pulse height discriminator (L. L.D. dan U.L.D.) hanya berfungsi dengan sempurna bila D.C. level adalah stabil pada a volt (titik M). Transistor QI adalah buffer transistor. I.c. I adalah operational amplifier. D2 sid D7 adalah operational amplifier output voltage limiter ~ 2 Volt. DI adalah cramp diode, utnuk mencegah positive spikes yang bisa terjadi pada input dari I.c. I, pengamanan I.c. I. Perhitungan design tidak diuraikan disini.
Input
Input pulse
,, ~- . ,, '"
Delaved pulse
..
,,
'y I
,St Cross over time
-----------'\
Gambar 2.
I I I
Ou tput pulse
I I I I
II-~-
]
---
- -. --_u
-
--.-
175
2. Time pick off circuit :
~il~~ li~~,
~rr
li~u m@ ~if~~il [I~@i~~ri comparator Oihat gambar diatas).
W[I~mWL
m[f~mnti~tm ~~~
Input pulse yang masuk ke time pick off circuit diteruskan ke 3 buah rangkaian sebelum masuk kecomparator. 1. Rangkaian delay line (R23 DI. R24) diteruskan ke noninverting input dari comparator I ' C . 6 . 2. Rangkaian differentiator (C16 R3) 3. Rangkaian integrator (C8, R35, R3) Kedua buah pulsa (pulsa delay dan pulsa differentiated) setelah tercampur dicomparator menghasilkan sebuah output pulse sebagai hasil dari pada 2 buah crossover time antara kedua pulsa ini Oihat gambar 2). Integrator dipakai pada rangkaian ini untuk mendapat crossover time kedua yang lebih sempurna (sudut a yang lebih besar). Walking voltage ditambahkan pada delay circuit untuk mengkompensasikan yang disebabkan oleh propagation delay dari comparator.
error
R38 adalah positive feedback resistor untuk menshape pulsa dari pick-off output. 3. Time discriminator ( I. C. 10) Time discriminator hanya dapat meneruskan pulsa bila memenuhi syarat sbb : 1. Lebar pulsa> lower disc. time (TI) 2. Lebar Pulsa
< upper
disc. time (T2) U.D.T
L.D.T.
I
I
'u II I k-- T ,.~
I
I I I II
II
I
I
I~T2~1 I
1
Gambar 3.
4. Input Hand Gate: 1. 2. 3. 4.
3 input Hand gate hanya dapat digate bila memenuhi syarat sebagai berikut : Tinggi pulsa· > lower discriminating level upper discriminating level. Tinggi pulsa Lebarpulsa > lower discriminating time. upper discriminating time. Lebar pulsa
<
<
Relasi antara pulsa-pulsa yang masuk ke 3 input Hand gate dapat dilihat pada gambar. 176
I
I --;
~:
I
I+ I ~
t.delayI
/'----r---------I ~-.. -="----·-.....-~ . 1----------r Delay Pulse
: •'~"fI
II
--
_
-----=
:
Complementary
:.
••
Pulse
_
I
PiCk.off-! output
--
Diff./lnt.
~
.
I •
output
",
,
Time heig(>t Output I
---I I I
iI
I I I
I
I
I
I I
I
I
Time disc! output (I.C. 10) I•
I
U.l.D.
I I
I
I
I
rI - - .
3 Input
~;i '@'
Hand
Gate Out put
LLD.
~(-)V
V -/
Gambar 4.
V. Kemungkinan penggunaan-penggunaan lainnya dari noise rejection module ini. 1. Identifikasi partikel-partikel (7/, r). Dengan rnenggunakan organic scintillator, semiconductor detector (surface karrier type) dll. 2. Background compton spectrum suppression. 3. Ge (Li) drip type semiconductor solid state condition study. 4. Pile up pulse discrirninatcWl\ 5. Single wire transmission technique. Transmisi banyak signal-signal dengan hanya memakai satu transmission line (lihat gambar). VI. Kemungkinan perbaikan dari rangkaian noise rejection module: Dalam kenyataannya induced noice itu banyak berbentuk bipolar pulse. Maka untuk menyempurnakan rangkaian ini dapat ditambahkan unipolar, bipolar discriminator yang berupa coincidence circuit yang disisipkan distage permulaan dari rangkaian noise rejection module ini. Experiment dengan menambahkan unipolar bipolar discriminator yang terl'ligah dari rangkai noise rejection module dan ditempatkan dimuka dari noise rejector ini telah dilakukan dengan hasil sangat baik.
177
NIPOLAR
det. 1
pream
main am
satu cable
Gambar. 5,
Pulse with 500 150 390 max. 40 OUTPUT .;t:)( CR-CR y. It ;C ~ : discrimination. ){ )( )f)1 =: 1.0 /l S W.O. (mv) 0%. L. L. D. U.L.D. L.LD. (output voltage linearity) PULSE Note: % fluctuation = )(
Ii
pulzer.
.If
I
Jt CHARACTERISTIC
500. (mv) OF THE PULSE WITH DISC.
:1
*
10--'----7 )( ~( ){ yXII )( 0.1/lS )i]{ )( 0,5 ).' /l )Q )l 7' SII ~ (outpUt voltage linearity) INPUT VOLT :1-..c 2.0 CR-RC = 0.2 /l S
0:1
0:01 Gambar 6 :
178
Pick-of setting CONDITION: Input voltage - mercury
OUTP~JTVOLT (MV)
Note:
% fluctuation 0%.
t
=
1500. (my)
1000 ., (mv)
~ 500 (my)
~
0.01
0.1
Gambar 7 :
¥
2 J1S
il-
~
1.0J1S
i"
~
0.5J1S
~ .,.
•. 0.2 J1S ok CR-RC = 0.1
.,.
--1.0 DIPOLAR
;>
10
S
INPUT VOLT
PULSE
OUTPUT (MV)
t 150Q (my!
1000 (my)
Pick,.-)1 off Pick Pick}t off off
11 I(
r
~r
Pick off
J )..
400
o =
CR - RC
60 800 =
0.5
J.l
S
300!
= 1000
300
..
0.01 Gambar 8.
. 1.0 UNIPOLAR
PULSE
400 L C R - R C
600 10
-----...;>-~INPUT
Pick off
1•0 /J 5
= 1000,
VOLTAGE (VOLT) ,
179
(cps)
1000.
--J#'~
Signal only with 1.0. x = • =
signal only with shape disc. (S.D:) signal + noise with S.D. (cps)
-5
500.
-4 -3 -2
Noise only with S.D.
0.1 Gambar 9 :
0.2
~OISE COUNTAS
1.0 ---2.0
0.5 A FUNCTION
OR FilTER
>
CONSTANT
CR-RC
(IlS)
(UNIPOLAR)
Signal + noise with 1.0.
1000
Signal only with I. D.
~-;.::~
~
.
x
=
signal only with I. D.
o = signal + noise with S.D. (cps)
500.
- 50 Noise only with 1.0. 2fO
- 30 Noise only with S. D.
0.1 Gambar
0.2
0~5
10 : NOISE COUNT AS A FUNCTION (BIPOLAR)
180
1~0
OF FilTER
- 10
2.0
CONSTANT
CR-RC
(11
S)
(cps)
Conditions:
t
150
Shape idsc. gate: LLD. = 27 1 we = 79
°
Pick off = 100 Amp. Gain= a - 4,5 High Disc. + 10- 1200
1000,
•
(cps)
• -4 50
-2 - 1
.
2
5
.----
- With shape disc .
•
10
20
50 AMP. GAIN (a). '"
Gambar 11 : NOISE COUNT AS A FUNCTION OF AMP GAIN.
r
With
(cps)
1.0.
CR-RC S.D. 76 Pick off H.D. 10
::
I
~r 400.
0.2 JJ. S 96 500 1200
CPS
15
300.
With S. D.
200.
100.
5
•
1
• 2
•
•
•
5
10
20
50 AMP GAIN ..
Gambar 12 NOISE COUNT AS A FUNCTION OF AMPLIFIER GAIN. 181
CIS Pulse height distribution
0.5 P. S Rejection Operating condition Pick off CR - RC Signal
500
0.5
Noise Switching P.H.A. Disc. High Shape
P.
Noise
512 L.L.D. L.L.D.27 U. L D. max.
L.LD.140
W.D.
100•
•
10 •
o Gambar 13. : SIGNAL ONLY
182
100---------200
--Channel
number
S
170 CIS 137 CIS 106 CIS
80
(CIS)
Pick off
500
Shaping
0.5 J1 5 CRRC
P.H.A.
512
LLO.
11
Shape disc. LLO
140
High,
8 C 27
Noise
max. 170 cps 106 cps.
W'O'
LLO LLO Count rate sig.
100.
10 •
o
100
-------200
---Channel
number
Gambar 14 : SIGNAL + NOISE.
183
CIS
10 •
•
o
Gambar : 15 NOISE ONLY
184
100
• ______
200
Channel number
CIS
1000.
100.
10.
o Gambar 16 : SIGNAL
100
200
+ NOISE GATED (WITH PULSE WIDTH DISC')
185
