用于BEPCII试验束二维平行板电离室的信号处理系统

　　BEPCII(北京正负电子对撞机)试验束的E2线[1]是一条高能窄脉冲电子束线,每个脉冲包含的电子个数可以在103到1010间调整,这条电子束线可以为羊八井“芯”探测器刻度提供理想的实验场所。在这么大的动态范围里面利单个探测器实现实时流强监测是很困难的,现有的BCT(束流变压器)探头仅可以对大于每脉冲109个电子的束流进行监测。实验中采用带多阴极条读出的厚(41mm)、薄(5mm)两个平行板电离室来获取束流流强信息,同时得到束流截面轮廓;采用重达2吨的法拉第杯[2]实现对强流强进行绝对测量;采用三者联合刻度的办法来实现对每个流强点的绝对测量[3]。

　　1　电离室探测器概述

　　电离室是基于带电粒子电离原理的探测器[4]。电离室阴极和阳极上加不同的电压,带电粒子穿过电离室内气体时会引起气体电离产生电子离子对,这些电子离子对在电场的作用下分别向两极漂移,在阳极和阴极上会有感应信号产生。实验中采用的电离室由平行放置的一个阳极板和两个阴极板组成,两块阴极板放在阳极板两侧,并且都腐蚀出9根宽5mm的阴极条,用于获取束流截面轮廓。探测器的工作气体为He气,采用流气式供气。

　　2　信号处理系统

　　BEPCII试验束二维窄脉冲电离室探测器有1路阳极输出信号、9路X(水平)方向阴极输出信号和9路Y(竖直)方向阴极输出信号。阳极输出信号表征束流流强的大小,阴极输出信号表征束流截面轮廓。为了精确记录这些输出信号的大小,设计了一套信号处理系统,实现对计数过程的远程控制和实时动态显示。这套信号处理系统主要由电荷灵敏前置放大器(Preamp)、CR-(RC)3滤波成形主放大器(Ma-inamp)、ADC和2台PC机组成。各部分之间用电缆相连,系统方框图如图1所示。

　　2·1　电荷灵敏前置放大器(Preamp)

　　由于电离室工作在电离模式,输出信号较小,为了提高系统的信噪比,减小信号经电缆传

送时外界干扰的影响需要在紧贴探测器的一端使用前置放大器。电荷灵敏前置放大器具有良好的低噪声性能,并且其输出信号幅度基本上不受探测器极间电容、放大器开环时输入电容和电压增益等参数稳定性的影响[5]。实验中采用的电荷灵敏前放改进自BESⅢ(北京谱仪Ⅲ)量能器电荷灵敏前放[6]。图2给出了BESⅢ量能器电荷灵敏前放的电路原理图。前放输出级跟随器的发射极和地分别接到主放大器输入级的差动接收器的两个输入端,构成“半差分方法”,提高系统抗共模干扰能力。实验中,在电阻R5两端并联上一个阻值为100Ω的电阻以改变静态工作点,增大电流驱动能力,并且将VEE电压值从-5 V变化为-12 V,使前放输