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, seringkali mendapat gangguan-gangguan berupa induced noise, noise yang sangat mempersukarmengevaluasi pengukuran, bahkan tempo-tempo tidak bisa mcndapatkan hasil pengukurankarena adanya pengaruh induced noise yang relatip besar dibandingkan terhadap signalpulse. Keadaan diatas akan lebih bertambah buruk lagi bila dengan tidak disadari adanyapengaruh-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 countingsystem dan diset yang betul maka akan didapat data-data yang mendekati bebas dari ggangguan 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 instrumentasipada 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 dibuatkanphoionya (tidak dimuat pada paper ini) dan telah dilakukan pengelompokan setelahdisystematiszer, dari hasil mana telah dapat ditarik kesimpulan bahwa yang menentu­kan bentuk daripada noise pulse ini parameternya terlampau banyak (tidak diadakanpembahasan 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 mendiscriminatesignal pulse terhadap noise pulse dengan hasil yang sangat baik.

III; Dasar kerjanya Induced pulse discriminator module:

Pada dasarnya induced noise discriminator module ini terdiri dari 2 buah discri­minator yaitu :

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

---.-- --f;': NI- ,j, I-

- -1'-; I-- -----t

LLLL

...,1-

~~

Q)

Ei= -T'"'.1­

Q~.J

=~Q)

a.'".r;;(J)

r.:d.J

o

•..I-

NI-

-0"0 E..c:: .~" 0Q) "

.coI-

~Q)

a.'".r;;(J)

.r;;•......-0 •••••- 0;':-"Q) 0" .--:;0-0-

=

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 thresholdlevel tertentu. Pulsa-pulsa yang mempunyai pulse height dibawa threshold level initidak dapat men trigger comparator, maka dalam keadaan ini J.K.F.F. I tutup. Padapulse width pic of cicuit, input signal masuk ke shaping network yang mana terdiridiifi pada sebuah delay line, integrator dan differentiator. Cross over time antaradelayed pulse dan differentiator-integrator menghasilkan pulsa.Pulse ini dishape oleh J.K.F.F. 1.

173

174

I

(1:) ~-,T~ -

,5i

j:',~¥j ·Y.I~'~.b ,; .~f c;.'"

~.!:,

Output pulse da:i J.K.F.F. I selain masuk ke time to height converter juga masukke sharper I, Dari sharper I - OR gate --- J.K.F.F. 11--- 3 input Hand gate.

Output pulse dari time to pulse height converter adalah pick-off output dari Pulsewidth 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 mentrigger3 input Han gate ini.

Output dari 3 input Hand Gate ·ini dishape oleh univibrator (sharper). Output darisharper ini adalah discriminator output dari pulse width discriminator ini.

Output dari discriminator ini dipakai untuk menggate Pulse height analyzer (atauMulti 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 D.C. level yangtepat, tidak tergantung dari input pulsa.

D.C. level yang sangat stabil ( a volt) adalah mutlak dibutuhkan unruk NoiseRejector ini. Karena threshold discriminator time pick off circuit dan pulse heightdiscriminator (L. L.D. dan U.L.D.) hanya berfungsi dengan sempurna bila D.C. leveladalah 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 padainput dari I.c. I, pengamanan I.c. I.

Perhitungan design tidak diuraikan disini.

Input

Input pulse

Delaved pulse

Gambar 2.

'yIIII

-----------'\ Ou tput pulse

,St Cross over time

'" ~- .- ..,,,,,,II-~-

---I - -. --_u -I --.-II

]175

2. Time pick off circuit :

li~um@ ~rr~if~~il[I~@i~~ri~il~~li~~,W[I~mWL m[f~mnti~tm~~~comparator Oihat gambar diatas).

Input pulse yang masuk ke time pick off circuit diteruskan ke 3 buah rangkaiansebelum masuk kecomparator.

1. Rangkaian delay line (R23 DI. R24) diteruskan ke noninverting input daricomparator 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 daripada 2 buah crossover time antara kedua pulsa ini Oihat gambar 2).

Integrator dipakai pada rangkaian ini untuk mendapat crossover time kedua yanglebih sempurna (sudut a yang lebih besar).

Walking voltage ditambahkan pada delay circuit untuk mengkompensasikan erroryang disebabkan oleh propagation delay dari comparator.

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.

'uI II II II

I I II Ik-- T ,.~I I II~T2~1I 1

Gambar 3.

4. Input Hand Gate:

3 input Hand gate hanya dapat digate bila memenuhi syarat sebagai berikut :

1. Tinggi pulsa· > lower discriminating level

2. Tinggi pulsa < upper discriminating level.

3. Lebarpulsa > lower discriminating time.

4. Lebar pulsa < upper discriminating time.

Relasi antara pulsa-pulsa yang masuk ke 3 input Hand gate dapat dilihat padagambar.

176

III

--; I + I ~ Delay Pulse~: /'----r---------- Diff./lnt. Pulset.delay I ~-.. . _I : 1----------r -="----·-.....-~'~"f I -- -- -----= _• I I

PiCk.off-! I Complementary output

output : •• ~:- . ", ,.I•I

ITime heig(>tOutput I---I IIITime disc! output(I.C. 10) I•

IU.l.D.

LLD.

IIIII

~;i'@'

r- - - .IIIIIiIIII

3 Input Hand

Gate Out put

~(-)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 karriertype) 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 (lihatgambar).

VI. Kemungkinan perbaikan dari rangkaian noise rejection module:

Dalam kenyataannya induced noice itu banyak berbentuk bipolar pulse. Maka untukmenyempurnakan rangkaian ini dapat ditambahkan unipolar, bipolar discriminator yangberupa coincidence circuit yang disisipkan distage permulaan dari rangkaian noiserejection module ini.

Experiment dengan menambahkan unipolar bipolar discriminator yang terl'ligahdari rangkai noise rejection module dan ditempatkan dimuka dari noise rejector ini te­lah dilakukan dengan hasil sangat baik.

177

det. 1 pream main am

Gambar. 5,

satu

cable

OUTPUT CONDITION:

TrVI

Input voltage - mercuryUNIPOLAR PULSE

pulzer.

1500..If.; ~y.Ii )(;CPulse with discrimination.

(mv)Pick-of setting:500

L. L. D.:40

U.L.D.:max.

W.O.:150

L.LD.:390

Note: % fluctuation =0%.1000. (mv)

I )(

)f ){)()1 Itt: CR-CR = 1.0 /l S(output voltage linearity)

500.(mv)

0:01Gambar 6 :

178

:1 )( II).')( )iII0,5 /l S

CR-RC = 0.2 /l S

Jt* )QX)l ~7' (outpUt voltage linearity)

:1

){ ~()(y ]{-..c 0.1/lS

0:1

2.010--'----7 INPUT VOLTCHARACTERISTIC OF THE PULSE WITH DISC.

OUTP~JTVOLT(MV)

t1500.(my)

1000 .,

(mv)

500(my)

~

~

.,.

il-

Note: % fluctuation =0%.

¥ 2 J1S

~ 1.0J1S

0.01

Gambar 7 :

OUTPUT (MV)

t150Q(my!

1000(my)

0.1

i"

~.,.

--1.0DIPOLAR PULSE

~ 0.5J1S

•. 0.2 J1Sok CR-RC = 0.1

;> 10 INPUT VOLT

S

Pick off

500 ./

r11)1

JPick off(my)

rI(,.- ~Pick off/I

}t )..Pick off

..0.01

Gambar 8.

.1.0

UNIPOLAR PULSE

= 300!

400

o CR - RC60 = 0.5 J.l S= 800

= 1000

300

400 L C R - R C600 1•0 /J 5

10 Pick off = 1000,-----...;>-~INPUT VOLTAGE

(VOLT) ,

179

(cps)

1000.

500.

--J#'-~ Signal only with 1.0.

x = signal only with shape disc.(S.D:)

• = signal + noise with S.D.

(cps)

-5-4-3-2

Noise only with S.D.

0.1 0.2 0.5 1.0 ---2.0 > CR-RC (IlS)

Gambar 9 : ~OISE COUNTAS A FUNCTION OR FilTER CONSTANT (UNIPOLAR)

Signal + noise with 1.0.

1000

500.

~-- .;.::~ ~Signal only with I. D.

x = signal only with I. D.

o = signal + noise with S.D.

(cps)

- 50

Noise only with 1.0.2fO

- 30Noise only with S. D.

0.1 0.2 0~5 1~0 2.0Gambar 10 : NOISE COUNT AS A FUNCTION OF FilTER CONSTANT

(BIPOLAR)

180

- 10CR-RC (11 S)

(cps)

t150 °

1000,

••

50

Conditions:

Shape idsc. gate:LLD. = 27 1we = 79

Pick off = 100Amp. Gain= a - 4,5High Disc. + 10- 1200

(cps)

-4

-2

2.5 10

.----•

20

- 1

- With shape disc .

50 AMP. GAIN (a).'"

Gambar 11 : NOISE COUNT AS A FUNCTION OF AMP GAIN.

r(cps)

I

~r400.

300.

200.

100.

::

With 1.0.

With S. D.

CR-RCS.D. 76Pick offH.D. 10

CPS

15

5

0.2 JJ. S96

5001200

Gambar 12 NOISE COUNT AS A FUNCTION OF AMPLIFIER GAIN.

•1

•2

•5

•10

•20 50

AMP GAIN ..

181

CISPulse height distribution 0.5 P. S Rejection

Operating condition

100•

10 •

•

Pick offCR - RCSignal

Noise

Switching Noise

P.H.A.Disc. High

Shape

5000.5 P. S170 CIS137 CIS106 CIS

512 L.L.D.L.L.D.27U. L D. max.L.LD.140W.D. 80

o 100---------200 --Channel number

Gambar 13. : SIGNAL ONLY

182

High,

Noise

Pick off

ShapingP.H.A.

LLO.Shapedisc.

(CIS)

100.

10 •

o 100

LLOW'O'

LLO

LLO

Count rate sig.

-------200 ---Channel number

5000.5 J1 5 CRRC512111408 C27

max.

170 cps106 cps.

Gambar 14 : SIGNAL + NOISE.

183

CIS

10 •

•o

Gambar : 15 NOISE ONLY

184

100•

______ 200 Channel number

CIS

1000.

100.

10.

o 100 200

Gambar 16 : SIGNAL + NOISE GATED (WITH PULSE WIDTH DISC')

185