高分辨率X射线探测器读出电子学系统的研制及性能测试

本文针对光锥耦合X射线探测器低噪声的设计要求,研制了一套读出电子学系统,该系统包括模拟驱动电路、前端处理电路及基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字信号处理电路。利用X射线成像平台,对研发的探测器进行了性能测试。探测器系统绝对增益为0.168 6DN/e-,线性工作范围为0~154μGy。制冷温度为-20℃时,暗电流噪声为0.037e-/(pixel·s),读出噪声为10.9e-。探测器的本征空间分辨率达16lp/mm。测试结果表明,研制的读出电子学系统能满足高分辨率X射线探测器对低噪声特性的需求。     

基于CCD接收模拟光信号的数据获取系统的设计和研究

介绍了一种高速线阵CCD的数据采集及光纤传输系统的设计.系统中使用了八个线阵CCD芯片进行测量,针对CCD视频输出信号的特点,对信号进行了前置放大,相关双采样等处理,有效地抑制了噪声.实现了1.6 Gbps的串行数据光纤发送.     

高速高精度数据采集系统设计和实现

为了满足高速数据采集,尤其是红外焦平面信号的高速采集要求,设计了一个基于VXI总线的30M SPS 16BIT的三通道数据采集系统.该采集系统的可扩展性和灵活的采集和处理方式,使它不仅可以用于红外CCD(电荷耦合器件)图像信号采集的处理,还可以应用于其他高性能采集和测试系统中.本文对CDS(相关双采样)时钟控制电路,A/D转换及其接口电路,VXI总线接口电路,存储器接口电路等关键技术进行了详细论述.     

数字X射线图像综合校正方法研究

基于CCD-镜头耦合X射线数字成像系统的输出图像往往会产生信息畸变.针对图像中的CCD暗电流噪声和图像不均匀性,本文提出了相应的校正方法.针对系统特有的散点噪声,本文通过建立噪声模型提出了改进型均值滤波算法(IMF).最后,本文总结了X射线数字图像综合校正方法,对像质计图像进行的校正获得了令人满意的图像质量.     

基于CdZnTe探测器的γ射线过程成像探测系统

结合小尺寸CdZnTe半导体探测器,设计了结构紧凑的低噪声多相流γ射线过程成像探测系统.系统采用五个能量为59.5keV的241Am源均布在PVC管空间的结构,数据采集系统采用基于FPGA技术,将采集数据传给上位机进行处理和图像重建.测试结果显示,多相流过程成像系统每个通道的总噪声大约为8.9keV FWHM,计数能力约为90kcps.     

基于CCD医用X射线数字成像系统设计

基于高分辨率CCD数字X射线成像系统是近年发展起来的一种越来越受医疗机构欢迎的X射线数字诊断系统,与目前传统的DR和CR相比,其具有更好的空间分辨率、动态范围和可靠性.介绍了基于CCD医用X射线数字成像系统的组成、结构、性能和实验结果.     

便携式X荧光分析仪前置放大器的设计

介绍了一种新型高速低噪声器的电荷灵敏前置放大器，该放大器已应用于便携式X射线荧光分析仪中，它具有电路结构简单、性能可靠、线性度较好、输出信号上升时间快、噪声低等特点，有较好的性能价格比。     

数字多道系统设计

为适应硅漂移探测器X射线衍射仪的需求,设计了数字多道系统。该系统采用直接采样的电路结构,不改变输入信号形状,将信号直接由模数变换器全采样后获得幅度。测试结果表明:基于直接采样电路结构的数字多道系统比传统多道系统的峰背比提升了12.2%、丢数率降低了13.6%,可以满足硅漂移探测器X射线衍射仪的应用要求。     

ITER软X射线检测系统及其电磁兼容设计

国际热核聚变实验反应堆是世界上在建的最大的磁约束聚变装置托克马克装置,通过对其中软X射线的测量,可实现等离子体辐射对锯齿、色骨模等磁流体现象的物理研究和成像反演。软X射线诊断系统就是用来检测软X射线的设备。由于热核聚变时恶劣电磁环境及远距离传输,在设计信号检测系统时必须进行电磁兼容设计,以降低系统噪声、提高检测精度。本文中使用的检测电路采用差分结构实现电流信号到电压信号的转换,重点研究检测电路的实现及其电磁兼容设计。从电磁抗干扰的三要素出发,结合实验测试,针对电磁干扰的特殊性,讨论了滤波电路设计、印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)走线、电磁屏蔽及信号接地在系统中实现。本文采用32通道板卡集成设计;信号增益提高至107 V?A-1;放大器带宽达到120 k Hz。通过测试结果可以看出,信号噪声降至8 mV。通过优化设计提高了检测电路的集成度和放大电路的增益及带宽,同时降低了检测电路的噪声。     

基于CCD-镜头耦合的数字X射线成像系统设计与改进

通过分析现有基于CCD—镜头耦合的数字X射线成像系统存在的缺陷,对系统结构进行了改进,对系统部件进行了优化。实验表明,改进后的系统除了获得良好的空间分辨率和检测灵敏度之外,还降低了正向散点噪声对图像的干扰,系统的成像质量得到明显提高。     

低噪声高能量分辨率X射线CCD读出系统设计

X射线CCD(Charge-Coupled Device)是现代观测天文学和天体物理学的重要探测器,其读出系统直接影响探测器的性能。通过对CDS(Correlated Double Sampling)等系统重要模块的分析和优化设计,提出了一款针对CCD47-10的读出系统。测试结果显示,系统读出噪声仅为8.6 e-,对55Fe的能量分辨率FWHM(Full Width Half Maximum)可达152 eV,且具有良好的线性度。     

基于3D Si PIN阵列热中子探测器的变增益宽动态前端读出电子学设计

基于Si CMOS技术的前端读出ASIC主要是根据3D Si PIN阵列热中子探测器的输出信号特性设计的。所设计的读出ASIC的主要电路模块包括电荷灵敏放大器（CSA）、模拟开关设计、具有三级电荷灵敏自动转换的自动增益控制模块（AGC）、相关双采样（CDS）和基准电流源电路。仿真结果表明,前端电路的输入动态范围为10 fC~80 pC。根据热中子探测器输出信号特性设计的ASIC的3个增益系数分别为19 V/pC、039 V/pC和94 mV/pC。所设计的ASIC的积分非线性小于 1%。单通道静态功耗约为 536 mW。零输入探测器电容时的等效噪声电荷为2416e-。计数率可达1 MHz 。     

电荷耦合器件的~(60)Co γ射线辐照损伤退火效应

基于60Coγ射线辐照后的商用电荷耦合器件(CCD),对室温退火和100℃高温退火实验进行研究。考察了CCD的功耗电流、输出信号电压波形及光响应灵敏度等参数的变化。结果表明,CCD辐照过程中产生的氧化物电荷和界面态导致了CCD参数在室温和高温退火中的不同表现。     

高速无刷直流电机分立电源控制系统的设计

已有的高速无刷直流电机驱动电源与控制电源使用同一供电装置，以使其在实现功能的同时减少控制系统的体积，实现小型化。但实验中发现，统一供电存在电源信号串扰问题。针对此问题，本文设计了一种高速无刷直流电机分立电源控制系统，首先对电机驱动电源与控制电源进行了分立设计，之后对信号处理系统、信号分配系统和电源保护系统进行了改进设计。使用改进前后的电源控制系统进行了对比实验，结果表明，采用分立电源控制系统后，控制电源可在0～12 V精细控制，驱动电源可在0～100 V之间宽幅输出。改进后控制电源与驱动电源未出现串扰问题，即控制电路不会出现过载，驱动电路不会出现欠载。以上结果表明，电机驱动电源与控制电源的分立设计实现了控制信号的精细化调节，提高了其在运行过程中电信号检测的准确性。     

合肥200MeV直线加速器的束流能谱测量系统

介绍了用分析磁铁，荧光靶，光学系统，光电二极管阵列和处理电路，示波器以及ＣＣＤ摄象系统构成的合肥２００ＭｅＶ直线加速器的束流能谱测量系统，并用该系统对２００ＭｅＶ束流能量和能散进行了测量，给出了测量结果。     

磁质谱仪离子收集器数字化读出系统的研制

研制了一个用于磁质谱仪法拉第筒阵列离子收集器的高精度数字化读出系统,实现对离子束中离子成分的分析与诊断。数字化读出系统由前端处理电路和数据获取模块组成,前端处理电路采用门控积分器将418通道微弱电荷信号转换为电压信号,数据获取模块将电压信号数字化后,通过以太网接口将数据上传到远程上位机。该读出系统实现了电荷范围为0.1~120 pC的数字化读出,非线性误差小于1.95%（全量程）。现场应用测试结果表明,该数字化读出系统完全满足实验需求。该系统还可广泛用于核物理实验和加速器系统中微弱电流或电荷信号的测量。     

共面栅碲锌镉探测器读出电路设计及性能研究

为有效读出共面栅碲锌镉(CPG-CZT)探测器的核脉冲信号,本文结合CPG-CZT探测器工作原理及国内外研究,设计了可用于CPG-CZT探测器的读出电路,主要包括高压偏置电路、前置放大电路、增益调节及减法电路。为研究读出电路性能,本文测试了各单元电路的性能及探测系统能量分辨率随偏置电压、增益调节电路中两路信号的相对增益G的变化规律。结果表明：高压偏置电路两路输出偏压与输入偏置电压的相关系数R²均为0.998;前置放大电路输出噪声为5 mV;增益调节及减法电路输出信号噪声为10 mV;输入偏置电压、相对增益G的变化均会影响探测系统能量分辨率,当偏置电压为-1650 V、相对增益G为0.7时对¹³⁷Cs源产生的γ射线能量分辨率最佳,可达3.65%,且无明显拖尾现象。     

CsI(Tl)闪烁探测器读出电路设计

介绍了配置于新型γ能谱仪的CsI(Tl)闪烁探测器的读出电路设计。输入缓冲级采用折叠嵌位电路,改善了系统频率特性并提高了输入阻抗;放大级采用自举电路,改善了系统动态性能并提高了开环增益;输出级采用电流源负载电路,改善了输出信号的线性度并增强了系统的稳定性。实验表明:读出电路噪声为51.08 f C+1.97 f C/p F,时间漂移为0.112%,探头对137Cs源γ射线的输出信号信噪比可达23:1,能量分辨率可达4.98%。     

ASD/BLR及其测试平台的设计

ASD/BLR是稻草管探测器读出系统的核心电路,具有很强的功能,详细了解该电路的工作原理,是用好ASD/BLR的基础,对于采用稻草管探测器的读出系统是非常有意义的.给出了ASD/BLR的测试方法及其测试电路的原理.     

基于CPLD的CCD通用驱动电路设计方法

建立CCD通用测试平台有助于系统研究各类CCD器件的辐射效应及损伤机理。探讨了一种基于CPLD的线阵CCD通用驱动电路设计方法与实现途径。利用MAX-PL USII开发系统,选用MAX7000S系列CPLD芯片,设计实现了核心驱动主控制器,用于读取外部存储器驱动文件,设置相关参数寄存器,并产生符合参数要求的驱动时序脉冲。在此方法的基础上,完成了基本驱动模块电路的设计。基本驱动模块电路输出波形的测试结果表明,这种设计方法是完全可行的。