9MeV电子直线加速器X射线测量

 高能工业CT采用9MeV电子加速器产生轫致辐射，利用高能X射线能够有效地穿透物质以及同物质对射线吸收和散射不同这一原理来检查物体内部缺陷或内部结构。加速器电子束的焦点、X射线的最高能量、X射线剂量及均匀性与工业CT成像的质量和速度密切相关；对探测器的电子线路部分进行的X射线屏蔽关系到探测器的使用寿命。X射线测量结果表明，所用9MeV电子直线加速器满足高能工业CT检测的要求。     

基于数字平板探测器的高能X射线成像实验研究

为了将数字平板探测器应用到高能X射线成像无损检测,通过实验研究了平板探测器的噪声和动态范围。设计了基于平板探测器的高能X射线成像系统。通过实验研究了电子直线加速器对数字平板探测器图像采集的束流触发同步问题。     

高能X射线工业CT数据传输系统的设计

 针对高能X射线工业CT的特点,开发了基于USB2.0的数据传输系统。该传输系统主要包括USB2.0接口部分和传输控制部分。USB2.0接口部分使用Cypress公司的EZ-USB FX2系列CY7C68013A芯片,配置为从属FIFO接口模式,通过块传输方式将数据传送给上位机。传输控制部分使用Altera公司Cyclone系列EP1C6Q240C8N芯片,定义缓冲区接收来自探测部分的数据,产生逻辑控制信号和时序信号,发送数据到USB的端点缓冲区。测试表明该传输系统易于扩展,占用系统资源少,传输速率高,满足高能X射线工业CT数据传输的要求。     

面向脉冲星导航的聚焦型X射线探测器测试标定方法研究

通过脉冲星辐射信号特征研究和空间观测需求分析,提出了一种面向导航应用的X射线探测器测试方法.首先推导了X射线光子欠探测概率公式,分析了不同星源流量及不同探测器时间分辨率下对光子探测能力的影响.通过数值模拟方法建立了脉冲到达时间与脉冲轮廓相似度的关系.处理了我国硬X射线调制望远镜的Crab脉冲星观测数据,研究了不同能段脉冲轮廓差异.其次,系统地研究了面向导航应用的X射线探测器测试及处理方法,并利用地面测试系统完成了一款自主研发的聚焦型X射线探测器测试工作.通过数据分析得到,聚焦型探测器本底噪声为3.63×10-5ph/(cm~2·s~(-1)),工作能区为0.2～22.7keV,时间分辨率为4.17μs,空间响应约为5′,能量非线性为0.52%,能量分辨率优于200eV@5.7keV,典型探测效率为39.18%@4.51keV.聚焦型X射线探测器在弱脉冲信号及强背景噪声下,均能还原出Crab脉冲星脉冲轮廓,在2 400s内能够探测到辐射流量弱于背景噪声10倍的脉冲信号.结果表明,该款聚焦型探测器性能优秀,能够满足导航脉冲星(如PSR B1509)的空间观测需求,也验证了测试方法的可行性.     

新型纳米冷阴极平板X射线源和高灵敏度探测器件及其CT图像重建方法研究

正项目负责人:陈军牵头承担单位:中山大学参与单位:国家纳米科学中心,西安交通大学,南方医科大学项目性质:国家重点研发计划项目:纳米科技重点专项项目编号:2016YFA0202000项目说明:X射线成像在医学、安检、无损检测、工业探伤等领域应用广泛。在医学领域中,CT等X射线成像系统在疾病诊断方面起着至关重要的角色。X射线源和探测器是X射线成像系统的最核心器件。尽管X射线探测已经开始了从胶片到数字技术的转变,X射线源技术百年来却一直没有突破。为了实现     

基于APD单光子探测器的光子到达时间标记精度研究EI北大核心CSCD

为了准确测量X射线脉冲星导航中的光子到达时间,提出了一种X射线探测器光子到达时间精度的测试系统,该系统主要由脉冲X射线发生器、任意波形发生器、雪崩光电二极管探测器和时间标记光子计数器组成。系统测量脉冲X射线发生器的控制脉冲信号与雪崩光电二极管探测器测量的输出信号之间的时间延迟,研究时间延迟的分布情况,该分布的标准差可以反映被测探测器的光子到达时间测量精度。实验结果显示,雪崩光电二极管探测器输出信号相比控制信号的时间延迟约9.03 ns,标准差为2.23 ns,即雪崩光电二极管探测器的光子到达时间精度为2.23 ns,表明其能够实现对X射线单光子的快时间响应与高精度标记。     

可微调非粘结光锥阵列耦合数字X射线探测器

光锥阵列耦合数字X射线探测器是获得大面积高分辨率数字X射线成像的重要途径,但目前通常采用粘结固定的方式实现光锥阵列各小端面与对应图像传感器芯片之间的耦合.为克服粘结耦合方式的不足,设计并实现了一种可微调的非粘结2×2光锥阵列耦合数字X射线探测器.该方案能够在调节空间受光锥阵列结构和硬件电路板尺寸限制,特别是竖直方向板间距离仅40mm的情况下,通过独特设计的水平和竖直调节机构在同一个调节层上对四块数据采集板分别进行多维度调节.利用四块数据采集板与数据传输板相互分立的特点,设计了基于ARM+4FPGA的嵌入式以太网多CMOS芯片传输数据采集系统,所实现的X射线探测器成像面积达100mm×100mm,能够完成可微调的非粘结耦合和多CMOS芯片的图像数据采集.     

变电压X射线多谱CT成像虚拟设计

复杂结构件在X射线成像时,由于射线透照方向上有效厚度差异大、成像器件动态范围受限等原因,单一电压下的射线图像易出现过曝光和欠曝光共存现象,投影信息缺失严重,无法进行CT重建,为此提出了变电压多谱CT成像理论与方法。通过改变电压改变X光谱分布,实现X光谱与检测对象有效厚度的匹配,扩展图像动态范围,确保检测对象投影信息的完整性;同时基于虚拟设计思想,建立了基于单能和多能的变电压虚拟CT模型,实现了变电压X射线CT成像的虚拟仿真。虚拟实验表明：变电压多谱CT成像原理是可行的,能够实现复杂结构件CT成像。     

化学气相沉积金刚石探测器测量辐射驱动内爆的硬X射线

金刚石探测器具有响应快、灵敏度高、动态范围大、平响应、击穿电压高、抗辐射等优点, 广泛运用于X射线测量. 利用化学气相沉积方法制备的光学级金刚石, 采用金属-金刚石-金属结构研制了X射线金刚石探测器. 在8ps激光器上的探测器响应性能考核表明, 整个探测器系统的响应时间为444 ps, 上升时间为175 ps, 载流子寿命为285 ps. 将探测器应用于神光Ⅲ原型装置的内爆物理实验硬X射线测量, 分别测量得到以注入黑腔的激光转化为主和靶丸内爆产生为主的硬X射线能流, 测得的峰值信号分别正比于激光总能量和反比于靶丸CH层厚度. 关键词： CVD金刚石探测器 硬X射线 激光能量     

基于MARS系统的彩色CT图像重建

针对传统的X射线CT系统因采用积分探测器难于区分材质细微差别的关键技术问题,基于MARS X射线能谱CT系统,开展了彩色CT成像技术研究。研究结果表明,对被碘溶液腐蚀的橡胶管和注射有新型造影剂(金纳米微粒)的小老鼠进行多个X射线能量段的CT断层扫描,提取和量化不同能量范围橡胶管投影数据和小老鼠的CT图像,重建出橡胶管彩色投影图像和小老鼠胸腔彩色CT图像,展现了橡胶管内部复杂结构及金纳米微粒主要集中于小老鼠胸腔上部血管的信息,显示了X射线能谱CT刻画物质信息的细微差别能力和呈现物质不同组成成分的能力。     

基于可调高斯型滤波器的光纤光栅振动解调技术研究

 传统的匹配光纤布拉格光栅型光纤光栅波长解调系统具有波长匹配精度低、调节困难和动态测量范围小的缺点。为了克服上述缺点,采用波长可调谐高斯型滤波器代替传统匹配光纤光栅,提出了一种新型的光纤光栅波长解调技术。建立了基于高斯型滤波器的光纤光栅振动解调系统。对不同频率和振幅的周期性振动进行了解调实验。发现当选择合适带宽的滤波器时,透过滤波器的光功率随压电陶瓷上所加电压信号同步且高保真地变化,表明该系统对振动信号实现了有效的解调。该系统同时具有响应速度快、物理结构简单、动态测量范围大的优点。     

A new lidar signal processor using digital techniques to provide real-time display

An accurate high speed digital data acquisition system which records lidar data on magnetic tape is discussed. It features real-time processing of the data by means of a low cost dedicated processor. The system features dual-channel recording capability, and has two built-in gain-switching amplifiers, allowing the system to accurately record the entire return signal having a dynamic range in excess of 80 dB. Dual differential inputs are used to provide excellent noise immunity. Spatial separations as small as 10 m can be recorded and up to 10 000 returns can be averaged in the 24 bit × 2048 word output buffer memory. This stored data is available to the processor to provide a range corrected signal and a signal normalized for the change in atmospheric density as a function of height. Dual channel operation allows use with dual-wavelength and dual polarization lidars, and the system is sufficiently flexible to be used to record coherent Doppler radar returns.     

一种基于DSP+CPLD的低功耗实时红外成像系统实现方法

非致冷红外焦平面阵列(IRFPA)固有的非均匀性严重制约了系统成像质量,其输出动态范围大和监视器显示输出动态范围小也构成了矛盾。为解决这些问题,采用了复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计红外焦平面阵列输出驱动和视频编码芯片的显示时序,以高速低功耗数字信号处理器(DSP)为核心,实现了嵌入式红外图像实时采集与压缩校正硬件系统。提出了一种结合两点校正的灰度直方图统计阈值分段线性压缩变换算法,并进行了实验。结果表明,系统可以实时的对红外图像进行采集和压缩校正,处理后图像的非均匀性得到很好的校正,背景被抑制的同时目标和细节得到了增强。该方案简单可靠,电路功耗较低,可为小型化红外热像仪的研制提供参考。     

All-optical error-bit amplitude monitor based on NOT and AND gates in cascaded semiconductor optical amplifiers

This paper proposes and simulates a novel all-optical error-bit amplitude monitor based on cross-gain modulation and four-wave mixing in cascaded semiconductor optical amplifiers （SOAs）, which function as logic NOT and logic AND, respectively. The proposed scheme is successfully simulated for 40 Gb/s return-to-zero （RZ） signal with different duty cycles. In the first stage, the SOA is followed by a detuning filter to accelerate the gain recovery as well as improve the extinction ratio. A clock probe signal is used to avoid the edge pulse-pairs in the output waveform. Among these RZ formats, 33% RZ format is preferred to obtain the largest eye opening. The normalized error amplitude, defined as error bit amplitude over the standard mark amplitude, has a dynamic range from 0.1 to 0.65 for all RZ formats. The simulations show small input power dynamic range because of the nonlinear gain variation in the first stage. This scheme is competent for nonreturn-to-zero format at 10Gb/s as well.     

基于独热码有限状态机的斐索干涉解调相位补偿方法

针对相位调制型超弱光纤光栅水听器阵列解调过程中发生的相位翻转现象,提出了一种基于独热码编码的有限状态机相位补偿方法,用来在现场可编程逻辑门阵列中对翻转信号进行实时修正.将解调信号相位及其补偿条件设计在独热码编码的有限状态机中,通过状态机内部状态的即时转移,实现高时钟速率下光纤干涉系统解调信号的相位补偿.对多种相位补偿方式在功能仿真和实验测试中的功耗、占用资源及时序等进行对比分析,结果表明基于独热码状态机的相位补偿方法,不仅可以正确地解决相位翻转问题,保证信号的完整性,同时还可以增加信号解调动态范围,使系统的逻辑延迟降低6%,在水声光纤传感解调系统的高吞吐率和高时钟频率应用环境下具有一定优势.     

基于TDI-CCD的高速小目标交汇测量系统

介绍了TDI CCD图像传感器的工作原理和成像特点 ,提出了基于TDI CCD的交汇测量系统 ,初步分析了该交汇系统行扫描速率和目标运动速率的同步控制问题。同一般线阵CCD组成的交汇测量系统相比较 ,TDI CCD构成的交汇测量系统能够提高探测灵敏度、扩大动态探测范围、增大信噪比 ,从而大大提高系统对目标的捕获几率。同时亦可减小照明光源的亮度及功耗。对大靶面、高速小目标物体运动轨迹的精密测量具有重要意义。     

Robust amplification in adaptive signal transduction networks

Amplification of small changes in input signals is an essential feature of many biological signal transduction systems. An important problem is how sensitivity amplification can be reconciled with wide dynamic range of response. Here a general molecular mechanism is proposed, in which both high amplification and wide dynamic range of a sensory system is obtained, and this without fine-tuning of biochemical parameters. The amplification mechanism is based on inhibition of the enzymatic activity of the sensory complex. As an example, we show how this ‘inhibition-driven amplification’ mechanism might function in the bacterial chemotaxis network, where it could explain several intriguing experimental observations connected with the existence of high gain, wide dynamic range and robust adaptation.     

All-optical high speed logic gates using SOA

In this paper a novel and simple structure of a high speed optical logic gate based on bulk semiconductor optical amplifier (SOA) is presented. The gain dynamic and phase response of bulk SOA using rate equations including the dynamics of carrier heating (CH) and spectral-hole burning (SHB) is investigated numerically. The operation of NOR gate is analyzed by using the presented numerical method, and a NOR gate that can operate up to 1 Tbps is designed. By using the proposed structure, high speed logic gates based on bulk SOA can be realized.     

精密离心机测控与加速度计标校自动化系统设计

惯导加速度计在精密离心机上的标校应用试验,涉及精密离心机动态半径和静态半径的精密测量、转速的精确测控以及被校加速度计信号的正确采集与实时传输等操作,需严格控制各类测控仪器的动作时序逻辑实现精密离心机精密测控与加速度计标校应用试验的自动化操作。介绍一种精密离心机测控与加速度计标校应用试验自动化系统设计,硬件上基于LAN总线组网集成精密离心机各类测控仪器,构建分布式测控系统,并应用外部光栅编码器脉冲信号作为触发信号控制测控仪器的硬件时序同步逻辑;软件上应用共享变量技术实现各类测控参数的有序传输,针对动态波形类大数据测试信号的共享变量传输可靠性差问题,提出一种基于文件动态拷贝的网络数据传输方案,设计严格的共享变量传输逻辑机制,实现了各类测控参数正确有序采集与传输。应用试验表明,设计的精密测控与加速度标校应用试验自动化系统满足加速度计在精密离心机上的标校自动化需求,显著提高了加速度计标校应用试验效率。     

基于异构双核的磁共振接收机的设计

提出了基于异构双核的低场核磁共振（Low-field Nuclear Magnetic Resonance,low-field NMR）接收机的设计,具有ARM（Adanced RISC Machines）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）先进的异构双核结构、高速的模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）采集、增益的可控以及可视化显示等特性,提高了整个系统的性能指标.设计中采用Xilinx公司的系统开发工具System Generator来实现内部信号处理功能.实验结果表明,数字接收机具有结构紧凑、可重构性强、采样速率高和成本低等特点,并且增益的可控使接收机获得了较大的动态范围,提高了重建图像的信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）.