楔条形阳极探测器的性能测试与分析

对研制出的楔条形阳极探测器进行了性能分析与实验测试,分析了引起成像畸变的三个重要因素：到达阳极的电子云半径大小、阳极的电容耦合效应和电子读出电路的性能.电子云半径的过大或过小会相应引起成像的 “S”畸变或调制畸变,电容耦合效应和电路噪音也均会引起成像的畸变.此外,测试了探测器的暗计数率、线性度以及空间分辨率等性能,同时分析了微通道板在光照情况下的增益特性和暗计数的一般特性及其产生原因.测试结果表明探测器的成像畸变很小、线性关系较好,空间分辨率优于150 μm,微通道板的暗计数率低于0.4 count/s*cm2.     

电荷云尺寸对紫外光子计数成像探测器性能的影响

微通道板出射电荷云尺寸与微通道板增益、微通道板输出面和楔条形阳极间距离以及阳极加速电压等因素有关.到达阳极的电荷云尺寸对紫外光子计数探测器的成像性能有重要影响.本文研究了电荷云尺寸对紫外光子计数成像系统成像性能的影响,论述了调制畸变和"S"畸变两种图像畸变及其产生的原因,采用蒙特卡洛方法模拟了不同尺寸的电荷云对阳极解码的影响.实验测试了微通道板和阳极间距离、微通道板增益以及阳极加速电压对紫外光子计数成像系统成像性能的影响,并给出了实际解决调制畸变和"S"畸变的有效方法. 关键词： 光子计数成像 楔条形阳极 微通道板 阳极探测器     

30.4nm极紫外成像探测器的实验研究

报导了最新研制的30.4 nm极紫外成像探测器的实验研究结果.该探测器采用了楔条形阳极(WSA)、高增益v型级联微通道板组件、低噪声电子读出系统等先进技术,利用单光子计数成像技术在实验审成功获得了模拟图像.搭建了相应的实验系统,对探测器成像的线性度、空间分辨率、暗计数等性能进行了实验研究.结果表明,该探测器具有φ45 nm的有效面积,空间分辨率优于100μm,暗计数率低[0.4 count/(cm2·s]、成像线性度好、结构简单等优点.     

光子计数位置灵敏探测器畸变多项式校正

采用多项式校正方法对光子计数位置灵敏探测器成像畸变进行校正。介绍光子计数位置灵敏探测器工作原理并分析其畸变产生原因;介绍多项式校正原理,并给出光子计数位置灵敏探测器畸变多项式校正流程;采用该方法对两种不同畸变程度的基于楔条形阳极该类探测器进行了畸变校正,校正后残余误差分别为2.5pixel和1.2pixel。实验结果表明,多项式校正法能够有效校正光子计数位置灵敏探测器成像畸变。     

一种新型真空型紫外成像探测器

针对紫外告警的关键元器件——紫外探测器，简述了紫外告警的特点及发展，紫外辐射的大气传输特性和紫外探测器的发展。详细介绍了一种新型响应波段为105nm～300nm的真空型紫外成像探测器，其光电阴极具有“日盲性”，管型采用近贴聚焦结构，从而使得弥散和像差得以减小。探测器读出系统有光耦合读出和电耦合读出2种读出方法：光耦合读出系统能实时响应；电耦合读出灵敏度高，分辨力强，探测距离远。采用自动门控BSP电源，可实现大动态范围探测，并对光电阴极和微通道板起到保护作用。     

凝视焦平面探测器的空间采样效应建模仿真

为了增加红外凝视焦平面阵列探测器成像仿真的置信度,对探测器所存在的空间采样效应产生机理进行了分析,并且从空间域角度对其进行了建模,借助于基于图像像素处理的方法进行实验仿真;为了客观地评价空间采样效应对探测器成像质量的影响,定义了图像的负指数型平滑度,实验结果表明,叠加空间采样效应后探测器输出图像的平滑度减小了11.7%,图像局部波动变大,从而验证了红外探测器成像仿真中空间采样效应考虑的必要性。     

一台高计数率GEM X射线成像装置原型

研制一种新型的三层级联倍增GEM气体探测器,其有效增益达到10⁵,用于高亮度X射线成像.设计和制作了的精密的微条读出和信号引出方法,采用高速SCSI接口的机箱控制器及计算机控制系统,用于该探测器的射线定位测量,在此基础上建立了一台GEM-X射线成像装置原型.实验结果显示：在X射线强度为10⁵Hz/mm,其增益稳定性<1%,位置分辨<100μm,并获得了清晰的两维图像.     

远紫外光子计数成像探测器的感应电荷读出方法

为了满足空间远紫外波段成像高空间分辨率和高计数率的探测需求,阐述了光子计数成像探测器的感应电荷读出方法,用于对地球电离层进行远紫外波段遥感探测的成像光谱仪.研究了具有成形网路的电荷灵敏放大器各参数间的关系,从理论上分析了电荷灵敏放大器的上升时间及成形网络的成形时间常数对电荷读出噪声和探测系统计数率的影响,并建立了它们之间的定量关系.提出了电荷读出网络参数的设计和选取原则,并采用适合空间环境的分立电子元件研制出基于楔条形阳极光子计数式成像探测器的电荷读出电路.实验结果表明,所设计的感应电荷读取链路在成形时间为500 ns时链路等效输入噪声电荷约为230 e,电荷灵敏放大器上升时间小于8 ns,与建立的模型计算值有较好的一致性.在入射光强计数率86.2 kcps条件下,所测图像的空间分辨率达到7.13 lp/mm,满足空间远紫外波段成像光谱仪的使用要求.     

基于Vernier阳极微通道板光子计数探测器分割噪声

为消除微通道板光子计数探测器系统中电子噪声的干扰,研究了探测器分割噪声的来源,并提出利用COMSOL软件仿真计算分割噪声的方法.利用有限元方法对基于Vernier阳极探测器的成像过程进行三维建模,实现了一组5×5针孔阵列的模拟成像,计算出Vernier阳极分割噪声所产生的电子云质心位置的偏移量,验证了Vernier阳极探测器成像编码的正确性与仿真研究分割噪声的可行性.通过分析不同参量的阳极面板,利用数值拟合方法,得到电子云质心偏移量与阳极面板设计参量之间的关系.在固定面板参量的前提下,可以通过提高微通道板增益来有效降低分割噪声对质心位置偏移影响.     

象限探测器非均匀性的影响分析及软校正算法

定量分析了四象限探测器用于目标跟踪时，其光电响应不均匀性对输出特性线性度及跟踪定位准确度的影响，给出了不均匀性校正的下限.提出了一种综合补偿光分布、探测器暗电流、通道增益的多元软校正方法.该方法将非线性误差控制在5%，跟踪定位准确度2%.与补偿增益的硬件校正和不消除暗电流的软校正方法相比，非线性误差减小2%，定位准确度提高了近3%.     

非制冷红外探测器读出电路的非均匀性研究

对于长线列的非制冷红外探测器组件, 不同探测元之间的非均匀性是衡量电路设计的关键指标. 为了实现长线列非制冷红外探测器的高性能读出, 本文设计了一种基于电流镜方式的非制冷红外探测器160线列读出电路, 电路由电流镜输入模块、电容负反馈互导放大器模块及相关双采样输出模块组成. 电路采用0.5 μm工艺制作完成. 通过合理设置电路中MOS管的参数和布局电流镜版图, 电路的非均匀性有了明显地改善. 通过测试, 电路的非均匀性小于1%, 器件总功耗约为100 mW, 并具有良好的低噪声特性, 输出噪声小于1 mV, 输出摆幅大于2 V. 该电路与160线列非制冷红外探测器互连后, 能较好地完成红外信号的读出, 在积分时间为20 μups的情况下, 器件的响应为0.294 mV/Ω, 整体性能良好. 该电路的研制对超长线列的非制冷红外冷探测器读出电路研制奠定了重要的技术基础.     

Investigation of a CPG‐array CdZnTe γ‐ray imaging detector with single collecting electrodes readout

The single‐electrode readout method has been applied to a coplanar grid (CPG) array CdZnTe detector in order to halve the number of preamplifiers previously needed and to facilitate imaging applications of CPG detectors. A method of predetermining the width of the optimum collecting electrodes has also been proposed, using the calculated optimum relative gain factor G. Meanwhile, a detailed process for calculating the charge induction efficiency (CIE) is presented. To simplify the calculation process, the computational formula of the CIE was deduced through the integration of the weighting potential. For performance evaluation, a 2 × 2 CPG‐array CdZnTe detector was elaborately designed and tested with ¹³⁷Cs at 662 keV. Experimental results showed the capability of using the CPG‐array CdZnTe detector with single collecting electrode readout for γ‐ray imaging applications, with the same complexity of associated readout electronics as that of the pixelated CdZnTe detectors.     

第一代伴随粒子靶管的研制

研究伴随粒子成像技术(API),就必须研制带有伴随粒子探测器的伴随粒子靶管,因而对D-T反应及其产物中子与α粒子的关系、伴随α粒子探测器及其输出电路等关键技术进行了研究。综合考虑不同类型的D-T中子发生器,制作了一个相对可靠、安全的D-T中子发生器。通过实验测试了多阳极光电倍增管(PSPMT)及其两种输出电路的性能,证明了SCDC输出电路路具有比DPC输出电更小的畸变和更高的位置分辨。实验验证了第一代带伴随粒子探测器的伴随粒子靶管的设计方案的可行性,测得伴随α粒子与中子在时间和位置上的关联,中子角度不确定度为7°,与理论相符。     

利用Garfield程序模拟Micromegas探测器增益和位置分辨特性

利用Garfield气体探测器模拟程序模拟了不同条件下Micromegas探测器的增益和位置分辨特性. 通过对模拟结果的分析, 得出提高探测器位置分辨和增益的有效途径. 该工作不仅可以优化气体探测器结构设计, 缩短实验周期, 而且还能极大程度的节约经费.     

单晶热释电探测器混合集成制造方法研究

在比较几种探测器集成制造方法的基础上,提出采用各向异性导电膜作为电信号互联的手段,实现热释电探测器与信号处理电路的混合集成,从而演示了一种兼容性良好的集成化多传感器制造方法.对单晶钽酸锂热释电探测器采取机械研磨减薄获得其薄膜,利用3M的5552R各向异性导电膜,实现了探测器与信号读出电路的互联.对探测器的测试表明:机械研磨减薄获得的钽酸锂薄膜表现出与晶体接近的热释电特性,探测器表现出良好的绝热性质和动态响应特性.     

多阳极位置灵敏光电倍增管位置读出电路的设计实现

多阳极位置灵敏光电倍增管（PSPMT）被广泛地用来开发高分辨的小型γ相机模块。探讨了PSPMT的位置读出电路的简化设计研究, 并针对日本滨松的H8500型多阳极PSPMT, 设计和开发了离散位置读出电路（DPC）和均衡电荷分配电路（SCDC）两种简化的位置读出电路, 并在SCDC中加入了局域重心（TCOG）的定位方法, 进一步地优化读出电路的简化设计。初步的实验测试结果表明, SCDC结合TCOG定位法, 能显著地改善探测器的定位非线性及压缩效应, 扩展有效的成像视野（FOV）, 比DPC方法的有效视野增大了约20%。The multi anode position sensitive photomultiplier tube(PSPMT) has been used for the development of high resolution γ camera module. This study is aimed to investigate the simplified readout design for the multi anode flat panel PSPMT. Based on the Hamamatsu H8500 PSPMT with 64 multi anodes, we designed and developed two simplified readout circuits, discretized positioning circuit(DPC) and symmetric charge division circuit(SCDC). The truncated center of gravity(TCOG) positioning method was used to optimize the readout signal processing and then further reduce the readout channels by a resistor chain. The preliminary results show that the SCDC readout with the TCOG could significantly reduce the non linearity of positioning and improve the effective field of view of the detector by about 20% as compared to the DPC readout.     

A NEW CMOS READOUT CIRCUIT FOR VO2-BASED UNCOOLED FOCAL PLANE ARRAYS

A new CMOS readout circuit for VO₂-based uncooled FPAs is presented in this paper. The on-chip readout circuit consists of three major parts: An input circuit of BCDI structure, a column-shared integration circuit of CTIA structure, and a common CDS output circuit. The simple configuration of the input circuit makes it possible to operate more circuits in parallel, and increases the integration time and number of pixels, the column-shared integration circuit which is suitable for small pixel size provides low noise, high gain, a highly stable detector bias, and high photon current injection efficiency, and the common CDS output circuit is utilized to reduce or eliminate low-frequency noise of the readout circuit. An experimental readout chip for 50-μm-pitch 32×32 element VO₂-based uncooled FPAs has been fabricated. The measurement results of the fabricated readout chip have successfully verified its readout function and excellent performance.     

多通道热释电IRFPA图像拼接采集系统

为了实现分辨率高的大规模热释电IRFPA探测器,设计了多路通道并行输出的读出电路。针对多路输出的热释电IRFPA探测器,依据热释电探测的时序要求,设计了图像拼接采集系统。利用外部驱动信号控制采集卡的触发及采样时钟,由斩波器同步信号判断热释电探测器的亮场及暗场信号。构造PC-DAQ虚拟仪器系统对多通道输出的热释电型IRFPA进行多路并行图像采集,并对每路图像信号进行亮、暗场判断后进行差分处理,通过软件拼接处理成一副完整的图像,最终在软件平台上显示。对实验室研制的160列120行双通道读出及320列120行四通道读出的热释电读出电路进行了图像采集实验,对于同样阵列大小的单通道读出探测器,双通道结构读出速度提高了1倍,四通道结构读出速度提高了3倍。通过采集成像实验验证了系统的可行性。     

三级GEM探测器的增益一致性实验研究

随着二维GEM气体探测器在X射线成像探测领域的应用, 三级GEM的探测结构和电场均匀性带来的增益一致性修正问题, 成为需要深入研究的课题内容。 介绍了有效探测面积为100 mm×100 mm的三级倍增GEM探测器, 共采用100路阵列读出, 每路读出Pad面积为9.5 mm×9.5 mm。 测量了55Fe放射源准直入射的全能峰谱。 实验表明, 随着时间的变化, 探测器的增益基本上保持稳定; 随气流的增大, 增益由变化明显到变化不大。 GEM探测器各个阵列单元的增益一致性良好（>80%）; 能量分辨率在0.18～0.22之间, 运用最小二乘法拟合给出增益一致性的修正结果, 修正后相差约0.1, 为GEM气体探测器的增益一致性修正方法提供了参考方案。 With the application of the two dimensional GEM gaseous detector in X ray imaging, the correction method of gain uniformity caused by triple GEM avalanche structures and electric field uniformity should be studied. The paper reported the study of the triple GEM detector with effective area 100 mm×100 mm used the Pad’s size of 9.5 mm×9.5 mm. In the test, 100 readout channels were designed. Results showed that gain remained stable over time; as air flow increases, gain from increases obviously to changes very little. Particularly, triple GEM’s gain uniformity was very good (more than 80%) and the range of energy resolution was from 0.18 to 0.22. To improve gain consistency of results, the difference value revised was obtained to be about 0.1 by the least square method. It provided a better method to improve gain uniformity of GEM detector.