微通道板动态范围最佳化

由于微通道板探测器探测能量逐渐提高,使电子倍增器的应用范围日益扩大。技术上的新进展(超小孔径和高输出技术)使动态范围显著扩大。本文重点介绍微通道板探测器最佳动态范围的设计依据·所考虑的因素有尺寸,增益、温度、脉冲高度、分辨率和背景噪声等。     

微通道板像增强器动态范围测试技术研究

研究了微通道板像增强器动态范围特性，分别分析了以亮度增益、信噪比和分辨力等参数作为判断微通道板像增强器动态范围依据的可行性，形成了以分辨力和输出亮度为评判依据的微通道板像增强器动态范围测试方法，搭建了相应的动态范围测量装置，并对测量装置的组成部分进行了限制设计。对微通道板像增强器动态范围测试装置的分析显示：建立的测量装置可以实现10-5～103lx的较宽动态范围测量，能够满足微通道板像增强器动态范围测试的要求。     

微通道板的饱和效应对条纹相机动态范围的影响分析

条纹相机通常采用微通道板的内增强或外增强这两种方式来提高信号探测阈值, 也由此引入了微通道板饱和效应对系统动态范围的限定. 通过一个非连续电阻电容打拿极链的通道模型, 对微通道板的饱和效应进行了描述,说明了在条纹相机中, 微通道板输入输出的线性范围限定于通道的贮存电荷, 即使是在外增强方式中采用低阻抗微通道板,传导电流的补偿作用也极其有限, 微通道板内增强和外增强条纹相机应具有相近的动态范围, 低阻抗微通道板仅在高重复率的连续拍摄时方可发挥功效, 同时还说明了微通道板增益的正确设置对条纹相机动态范围的重要影响.     

微通道板及其发展趋势

回顾微通道板发展历史及各阶段的主要技术特征。综述自90年代以来国内外微通道板的研发和生产情况．     

第三代像增强系统用的低噪声系数微通道板

介绍最适用于第二代和第三代像增强管的一种新型微通道板。通过优选微通道板,给出了第二代和第三代象增强管信噪比的改进方案结果。本文还对开口面积比、漏斗形状、二次发射系数、第一次碰撞转换效率、增益、增强涂层,老化和薄膜制作的影响作了探讨。     

微通道板增益疲劳机理研究

微通道板的增益疲劳是微通道板的主要问题之一，本文分析了微通道板的表面结构模型，同通道板活性表面上碱金属的逸出和碳的增加是导致微通道板的增益疲劳的主要原因，另外，探讨碱金属逸出的机理和碳污染的来源，介绍延长微通道板工作寿命的有效方法。     

微通道板的固有噪声

众所周知,通道的直径不一致(孔径a不一致)是使微通道板器件的最大分辨率下降的原因之一。因为M与α有关,这就决定着通道问的增益系数M不一致,即产生出空间噪声干扰图象观察。当然,瞬态噪声也会使微通道板的象质变坏。在瞬态噪声的情况下,增益系数的起伏是由每一通道的二次电子发射系数不规则特性所引起的。微通道板输出端总的瞬态     

微通道板离子阻挡膜

微通道板离子阻挡膜在第三代微光像增强器中起着重要作用，本文在分析离子阻挡膜形成原理的基础上，给出实验方案，最后，测量和分析了带膜微通道板的性能。     

微通道板玻璃的电阻率

叙述微通道板玻璃的电阻率和其氢原处理后的表面电阻率以及表面电阻率的影响因素。按照玻璃钢络结构观点并就微通道板制造工艺中出现的电阻率差异进行了分析。最后，给出了改进措施。     

微通道板工作寿命的研究

叙述预测微通道板工作寿命试验过程,指出微通道板工作寿命曲线服从负指数分布。着重利用回归分析方法,建立微通道板工作寿命回归方程,并利用它预测微通道板工作寿命。这种方法不仅适用于二代微通道板的工作寿命预测,也适用于三代微通道板的寿命预测。     

一种新型低噪声大动态范围小型前端电路的研制

设计了一款小型化、低噪声、大动态范围的前端处理电路,包括电荷灵敏前放、成形放大电路、单道脉冲幅度分析电路。前放的等效输入噪声≤1.5 keV,动态范围可达0~11 V,积分非线性 ≤0.11%。该电路为模块化电路,当前放与主放模块构成系统时,其分辨可以达到0.12%。当前放、主放模块与中国科学院近代物理研究所制作的离子注入型硅探测器构成系统时,采用239Pu 源进行测试,测得在5.157 MeV时的能量分辨约为0.82%;当主放、单道脉冲幅度分析模块与中国科学院近代物理研究所制作的碘化铯晶体探测器构成系统时,采用60Co 源进行测试,对于能量为1.332 MeV 的 射线,测得其能量分辨约为7.9%。该电路可用于半导体探测器、光电倍增管及电子倍增器等探测器信号的处理。目前,小型前端电路已经应用于中国科学院近代物理研究所自行研制的便携式盐湖卤水铀、钍、钾快速测量仪的原型样机,达到了预期效果。A small dimension front-end circuit with low noise and wide output dynamic range is introduced in this paper. The front-end circuit is made up of a charge sensitive preamplifier, a shaping circuit and a single channel pulse height analyzer. The equivalent input noise is under 1.5 keV. The output integral nonlinearity is less than 0.11% within the dynamic range of 011 V. And the circuit can be suitable for different conditions by different modules. The resolution was about 0.12% with the charge sensitive preamplifier and the main amplifier. The energy resolution of 0.82% was achieved for 5.157 MeV -rays from a 239Pu source with the charge sensitive preamplifier, the main amplifier and anion-injection silicon detector designed by the Institute of Modern Physics(IMP). An energy resolution of 7.9% was achieved for 1.332 MeV rays from a stationary 60Co source with the main amplifier, the single channel pulse height analyzer and a CsI scintillator detector designed by the IMP. The front-end circuit has the features of wide output dynamic range, simple structure, high level of integration,small dimensions, low noise, fast rise time of the output pulse and excellent stability. The front-end circuit can be applied to signal processing of semiconductor detectors, photomultiplier tubes and electrons multiplier. And the front-end circuit had been applied to a prototype of the portable rapid measuring instrument designed by IMP for measuring Uranium, Thorium and Potassium in the salt lake brine with goodtest result.     

高动态范围声光接收机

介绍了一种高动态范围声光接收机，这种接收机具备实现宽带射频信号幅度，频率和相位的信道比探测能力，该接收机在０．６３２８μｍ激光器的工作条件下（１．０ｍＷ），声光布拉格盒在５０ｍＷ射频信号区动下，在１４０ＭＨｚ的中心频率上２０ＭＨdisplay status     

高动态范围X射线成像检测方法

传统X射线数字成像方法通常固定X光机参数,但是受工件结构及材料衰减系数和光电器件物理动态范围的制约,当同一场景中透射X射线通量的最大值和最小值超出成像器件动态范围时,会出现通量大的区域高于成像器件的电荷容纳能力而达到饱和状态,当通量低的区域产生的光电荷低于设备热噪声水平时,该区域信息将淹没在噪声中而无法正常成像。为有效解决传统X射线数字成像技术在获取宽动态范围透射X光通量内容时的局限性,提出一种管电压递变高动态成像方法。首先分析了光电探测器电荷容量对有效透照厚度范围的影响;结合标准样块试验及相关数据分析,得到任意厚度特定材质试块达到最佳灵敏度时对应的透照X光管电压范围的关系函数,在此基础上提出管电压递变控制策略和有效子图提取方法。最终对0～20 mm厚度范围工件进行管电压递变高动态成像,结果表明：管电压递变高动态成像能够有效地实现透照厚度差异大的工件的高动态范围成像,最终融合结果能够保留较宽范围厚度上的细节信息。     

DAMPE-PSD探测单元模块大动态范围读出方案的实验验证

暗物质粒子探测卫星（Dark Matter Particle Explorer,DAMPE）的塑闪阵列探测器（Plastic Scintillator Detector,PSD）需要实现高能e/γ粒子的鉴别功能以及对Z=1~20的宇宙线重离子的电荷测量功能。它使用光电倍增管作为读出器件,并从打拿极5和打拿极8同时引出信号来增大读出动态范围。基于该设计方案的探测单元模块在兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）上的外靶终端（ETF）进行了束流测试实验。实验得到了PSD单元条在中能轻核区（Z≤8）的能量响应,并证明了单元条的衰减长度与入射粒子种类无关。通过将实验结果外推至高能重核区,同时结合衰减长度、入射角度和能量涨落等因素,可以估算出PSD探测单元模块输出信号幅度的动态范围。结果显示,该范围在PSD前端电子学模块的线性工作区间内,从而验证了PSD大动态范围读出方案设计的合理性。The Plastic Scintillator Detector (PSD) of DArk Matter Particle Explorer (DAMPE) aims for high energy e/γ identification and charge measurement for cosmic-ray ions from Z=1~20. It adopts photomultiplier tube as the readout device and extracts signals from both dynode5 and dynode8 to enlarge the readout dynamic range. A beam test on a PSD detector unit based this design has been carried out at the External Target Facility (ETF) terminal of the Cooling Storage Ring of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL-CSR). The detector response to light nuclei (Z≤8) at the medium energy scale was extracted and the attenuation length was proved to be irrelevant with the impinging nuclei species. By extrapolating the result to heavy nuclei at the high energy scale and taking into account light attenuation, energy fluctuation and imping angle, the dynamic range of the output signal of PSD detector unit was estimated. The range is well within the linear range of the front-end electronics of PSD, thus verifies the large dynamic range readout design of PSD.     

增大夏克-哈特曼波前传感器动态范围的算法研究

为了保证夏克-哈特曼波前传感器具有高灵敏度的同时又具有较大的动态范围,提出了一种能够有效增大传感器动态范围的数据处理方法光斑归位法。该方法使不规则的光斑回归到各自原来的位置,形成一个规则的光斑阵列,找到光斑阵列中某个光斑与微透镜的匹配关系,进而找到所有的光斑与微透镜的匹配关系。该方法的优点在于光斑不需要被限制在子孔径内且在不增加硬件等其他辅助条件下能够有效地增大夏克-哈特曼波前传感器的动态范围。实验验证了光斑归位法的正确性和可行性,结果表明,光斑归位法是正确的且采用该方法的动态范围比传统算法的动态范围提高了25倍以上。     

全光纤M-Z干涉仪的高灵敏度与大动态范围多普勒激光雷达风场探测技术

多普勒测风激光雷达是大气风场探测的重要手段之一。通过检测风速导致的大气后向散射谱的多普勒频移从而实现风速的探测。由于受鉴频器本身特性的影响,高灵敏度与大动态范围的探测一直是大气风场探测的难点。提出采用双光纤Mach-Zehnder干涉仪(FMZI)作为多普勒激光雷达的鉴频器件,设计两路不同动态范围及风速探测灵敏度的FMZI鉴频器同时对大气回波信号进行鉴频。采用小光程差(13.7 cm)、大动态范围(±100 m·s-1)鉴频光路FMZI-2对风速区间进行定位,大光程差(74.8 cm)、高探测灵敏度(2.62%/(m·s-1))的鉴频光路FMZI-1进行风速精细探测,从而实现大动态范围高灵敏度的风场探测。利用标准大气模型对不同参数条件下的系统灵敏度、系统探测的信噪比及风速误差进行仿真分析。结果表明,该系统可以实现±100 m·s-1大动态范围内风速误差小于1 m·s-1的大气风场探测,为大动态范围高灵敏度测风激光雷达的发展进行了有益的探索。     

一种基于图像局部信息的红外图像动态范围压缩算法

红外焦平面探测器输出的信号通常为14bit数字图像,要在常用的显示器上显示必须将14bit的图像压缩到8bit,压缩算法直接影响到了图像的细节和对比度。提出了一种基于图像局部信息的红外图像动态范围压缩算法,通过高斯滤波器将原始红外图像分解为基图像和细节图像,并统计原始图像每个像素的局部方差,然后根据每个像素的局部方差计算细节图像的自动增益函数,最后,将基图像进行平台直方图均衡化后与细节图像合成得到压缩后的图像。通过对多种场景的红外图像进行仿真验证,表明该算法能较好地增强图像的细节。     

激光测深系统中大动态范围压缩技术的实验研究

分析了分通道、距离选通、光电倍增管变增益、正交偏振等多种技术相结合的方法,用以改善机载激光测深系统中激光回波的动态范围。并研制了相应的变增益部件,开展了水池试验以及海上现场试验。试验结果表明,多种方法相结合的技术可对水底信号的动态范围进行有效压缩,满足机载测深系统对浅海测量的动态范围要求;但正交偏振技术对信号测量压缩的改善效果并不明显。报道了试验过程中出现的光电倍增管后脉冲对水深测量的影响。对动态范围压缩技术进一步研究提供了有价值的参考。     

MCP的动态范围与增益—调整MCP电压提高成像清晰度的讨论

本文分析了MCP的动态范围与增益之间的关系,指出两者是一对矛盾;增益越大,动态范围越小,反之亦然。而动态范围越大,灰度级分辨力越高,成像越清晰。应用MCP,应在保证足够增益的前提下,尽量使其在较大动态范围下运转,以便使成像更清晰。调整MCP工作电压提高成像清晰度的实质,正是由于牺牲部分增益提高了动态范围的结果。