基于MCP的光子計(jì)數(shù)成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究.pdf

1、MCP探測(cè)器具有光譜響應(yīng)窄、噪聲低、空間分辨率高等特點(diǎn)。因此，基于MCP的光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器被廣泛地應(yīng)用于粒子探測(cè)和空間科學(xué)。本文針對(duì)這種類型的探測(cè)器提出了一種電荷測(cè)量方案，獲得了較高的空間分辨率。在高計(jì)數(shù)率下，提出了一套基于硬件的堆積判棄技術(shù)，使系統(tǒng)在高計(jì)數(shù)率下的分辨率提高30％。
　　本文通過(guò)分析MCP國(guó)內(nèi)外的研究狀況，給出了基于MCP的陽(yáng)極探測(cè)器的優(yōu)缺點(diǎn)，并且研究了各種類型的位敏陽(yáng)極，確定了楔條陽(yáng)極作為收集電荷的陽(yáng)極。針對(duì)于

2、楔條陽(yáng)極的特征，設(shè)計(jì)了基于WSA讀出陽(yáng)極的電荷測(cè)量方案，設(shè)計(jì)了前端電路和數(shù)據(jù)獲取成像系統(tǒng)。前端電路主要完成對(duì)WSA陽(yáng)極輸出電荷的積分和成形;后端采集卡負(fù)責(zé)事例的觸發(fā)、位置譯碼、成像以及圖像存儲(chǔ)等等。另外，針對(duì)硬件的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了基于LABVIEW平臺(tái)的圖像采集軟件，對(duì)硬件進(jìn)行參數(shù)配置、全局出發(fā)、讀取圖像以及圖像存儲(chǔ)等等。進(jìn)行了一系列的性能測(cè)試，分為前端電子學(xué)測(cè)試和后端性能測(cè)試。測(cè)試的結(jié)果顯示，前端電路的等效輸入噪聲低于1fC，同時(shí)具有較低

3、的增益偏差。搭建了基于MCP的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在低計(jì)數(shù)率下，獲得了70μm的分辨率。對(duì)于高計(jì)數(shù)率，信號(hào)的堆積相當(dāng)嚴(yán)重。因此，系統(tǒng)的分辨率會(huì)極具地降低。鑒于此，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于FPGA的堆積判棄模塊，有效地剔除了堆積的信號(hào)。整個(gè)系統(tǒng)克服了高計(jì)數(shù)率下脈沖堆積的影響。對(duì)TGC探測(cè)器進(jìn)行了深入地研究，設(shè)計(jì)了一套基于真隨機(jī)數(shù)的TGC測(cè)試信號(hào)源，可以一次性對(duì)高達(dá)256路電子學(xué)通道進(jìn)行測(cè)試，大大提高了電子學(xué)測(cè)試的效率。另外，我們完成了真隨機(jī)數(shù)測(cè)試，提出了評(píng)估

4、多bit真隨機(jī)數(shù)優(yōu)劣的公式。
　　本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：⑴系統(tǒng)研究了基于MCP的光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器的特征，發(fā)現(xiàn)了影響MCP探測(cè)器計(jì)數(shù)率和分辨率的諸多因素。同時(shí)，研究了各種類型的光子探測(cè)器特征。⑵針對(duì)這種類型的探測(cè)器，提出了光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)器的總體讀出方案，并在該方案下實(shí)現(xiàn)了前端電路和后端DAQ的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)一系列的電子學(xué)測(cè)試后，我們搭建了光子計(jì)數(shù)成像探測(cè)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在低計(jì)數(shù)率下獲得了70μm的分辨率。⑶針對(duì)高計(jì)數(shù)率下的信號(hào)堆積，提出