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工业CT探测器光电流信号放大及转换特性研究

王鑫  
【摘要】:随着工业CT技术的发展和广泛应用,检测对象的尺寸变化范围越来越宽,检测速度越来越快,检测精度越来越高,这对工业CT系统的性能要求越来越高。辐射探测系统作为工业CT系统的核心关键子系统,对其性能指标的要求也随之不断提高。闪烁体光电二极管探测器作为一种工业CT最常用的探测器,非常有必要对其输出的光电流信号的特征进行分析以及处理方式进行研究。特别是对探测器光电流信号放大及AD转换特性的研究,对于提高探测系统的采集速度、探测精度以及动态范围,进而提高工业CT系统性能具有重要意义。 本论文首先介绍了工业CT系统的结构和工作原理以及探测系统对工业CT性能指标的影响,并简单介绍了工业CT探测系统的发展现状和本课题的研究意义,明确了本课题的研究内容对整个工业CT系统的影响。其次,通过对工业CT探测系统的深入分析,提出了对闪烁体+光电二极管探测器输出信号的处理方法,并建立了探测器光电流信号放大及转换特性研究平台,此平台集成了前置放大电路、二级放大电路、差分转换电路、AD转换电路以及FPGA控制电路。论文对上述各个部分的方案设计以及硬件实现方法进行了阐述。 基于此平台,主要完成了对光电二极管一类辐射探测器的光电流信号I-V转换特性研究,包括积分电容和积分时间对输出电压的影响,分析了在缩短积分时间的情况下,积分电容的选择问题,提出了自制空气平行板电容器和0.1pF薄膜电容作为积分电容的解决方案,并通过建立微弱信号发生电路产生5nA电流作为系统输入,对这两种方案在平台上的应用结果进行了测试分析;其次完成了对I-V转换后的电压进行二级放大和AD转换的特性研究,主要研究了如何在保证探测精度的同时,提高探测器的动态范围等问题。


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