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

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

2、楔條陽極的特征，設計了基于WSA讀出陽極的電荷測量方案，設計了前端電路和數(shù)據(jù)獲取成像系統(tǒng)。前端電路主要完成對WSA陽極輸出電荷的積分和成形;后端采集卡負責事例的觸發(fā)、位置譯碼、成像以及圖像存儲等等。另外，針對硬件的設計，設計了基于LABVIEW平臺的圖像采集軟件，對硬件進行參數(shù)配置、全局出發(fā)、讀取圖像以及圖像存儲等等。進行了一系列的性能測試，分為前端電子學測試和后端性能測試。測試的結(jié)果顯示，前端電路的等效輸入噪聲低于1fC，同時具有較低

3、的增益偏差。搭建了基于MCP的實驗平臺，在低計數(shù)率下，獲得了70μm的分辨率。對于高計數(shù)率，信號的堆積相當嚴重。因此，系統(tǒng)的分辨率會極具地降低。鑒于此，我們設計了基于FPGA的堆積判棄模塊，有效地剔除了堆積的信號。整個系統(tǒng)克服了高計數(shù)率下脈沖堆積的影響。對TGC探測器進行了深入地研究，設計了一套基于真隨機數(shù)的TGC測試信號源，可以一次性對高達256路電子學通道進行測試，大大提高了電子學測試的效率。另外，我們完成了真隨機數(shù)測試，提出了評估

4、多bit真隨機數(shù)優(yōu)劣的公式。
　　本文的主要創(chuàng)新點包括：⑴系統(tǒng)研究了基于MCP的光子計數(shù)成像探測器的特征，發(fā)現(xiàn)了影響MCP探測器計數(shù)率和分辨率的諸多因素。同時，研究了各種類型的光子探測器特征。⑵針對這種類型的探測器，提出了光子計數(shù)成像探測器的總體讀出方案，并在該方案下實現(xiàn)了前端電路和后端DAQ的設計。經(jīng)過一系列的電子學測試后，我們搭建了光子計數(shù)成像探測的實驗平臺，在低計數(shù)率下獲得了70μm的分辨率。⑶針對高計數(shù)率下的信號堆積，提出