發(fā)布時(shí)間：2017-07-27 15:29

  本文關(guān)鍵詞：基于電子轟擊式CCD的大動(dòng)態(tài)條紋相機(jī)研究和讀出電路設(shè)計(jì)

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【摘要】：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)更弱、以及物理量跨度更大的信號(hào)探測(cè),滿足材料、生物、信息、半導(dǎo)體物理以及能源等重大科學(xué)領(lǐng)域?qū)υ\斷精密化的進(jìn)一步需求,需要提高條紋相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍、空間分辨率和信噪比。為此,本文研制了基于電子轟擊式CCD(EBCCD)的大動(dòng)態(tài)條紋相機(jī)。在全面分析影響條紋相機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍的主要因素的基礎(chǔ)上,本文首先對(duì)大動(dòng)態(tài)條紋變像管的管型進(jìn)行了選取,即采用結(jié)構(gòu)為矩形框電極和電四極透鏡的電子光學(xué)系統(tǒng),該結(jié)構(gòu)的空間聚焦(狹縫方向)和時(shí)間聚焦(掃描方向)相對(duì)分立,可以降低空間電荷效應(yīng),減小電子渡越時(shí)間,提高條紋變像管的動(dòng)態(tài)范圍和信噪比。引入了電子轟擊式CCD(EBCCD)的概念,講述了背照式CCD(BCCD)的結(jié)構(gòu)和工作原理,分別介紹了EBCCD和ICCD,以突出EBCCD的優(yōu)越性能。指出了傳統(tǒng)條紋相機(jī)中采用微通道板(MCP)和熒光屏的成像缺點(diǎn)和弊端,取而代之的是將EBCCD應(yīng)用在條紋變像管超快診斷設(shè)備中直接收集電子以提高空間分辨率和動(dòng)態(tài)范圍。完成了基于電子轟擊式CCD的大動(dòng)態(tài)條紋相機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并采用了ANDOR公司的CCD相機(jī)結(jié)合各向異性聚焦條紋變像管完成了條紋相機(jī)的組裝。在通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證EBCCD相機(jī)對(duì)整機(jī)系統(tǒng)的性能有很大的提高的基礎(chǔ)上,自主設(shè)計(jì)了電子轟擊式的低噪聲讀出電路,采用了FPGA硬件設(shè)計(jì)的方法,使用Verilog HDL編寫時(shí)序脈沖的源程序,選用Xilinx公司的Spartan-6作為主芯片設(shè)計(jì)了時(shí)序產(chǎn)生模塊,并且還完成了讀出電路的驅(qū)動(dòng)模塊、圖像處理模塊、圖像采集模塊、電源模塊的設(shè)計(jì)。對(duì)電子轟擊式CCD的大動(dòng)態(tài)條紋相機(jī)進(jìn)行了性能測(cè)試實(shí)驗(yàn),搭建了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,條紋相機(jī)的靜態(tài)空間分辨率高于35lp/mm,動(dòng)態(tài)空間分辨率達(dá)到20 lp/mm,偏轉(zhuǎn)靈敏度為60.76 mm/kV,動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到2094:1,掃描速度為4.04ps/pix,掃描速度非線性為5.04%,條紋相機(jī)的電子轟擊半導(dǎo)體(EBS)增益達(dá)到3000以上。
【關(guān)鍵詞】：大動(dòng)態(tài)條紋相機(jī) 電子轟擊式CCD 低噪聲讀出電路 動(dòng)態(tài)范圍 空間分辨率
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB852
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 超快診斷技術(shù)概述12
• 1.2 條紋相機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理12-14
• 1.3 條紋相機(jī)的應(yīng)用14-15
• 1.4 條紋相機(jī)的研究狀況15-17
• 1.4.1 國(guó)外研究進(jìn)展15-16
• 1.4.2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展16-17
• 1.5 本文的研究?jī)?nèi)容17-20
• 2 條紋變像管的結(jié)構(gòu)和評(píng)價(jià)體系20-28
• 2.1 影響條紋相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的因素20-22
• 2.2 條紋變像管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22-25
• 2.2.1 光電陰極22
• 2.2.2 電子光學(xué)系統(tǒng)22-24
• 2.2.3 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)24-25
• 2.3 條紋變像管的性能評(píng)價(jià)25-28
• 2.3.1 空間分辨特性25-26
• 2.3.2 時(shí)間分辨特性[42]26
• 2.3.3 動(dòng)態(tài)范圍特性26-28
• 3 基于電子轟擊式CCD的條紋相機(jī)設(shè)計(jì)28-36
• 3.1 背照式CCD的工作原理28-29
• 3.2 EBCCD與ICCD的特性對(duì)比29-31
• 3.3 基于EBCCD的條紋管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31-33
• 3.4 基于EBCCD的條紋管EBS增益及噪聲因子33-34
• 3.5 設(shè)計(jì)結(jié)果總結(jié)34-36
• 4 電子轟擊式讀出電路研制36-60
• 4.1 CCD 47-20簡(jiǎn)介36-39
• 4.2 讀出電路設(shè)計(jì)39-58
• 4.2.1 時(shí)序產(chǎn)生模塊40-47
• 4.2.2 驅(qū)動(dòng)模塊47-50
• 4.2.3 信號(hào)處理模塊50-54
• 4.2.4 圖像采集模塊54-55
• 4.2.5 電源模塊55-58
• 4.3 研制結(jié)果總結(jié)58-60
• 5 基于EBCCD的大動(dòng)態(tài)條紋相機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試60-76
• 5.1 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)測(cè)試60-66
• 5.1.1 測(cè)試方案和測(cè)試平臺(tái)60-61
• 5.1.2 靜態(tài)空間分辨率測(cè)試61-64
• 5.1.3 偏轉(zhuǎn)靈敏度測(cè)試64-66
• 5.2 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)測(cè)試66-74
• 5.2.1 測(cè)試方案和測(cè)試平臺(tái)66-69
• 5.2.2 動(dòng)態(tài)空間分辨率測(cè)試69-70
• 5.2.3 動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試70-72
• 5.2.4 掃描速度以及掃速非線性的確定72-74
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)74-76
• 6 工作總結(jié)與展望76-80
• 6.1 全文工作總結(jié)76-77
• 6.2 后續(xù)工作設(shè)想77-80
• 參考文獻(xiàn)80-86
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果86

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本文編號(hào)：582115