核輻射探測的過程一般都是通過探測器將需要探測的粒子信息轉(zhuǎn)換為可以測量的電信號進(jìn)行的,這些電信號經(jīng)過前端模擬電路處理后被數(shù)字化,之后再將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)記錄和分析。對探測器輸出進(jìn)行處理的電子學(xué)稱為探測器讀出電子學(xué)。很多的高能物理實(shí)驗(yàn)和核成像設(shè)備需要并行讀出的通道數(shù)很大,以基于大塊連續(xù)晶體的高分辨率PET探測器為例：它的目標(biāo)是讀出Y光子作用在晶體中的光分布信息,利用某種位置定位算法（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位算法、SBP算法、K鄰近元算法和最大似然定位算法等）來完成對Y光子與晶體作用位置的估計(jì)。由于這類探測器對讀出電子學(xué)的性能要求較高,加之一個(gè)PET掃描器由眾多的探測器單元構(gòu)成,留給讀出電子學(xué)的空間非常有限,因而探測器的讀出電子學(xué)系統(tǒng)需要被高度集成化。對于這類眾多通道同時(shí)要求讀出的應(yīng)用,傳統(tǒng)的電荷分配讀出辦法以及延遲線讀出辦法等因?yàn)榉直媛瘦^低而難以勝任。如果直接購買標(biāo)準(zhǔn)的核信號數(shù)字化儀器來構(gòu)建一個(gè)滿足大量通道探測器讀出的核信號數(shù)字化系統(tǒng),或者簡單的用分立器件設(shè)計(jì)單通道讀出電子學(xué)并根據(jù)通道數(shù)直接復(fù)制的話,其體積、成本、功耗都將超出可以接受的范圍。因此目前有很多的研究團(tuán)隊(duì)都在從各個(gè)方面著手研究多通道探測器的... 

【文章頁數(shù)】：152 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 粒子物理與粒子物理實(shí)驗(yàn)
        1.1.1 標(biāo)準(zhǔn)模型
    1.2 粒子探測技術(shù)
        1.2.1 粒子探測器
        1.2.2 讀出電子學(xué)
    1.3 粒子探測技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用
    1.4 PET成像原理
        1.4.1 PET結(jié)構(gòu)
        1.4.2 示蹤劑
        1.4.3 符合探測技術(shù)
        1.4.4 γ光子探測
        1.4.5 PET閃爍晶體
        1.4.6 光電轉(zhuǎn)換
        1.4.7 定位算法
    1.5 本章小結(jié)
第2章 探測器讀出方案
    2.1 Q/V轉(zhuǎn)化后幅度數(shù)字化
        2.1.1 電荷模擬積分Q/V
        2.1.2 數(shù)字積分
    2.2 Q/T轉(zhuǎn)化后時(shí)間數(shù)字化
        2.2.1 線性放電法
        2.2.2 TOT方案
    2.3 目前大通道讀出方案
    2.4 本章小結(jié)
第3章 TODT基本原理及技術(shù)方案
    3.1 TODT提出背景
    3.2 TODT基本原理
    3.3 TODT對比TOT
    3.4 TODT讀出電子學(xué)及測試
        3.4.1 TODT方案性能測試電路
        3.4.2 動態(tài)閾值曲線的選擇
    3.5 本章小結(jié)
第4章 64通道PET探測器TODT讀出電子學(xué)設(shè)計(jì)
    4.1 TODT方案Y光子探測器設(shè)計(jì)
        4.1.1 LYSO晶體
        4.1.2 H7546B
    4.2 TODT讀出電子學(xué)設(shè)計(jì)
    4.3 探測器前端板設(shè)計(jì)
        4.3.1 高壓模塊
        4.3.2 電荷靈敏成形放大
        4.3.3 觸發(fā)判選
        4.3.4 前沿定時(shí)電路
        4.3.5 恒比定時(shí)電路及ARC定時(shí)
        4.3.6 符合電路
        4.3.7 觸發(fā)展寬
        4.3.8 Coin Skew標(biāo)定
    4.4 64通道TODT數(shù)字化板
        4.4.1 第二級電壓放大
        4.4.2 幅度時(shí)間轉(zhuǎn)化
        4.4.3 Dynamic threshold合成電路設(shè)計(jì)
        4.4.4 Dynamic threshold分發(fā)電路設(shè)計(jì)
    4.5 FPGA邏輯設(shè)計(jì)
        4.5.1 主狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)
        4.5.2 寄存器定義
        4.5.3 事例打包
        4.5.4 接口設(shè)計(jì)
        4.5.5 64通道時(shí)間測量設(shè)計(jì)
    4.6 控制及數(shù)據(jù)獲取軟件設(shè)計(jì)
    4.7 電子學(xué)系統(tǒng)性能及測試
        4.7.1 Start_skew的標(biāo)定
        4.7.2 線性度及一致性測試
        4.7.3 符合模塊測試
        4.7.4 基本功能測試
    4.8 本章小結(jié)
第5章 64通道PET探測器性能測試與分析
    5.1 測試方案
    5.2 LYSO晶體背景能譜
    5.3 ~(22)Na放射源作用下的LYSO單端能譜
    5.4 ~(22)Na放射源符合能譜
    5.5 γ光子與晶體作用光分布信息
    5.6 TODT讀出性能分析
        5.6.1 DAC合成動態(tài)閾值jitter問題
        5.6.2 基線對TODT讀出性能的影響
    5.7 本章小結(jié)
第6章 基于FPGA的高性能TDC研究
    6.1 TDC技術(shù)
    6.2 TODT方案對TDC的要求
    6.3 基于FPGA的TDC設(shè)計(jì)與測試
        6.3.1 基于進(jìn)位鏈的TDC設(shè)計(jì)
        6.3.2 基于多相位時(shí)鐘的TDC設(shè)計(jì)
        6.3.3 多相位時(shí)鐘TDC測試
    6.4 延遲鏈TDC、多相位TDC對比
    6.5 本章小結(jié)
第7章 動態(tài)閾值波形合成方案研究
    7.1 數(shù)字合成
        7.1.1 數(shù)字合成分析
    7.2 模擬合成
        7.2.1 模擬合成方案一
        7.2.2 模擬合成方案二
    7.3 動態(tài)閾值波形合成方案對比
    7.4 TODT方案ASIC初步思考
    7.5 本章小結(jié)
第8章 總結(jié)與展望
    8.1 總結(jié)
    8.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)
    8.3 展望
    8.4 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
致謝
研究生期間發(fā)表的論文和專利


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A study of time over threshold （TOT） technique for plastic scintillator counter[J]. 吳金杰,衡月昆,孫志嘉,吳沖,趙玉達(dá),楊桂安,姜春華.  中國物理C. 2008(03)
[2]A time-over-threshold technique for PMT signals processing[J]. LIU Xuzong LIU Shubin* AN Qi (Fast Electronics Lab, Modern Physics Department, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China).  Nuclear Science and Techniques. 2007(03)

博士論文
[1]空間暗物質(zhì)探測衛(wèi)星量能器讀出電子學(xué)方法研究[D]. 封常青.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2011
[2]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位算法的高分辨率PET探測器研究[D]. 都軍偉.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010
[3]基于FPGA的精密時(shí)間—數(shù)字轉(zhuǎn)換電路研究[D]. 宋健.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006



本文編號：3670229