基于SiPM的閃爍體探測(cè)器優(yōu)化設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間:2022-12-04 01:00
近年來(lái),硅光電倍增管(SiPM)在核醫(yī)學(xué)成像、核探測(cè)等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。SiPM是半導(dǎo)體器件,由一系列雪崩二極管(G-APD)陣列組成,應(yīng)用于常溫環(huán)境下,當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí),SiPM的擊穿電壓隨之發(fā)生變化,進(jìn)而影響SiPM增益,導(dǎo)致能譜測(cè)量出現(xiàn)較大誤差。此外,SiPM存在由暗計(jì)數(shù)、雪崩二極管間串?dāng)_、后脈沖等組成的噪聲,同樣對(duì)推廣SiPM的使用造成困擾。論文主要研究?jī)?nèi)容為當(dāng)SiPM充當(dāng)閃爍體探測(cè)器的光電倍增器件時(shí),根據(jù)SiPM的光電特性,優(yōu)化探測(cè)器設(shè)計(jì),得到性能穩(wěn)定、能量分辨率好的閃爍體探測(cè)器。論文將從以下兩個(gè)方向進(jìn)行探索,一是穩(wěn)定SiPM在不同溫度下的增益,二是降低SiPM內(nèi)部暗噪聲的影響并改善閃爍體探測(cè)器的能量分辨率。由SenSL公司SiPM產(chǎn)品手冊(cè)可知,SiPM的增益與偏置電壓呈正相關(guān)特性,而SiPM擊穿電壓與溫度變化呈線性變化規(guī)律,論文根據(jù)溫度特性設(shè)計(jì)基于正溫度系數(shù)熱敏電阻(LPTC型)的偏置電源。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,結(jié)果表明:使用LYSO晶體與SiPM制成的閃爍體探測(cè)器,在恒溫室內(nèi)26℃至53℃測(cè)量137Cs全能峰,發(fā)現(xiàn)當(dāng)加入溫度補(bǔ)償電路后,13...
【文章頁(yè)數(shù)】:62 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【文章目錄】:
中文摘要
Abstract
第一章 緒論
1.1 研究背景
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3 主要內(nèi)容及章節(jié)安排
第二章 硅光電倍增管、無(wú)機(jī)閃爍體和探測(cè)器原理
2.1 硅光電倍增管介紹
2.1.1 雪崩光電二極管原理
2.1.2 SiPM原理
2.1.3 SiPM的噪聲
2.1.4 SiPM的溫度效應(yīng)
2.1.5 SiPM與 PMT比較
2.1.6 MicroFC-60035-SMT
2.2 無(wú)機(jī)閃爍體介紹
2.2.1 物質(zhì)與γ/X光作用原理
2.2.2 無(wú)機(jī)閃爍體發(fā)光原理
2.2.3 無(wú)極閃爍體的物理特性
2.2.4 選用的閃爍體
2.3 探頭的制作
第三章 SiPM探測(cè)器溫度補(bǔ)償型電源設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)原理
3.2 電子元器件介紹
3.2.1 AD581LH
3.2.2 LM358比較放大器
3.2.3 LPTC型熱敏電阻KTY83/110
3.3 電路原理圖及PCB板設(shè)計(jì)
3.4 MicroFC-60035-SMT負(fù)載電阻的確定
3.5 實(shí)驗(yàn)測(cè)量
3.5.1 電路噪聲消除
3.5.2 電路輸出溫度系數(shù)測(cè)量
3.5.3 放射源測(cè)量
第四章 數(shù)字獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 硬件系統(tǒng)介紹
4.1.1 Stratix Ⅲ3SL150介紹
4.1.2 USB傳輸模塊介紹
4.1.3 ADC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊
4.2 符合方法介紹
4.2.1 符合事件介紹
4.2.2 真符合與偶然符合
4.2.3 符合測(cè)量原理
4.3 數(shù)據(jù)處理算法介紹
4.3.1 γ譜系統(tǒng)介紹
4.3.2 能譜獲取方法
4.3.3 算法介紹
第五章 仿核信號(hào)源測(cè)試實(shí)驗(yàn)
5.1 仿核脈沖的產(chǎn)生
5.2 數(shù)據(jù)補(bǔ)償算法
5.3 影響因素測(cè)量
5.3.1 噪聲疊加
5.3.2 脈沖幅度
5.3.3 噪聲影響
第六章 放射源實(shí)驗(yàn)測(cè)量
6.1 LYSO閃爍體探測(cè)器測(cè)量
6.2 基線恢復(fù)測(cè)試
6.3 符合分辨時(shí)間測(cè)量
6.4 符合電路測(cè)量
第七章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
在學(xué)期間研究成果
致謝
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]基于基線自動(dòng)恢復(fù)技術(shù)的數(shù)字多道能譜儀[J]. 陳偉,周建斌,方方,洪旭,趙祥,周偉,馬英杰. 核技術(shù). 2018(05)
[2]基于脈沖面積分析法改善能譜分辨率研究[J]. 楊磊,黃強(qiáng),陳禛,任忠國(guó),祁中,李東倉(cāng). 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù). 2017(01)
[3]基于FPGA的符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 孟倩,劉山亮,許凱麗. 激光雜志. 2016(11)
[4]硅光電倍增器在劑量測(cè)量中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景[J]. 陳法國(guó),韓毅,于偉躍,沈華亞. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù). 2016(01)
[5]SIPM在脈沖光檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 陳忠祥,武曉東,吳云良,王策,裴智果. 光學(xué)儀器. 2014(06)
[6]Digital coincidence acquisition applied to portable β liquid scintillation counting device[J]. REN Zhongguo,HU Bitao,ZHAO Zhiping,LI Dongcang. Nuclear Science and Techniques. 2013(03)
[7]硅光電探測(cè)器的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 黃敏敏,朱興龍. 機(jī)械工程與自動(dòng)化. 2011(06)
[8]基于FPGA的數(shù)字化核脈沖幅度分析器[J]. 肖無(wú)云,梁衛(wèi)平,邵建輝,王善強(qiáng),艾憲蕓,史志蘭. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù). 2008(06)
[9]數(shù)字化核能譜獲取中信號(hào)處理方法的研究[J]. 張軟玉,陳世國(guó),羅小兵,王鵬,李泰華. 原子能科學(xué)技術(shù). 2004(03)
[10]核技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展[J]. 郭之虞,王宇鋼,包尚聯(lián). 北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2003(S1)
博士論文
[1]數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 張懷強(qiáng).成都理工大學(xué) 2011
[2]基于FPGA的精密時(shí)間—數(shù)字轉(zhuǎn)換電路研究[D]. 宋健.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006
碩士論文
[1]基于FPGA的高計(jì)數(shù)率下改善γ譜儀分辨率研究[D]. 黃強(qiáng).蘭州大學(xué) 2018
[2]基于SiPM的個(gè)人劑量?jī)x的研制[D]. 李忠.蘭州大學(xué) 2017
[3]SiPM光子探測(cè)性能分析及高精度多光子探測(cè)研究[D]. 陳義拴.陜西師范大學(xué) 2016
[4]基于FPGA的數(shù)字化多道脈沖幅度分析器的研制[D]. 鄒偉.成都理工大學(xué) 2012
[5]數(shù)字符合的數(shù)據(jù)獲取與處理研究[D]. 賴偉.南華大學(xué) 2012
本文編號(hào):3707310
【文章頁(yè)數(shù)】:62 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【文章目錄】:
中文摘要
Abstract
第一章 緒論
1.1 研究背景
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3 主要內(nèi)容及章節(jié)安排
第二章 硅光電倍增管、無(wú)機(jī)閃爍體和探測(cè)器原理
2.1 硅光電倍增管介紹
2.1.1 雪崩光電二極管原理
2.1.2 SiPM原理
2.1.3 SiPM的噪聲
2.1.4 SiPM的溫度效應(yīng)
2.1.5 SiPM與 PMT比較
2.1.6 MicroFC-60035-SMT
2.2 無(wú)機(jī)閃爍體介紹
2.2.1 物質(zhì)與γ/X光作用原理
2.2.2 無(wú)機(jī)閃爍體發(fā)光原理
2.2.3 無(wú)極閃爍體的物理特性
2.2.4 選用的閃爍體
2.3 探頭的制作
第三章 SiPM探測(cè)器溫度補(bǔ)償型電源設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)原理
3.2 電子元器件介紹
3.2.1 AD581LH
3.2.2 LM358比較放大器
3.2.3 LPTC型熱敏電阻KTY83/110
3.3 電路原理圖及PCB板設(shè)計(jì)
3.4 MicroFC-60035-SMT負(fù)載電阻的確定
3.5 實(shí)驗(yàn)測(cè)量
3.5.1 電路噪聲消除
3.5.2 電路輸出溫度系數(shù)測(cè)量
3.5.3 放射源測(cè)量
第四章 數(shù)字獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 硬件系統(tǒng)介紹
4.1.1 Stratix Ⅲ3SL150介紹
4.1.2 USB傳輸模塊介紹
4.1.3 ADC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊
4.2 符合方法介紹
4.2.1 符合事件介紹
4.2.2 真符合與偶然符合
4.2.3 符合測(cè)量原理
4.3 數(shù)據(jù)處理算法介紹
4.3.1 γ譜系統(tǒng)介紹
4.3.2 能譜獲取方法
4.3.3 算法介紹
第五章 仿核信號(hào)源測(cè)試實(shí)驗(yàn)
5.1 仿核脈沖的產(chǎn)生
5.2 數(shù)據(jù)補(bǔ)償算法
5.3 影響因素測(cè)量
5.3.1 噪聲疊加
5.3.2 脈沖幅度
5.3.3 噪聲影響
第六章 放射源實(shí)驗(yàn)測(cè)量
6.1 LYSO閃爍體探測(cè)器測(cè)量
6.2 基線恢復(fù)測(cè)試
6.3 符合分辨時(shí)間測(cè)量
6.4 符合電路測(cè)量
第七章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
在學(xué)期間研究成果
致謝
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]基于基線自動(dòng)恢復(fù)技術(shù)的數(shù)字多道能譜儀[J]. 陳偉,周建斌,方方,洪旭,趙祥,周偉,馬英杰. 核技術(shù). 2018(05)
[2]基于脈沖面積分析法改善能譜分辨率研究[J]. 楊磊,黃強(qiáng),陳禛,任忠國(guó),祁中,李東倉(cāng). 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù). 2017(01)
[3]基于FPGA的符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 孟倩,劉山亮,許凱麗. 激光雜志. 2016(11)
[4]硅光電倍增器在劑量測(cè)量中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景[J]. 陳法國(guó),韓毅,于偉躍,沈華亞. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù). 2016(01)
[5]SIPM在脈沖光檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 陳忠祥,武曉東,吳云良,王策,裴智果. 光學(xué)儀器. 2014(06)
[6]Digital coincidence acquisition applied to portable β liquid scintillation counting device[J]. REN Zhongguo,HU Bitao,ZHAO Zhiping,LI Dongcang. Nuclear Science and Techniques. 2013(03)
[7]硅光電探測(cè)器的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 黃敏敏,朱興龍. 機(jī)械工程與自動(dòng)化. 2011(06)
[8]基于FPGA的數(shù)字化核脈沖幅度分析器[J]. 肖無(wú)云,梁衛(wèi)平,邵建輝,王善強(qiáng),艾憲蕓,史志蘭. 核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù). 2008(06)
[9]數(shù)字化核能譜獲取中信號(hào)處理方法的研究[J]. 張軟玉,陳世國(guó),羅小兵,王鵬,李泰華. 原子能科學(xué)技術(shù). 2004(03)
[10]核技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展[J]. 郭之虞,王宇鋼,包尚聯(lián). 北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2003(S1)
博士論文
[1]數(shù)字核譜儀系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 張懷強(qiáng).成都理工大學(xué) 2011
[2]基于FPGA的精密時(shí)間—數(shù)字轉(zhuǎn)換電路研究[D]. 宋健.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006
碩士論文
[1]基于FPGA的高計(jì)數(shù)率下改善γ譜儀分辨率研究[D]. 黃強(qiáng).蘭州大學(xué) 2018
[2]基于SiPM的個(gè)人劑量?jī)x的研制[D]. 李忠.蘭州大學(xué) 2017
[3]SiPM光子探測(cè)性能分析及高精度多光子探測(cè)研究[D]. 陳義拴.陜西師范大學(xué) 2016
[4]基于FPGA的數(shù)字化多道脈沖幅度分析器的研制[D]. 鄒偉.成都理工大學(xué) 2012
[5]數(shù)字符合的數(shù)據(jù)獲取與處理研究[D]. 賴偉.南華大學(xué) 2012
本文編號(hào):3707310
本文鏈接:http://www.sikaile.net/projectlw/hkxlw/3707310.html
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