辐射成像采集设备及辐射成像数据采集方法技术

本发明专利技术涉及辐射检测技术领域。一种辐射成像数据采集设备及使用该设备的辐射成像数据采集方法，所述设备包括探测器装置、主控装置和通用计算机，所述探测器装置包括至少一用于将Ｘ射线转换为电流信号的探测器，至少一用于将所述电流信号进行积分前置放大的开关积分前放模块，至少一用于减小开关电荷的噪声的差值滤波模块，至少一Ａ／Ｄ转换模块，和至少一数据缓存模块；所述主控装置通过接口电路与所述探测器装置相连，并且通过以太网接口与通用计算机进行通信和数据传输。本发明专利技术具有测量准确、噪声低、精度高、动态范围大、电路简化、集成度高、可扩展性强、抗干扰能力强、数据传输率高、通讯协议简单、使用方便的优点。

Radiation imaging acquisition apparatus and radiation imaging data acquisition method

The invention relates to the technical field of radiation detection. A radiation imaging data acquisition equipment and the use of the equipment radiation imaging data acquisition method, the apparatus includes a detector device and a main control device and the computer, the detector device comprises at least one for X ray converted to current signal detector, at least for the current signal switch integral pre amplifier integral preamplifier module, at least one difference for noise reduction of switch charge filter module, at least one A / D conversion module, and at least one data cache module; the main control device connected with the detector device through the interface circuit, and through the Ethernet interface with computer communication and data transmission. The invention has the advantages of accurate measurement, low noise, high precision, wide dynamic range, simple circuit, high integration, expansibility, strong anti-interference ability, high data rate, the communication protocol is simple and convenient.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及辐射检测
，特别涉及辐射成像系统中对探测 器信号进行采集、处理的方法及设备。
技术介绍
射线穿过物体时会被吸收，其吸收强度与物体的密度、厚度等物 理特性有关，辐射成像系统利用这一物理原理进行成像。在辐射成像系统中，探测器将包含有被测物信息的射线信号转化 成易于处理的电信号，经过后续的放大、成形等处理，并进行模数转换，变成数字信号，传输到计算机；图像处理分系统将这些数据处理， 可以重建出检测的透视图像。探测器信号包含被测物的信息，为得到这些信息，要做相应的后续处理，包括进行放大滤波成形，降低噪声，提高信噪比，进行A/D变换等。由于这些信息是图像处理分系统进行图像重建的信息来源， 因此采集的准确性(信噪比的好坏、数字量化的精度等)对图像质量 有直接影响。传统的探测器前放电路基本上釆用阻容反馈前放，模拟信号传输一定距离后进行A/D变换，实现数据采集。这种数据釆集的方式的测 量误差主要表现在以下几点阻容反馈前放的反馈电阻噪声；成形电 路的弹道亏损；采样保持电路不能准确在脉冲峰顶采样，从而带来的 测量误差；前放信号模拟传输会带来传输干扰。另外，传统的数据采 集系统采用的是16位A/D,当模拟电路的信噪比高于16位时，A/D的 量化噪声也将成为影响系统总体信噪比的主要因素。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述现有技术中存在的缺陷，提供一种用于辐射成像的数字化探测器模块及数据获取模块。为了实现上述专利技术目的，本专利技术釆用如下技术方案 一种辐射成像数据采集设备，包括探测器装置、主控装置和通用 计算机，所述探测器装置包括至少一探测器，用于将X射线转换为 电流信号，至少一开关积分前放模块，用于将所述电流信号进行积分 前置放大，至少一差值滤波模块，用于在所述开关积分前放模块将所 述电流信号积分放大的同时使用差值滤波模块减小开关电荷的噪声， 至少一A/D转换模块，用于将经开关积分前放模块和差值滤波模块放 大、滤波后的模拟信号变换为数字信号，至少一数据缓存模块，用于 存储A/D变换后的数字信号；所述主控装置通过接口电路与所述探测 器装置相连，并且通过以太网接口与通用计算机进行通信，将数据传 送给图像处理软件，由图像处理软件根据这些与探测器相关的数据进 行图像重建。优选的，所述探测器装置还具有时序、控制电路，使用FPGA产 生前放的开关控制时序、A/D变换时序、各模块之间的通讯协议，并 同时使用FPGA内部的双口 RAM作为数据缓存。优选的，所述开关积分前放模块中包括八个相同的前放通道电 路，每个前放通道电路分别由一开关积分前放芯片、两个相同的采样 保持电路和一差分放大器组成。优选的，多个所述探测器装置可以通过串行接口级连起来，最后 与一个主控模块连接，将数据传送到主控装置，通过以太网接口与通 用计算机进行通信和数据传输。优选的，所述开关积分前放模块可以釆用IVC102或ACF2101 'o斤。优选的，所述A/D转换模块中的A/D芯片可以是ADS1251、 ADS1252、 ADS1254或ADS1256等24位A/D芯片。优选的，所述的主控装置中也具有一时序、控制电路，通过FPGA产生接口通讯时序，接收来自探测器装置的数据、实现数据缓存，并 产生同步控制时序。优选的，在所述接口电路中，控制信号和数据信号采用不同的接 口进行数据传输。优选的，在所述接口电路中，使用RS485进行控制信号的传输， 使用LVDS进行数据信号的传输。优选的，在所述主控装置中采用单片机网络模块RCM3200来进 行数据的获取和与通用计算机的通讯。本专利技术还提供一种辐射成像数据采集方法，包括如下步骤探测器将X射线转换为电流信号；使用开关积分前放将所述电流信号进行积分前置放大；在所述开关积分前放模块将所述电流信号积分放大的同时使用 差值滤波的方法减小开关电荷的噪声；将经积分前置放大、滤波后的模拟信号变换为数字信号；使用FPGA产生多个通道的开关积分前放和A/D的控制时序， 同时作为这些通道的数据缓存，接收变换好的数字信号数据，并将其存储；将数字信号数据传输到主控装置并通过以太网口与上行计算机 进行通信和数据传输。优选的，在探测器信号输入到开关积分前放进行前置放大后，将 放大的信号送到两个相同的采样保持电路，分别在探测器信号到来之 前和之后进行保持，然后再将这两路信号送到差分放大器去相减，作 为前置放大信号进行输出。本专利技术具有以下优点1.采用开关积分放大器作为探测器的前置放大器，解决了传统 阻容反馈前放的反馈电阻噪声、成形电路的弹道亏损的问题；同时， 釆用差值滤波的方法减小开关积分放大器带来的开关噪声的负面影响，因此，具有测量准确、噪声低的优点。2. 釆用24位的A/D进行模数转换，具有精度高、动态范围大的优点。3. 使用FPGA产生前放的开关控制时序、A/D变换时序、各模块 之间的通讯协议、并同时使用FPGA内部的双口RAM做数据缓存，具 有电路简化、集成度高、可扩展性强的优点。4. 使用RS485差分信号进行控制信号的传输、使用LVDS差分信 号进行数据信号的传输，具有抗干扰能力强、数据传输率高的优点。5. 使用单片机网络模块进行数据获取和与计算机通讯，具有通 讯协议简单、使用方便的优点。附图说明图l为本专利技术的工作原理图； 图2为探测器装置中前放子电路板工作原理图；图3为探测器装置中开关积分前放和差值滤波电路结构图； 图4为探测器装置中A/D主电路板工作原理图； 图5为探测器装置中24位A/D电路结构图； 图6为探测器装置中FPGA和接口电路结构图； 图7为主控装置的工作原理图； 图8为主控装置的FPGA和接口电路结构图； 图9为主控装置单片机网络模块RCM3200电路结构图； 图10为本专利技术的使用框图。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。 本专利技术提出的用于辐射成像的数字化探测器模块及数据获取模 块结合附图和实施例说明如下。为方便理解，在以下的表述中，探测 器装置又可称为前放-A/D模块，主控装置又被称为主控模块。参看图l，虛线部分为实现本专利技术的数字化探测器模块和数据获取模块的电路，包括实现前置放大及模数变换的前放-A/D模块、实 现数据获取和控制的主控模块，对应的电路有对探测器信号进行开关 积分放大及差值滤波的电路、模数转换电路、数据缓存和控制电路、 接口电路、控制及网络传输电路。前放-A/D模块由前放电路子板和A/D主电路板构成，通过插针 实现电气连接。图2为前放-A/D模块中前放电路子板的工作原理图。如图2所 示， 一块前放电路子板中包括八个相同的前放通道电路，分别连接到 探测器信号的八个输入端和前放信号的八个输出端。每个前放通道电 路由一开关积分前放电路、两个相同的采样保持电路和一差分放大器 组成。探测器的信号输入到开关积分前放进行前置放大后，送到两个 相同的采样保持电路，分别是在探测器信号到来之前和之后进行保持 后，再将这两路信号送到差分放大器去相减，从而保留了信号幅度的 大小，同时又减去了由于开关积分前放开关过程中带来的有涨落的本 底，进而达到减小噪声的目的。前放电路子板每个前放通道电路的具体实现电路如图3所示。其 中开关积分前放芯片可以是IVC102、 ACF2101,采样保持芯片可以是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射成像数据采集设备，包括探测器装置、主控装置和通用计算机，其特征在于，所述探测器装置包括：至少一探测器，用于将Ｘ射线转换为电流信号，至少一开关积分前放模块，用于将所述电流信号进行积分前置放大，至少一差值 滤波模块，用于在所述开关积分前放模块将所述电流信号积分放大的同时使用差值滤波模块减小开关电荷的噪声，至少一Ａ／Ｄ转换模块，用于将经开关积分前放模块和差值滤波模块放大、滤波后的模拟信号变换为数字信号，至少一数据缓存模块，用于存 储Ａ／Ｄ变换后的数字信号；所述主控装置通过接口电路与所述探测器装置相连，并且通过以太网接口与通用计算机进行通信和数据传输。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱维斌，李元景，张清军，
申请(专利权)人：同方威视技术股份有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：11[]