一种多光子计数系统、方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多光子计数系统、方法及装置，该系统包括多个比较器，每个比较器的第一输入端均与光电倍增管的输出端连接，第二输入端均接参考电压，输出端均与一个二进制计数器的输入端连接；多个二进制计数器，多个二进制计数器的输入端一一对应地与多个比较器的输出端连接，多个二进制计数器的输出端均与处理器的输入端连接，二进制计数器用于在与其相连的比较器有输出时进行计数并输出计数值；处理器，用于根据二进制计数器输出的计数值进行计算后获得光电倍增管捕捉到的光子数目。本发明专利技术无需采用超高采样率的数据采集卡，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多光子检测领域，具体涉及一种多光子计数系统、方法及装置。
技术介绍
基于光电倍增管(SiPM)的多光子检测技术可以应用于多个领域，常规的多光子检测方法都是需要采用超高采样率(如1GSps)的数据采集卡才能够实现多光子采集与计数，如NI的PXIE-5160。该方案虽然可行且方便，但是由于目前采样率达到1GSps以上采样率的采集卡成本在几万元甚至更高，所以成本非常高昂。
技术实现思路
因此，本专利技术实施例要解决的技术问题在于现有技术中的需要采用超高采样率的数据采集卡才能够实现多光子计数。为此，本专利技术实施例的一种多光子计数系统，包括：多个比较器，每个比较器的第一输入端均与光电倍增管的输出端连接，第二输入端均接参考电压，输出端均与一个二进制计数器的输入端连接，用于在其第一输入端输入的电压与其第二输入端输入的参考电压相等时输出信号；多个二进制计数器，多个二进制计数器的输入端一一对应地与多个比较器的输出端连接，多个二进制计数器的输出端均与处理器的输入端连接，二进制计数器用于在与其相连的比较器有输出时进行计数并输出计数值；处理器，用于根据二进制计数器输出的计数值进行计算后获得光电倍增管捕捉到的光子数目。优选地，所述多个比较器的个数为至少四个，其中第一比较器用于在其第一输入端输入的电压与其第二输入端输入的第一参考电压相等时产生第一信号并输出，所述第一参考电压依据光电倍增管捕捉到一个光子时输出的电压设定；第二比较器用于在其第一输入端输入的电压与其第二输入端输入的第二参考电压相等时产生第二信号并输出，所述第二参考电压依据光电倍增管捕捉到两个光子时输出的电压设定；第三比较器用于在其第一输入端输入的电压与其第二输入端输入的第三参考电压相等时产生第三信号并输出，所述第三参考电压依据光电倍增管捕捉到三个光子时输出的电压设定；第四比较器用于在其第一输入端输入的电压与其第二输入端输入的第四参考电压相等时产生第四信号并输出，所述第四参考电压依据光电倍增管捕捉到四个光子时输出的电压设定。优选地，所述比较器为带锁存功能的超高速比较器。优选地，所述比较器为带锁存功能的超高速比较器。优选地，所述处理器为低采样率的数据采集装置。优选地，还包括：放大器，其输入端与光电倍增管的输出端连接，其输出端分别与每个比较器的第一输入端连接，用于将光电倍增管的输出信号进行放大并输出。本专利技术实施例的一种多光子计数方法，应用于处理器，包括以下步骤：接收多个二进制计数器输出的信号；根据接收到所述信号的时间先后顺序，获得多个比较器中有信号输出的比较器产生输出信号的时间先后顺序；判断所述有信号输出的比较器产生输出信号的时间先后顺序是否是正常顺序，所述正常顺序为光电倍增管的输出信号为单次光子射入的完整响应脉冲时，随着时间增加所述多个比较器(1)中有信号输出的比较器按照参考电压由小至大顺次产生的输出信号，然后所述多个比较器(1)中有信号输出的比较器按照参考电压由大至小顺次产生的输出信号的时间先后顺序；当所述有信号输出的比较器产生输出信号的时间先后顺序是所述正常顺序时，获得有信号输出的比较器中最大参考电压值作为光电倍增管捕获到新的多个光子后产生输出信号幅值所对应的值，并计算获得捕获到新的多个光子的数目。优选地，还包括以下步骤：当所述有信号输出的比较器产生输出信号的时间先后顺序不是所述正常顺序时，获得有信号输出的比较器中最大参考电压值和具有最大参考电压值的比较器的前一有信号输出的比较器的参考电压值，其中，所述有信号输出的比较器产生输出信号的时间先后顺序不是所述正常顺序表示在所述光电倍增管的输出信号未响应结束的过程中，有新的光子射入的脉冲引起所述光电倍增管的输出信号的叠加；根据所述前一有信号输出的比较器的参考电压值，计算拖尾叠加值；将最大参考电压值与拖尾叠加值的差值作为光电倍增管捕获到新的多个光子后产生输出信号幅值所对应的值，并计算获得捕获到新的多个光子的数目。本专利技术实施例的一种多光子计数装置，应用于处理器，包括：接收单元，用于接收多个二进制计数器输出的信号；第一获得单元，用于根据接收到所述信号的时间先后顺序，获得多个比较器中有信号输出的比较器产生输出信号的时间先后顺序；判断单元，用于判断所述有信号输出的比较器产生输出信号的时间先后顺序是否是正常顺序，所述正常顺序为光电倍增管的输出信号为单次光子射入的完整响应脉冲时，随着时间增加所述多个比较器(1)中有信号输出的比较器按照参考电压由小至大顺次产生的输出信号，然后所述多个比较器(1)中有信号输出的比较器按照参考电压由大至小顺次产生的输出信号的时间先后顺序；第二获得单元，用于当所述有信号输出的比较器产生输出信号的时间先后顺序是所述正常顺序时，获得有信号输出的比较器中最大参考电压值作为光电倍增管捕获到新的多个光子后产生输出信号幅值所对应的值，并计算获得捕获到新的多个光子的数目。优选地，还包括：第三获得单元，用于当所述有信号输出的比较器产生输出信号的时间先后顺序不是所述正常顺序时，获得有信号输出的比较器中最大参考电压值和具有最大参考电压值的比较器的前一有信号输出的比较器的参考电压值，其中，所述有信号输出的比较器产生输出信号的时间先后顺序不是所述正常顺序表示在所述光电倍增管的输出信号未响应结束的过程中，有新的光子射入的脉冲引起所述光电倍增管的输出信号的叠加；计算单元，用于根据所述前一有信号输出的比较器的参考电压值，计算拖尾叠加值；第四获得单元，用于将最大参考电压值与拖尾叠加值的差值作为光电倍增管捕获到新的多个光子后产生输出信号幅值所对应的值，并计算获得捕获到新的多个光子的数目。本专利技术实施例的技术方案，具有如下优点：1.本专利技术实施例提供的多光子计数系统，通过设置比较器，将比较器的参考电压设置成与光电倍增管捕捉到多个光子时输出的电压相对应，从而能够清楚地计数出光电倍增管一次捕捉到的光子数目，实现多光子计数。并且由于计数是根据不同参考电压的比较器是否有输出值来确定的，无需采用超高采样率的数据采集卡来对光电倍增管输出电压值进行采样，而比较器的价格要远远低于超高采样率的数据采集卡，从而大大降低了多光子计数系统的成本。2.采用多个比较器和多个计数器一一对应连接，相对于采用一个多级比较器与一个多输入的计数器连接的方式而言，对计数器的要求比较低，只需要计数器在接收到信号时产生计数，根据比较器输出的信号顺序及计数器的变化类判断入射光子的变化，而不用根据比较器的值来确定(采用一个多级比较器与一个多输入的计数器连接需要根据多级比较器的输出电压值来确定入射光子变化)，简化了处理逻辑，大大降低了比较器和计数器的设计难度以及成本。3.本专利技术实施例提供的多光子计数方法及装置，通过判断多个比较器中有信号输出的比较器产生输出信号的先后顺序是否是正常顺序，可以在计算新捕捉到多光子的数目时，消除之前脉冲响应拖尾的影响，从而提高了多光子计数的精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中多光子计数系统的一个具体示例的原理框图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多光子计数系统，其特征在于，包括：多个比较器(1)，每个比较器的第一输入端均与光电倍增管的输出端连接，第二输入端均接参考电压，输出端均与一个二进制计数器的输入端连接，用于在其第一输入端输入的电压与其第二输入端输入的参考电压相等时输出信号；多个二进制计数器(2)，多个二进制计数器的输入端一一对应地与多个比较器的输出端连接，多个二进制计数器的输出端均与处理器的输入端连接，二进制计数器用于在与其相连的比较器有输出时进行计数并输出计数值；处理器(3)，用于根据二进制计数器输出的计数值进行计算后获得光电倍增管捕捉到的光子数目。

【技术特征摘要】
1.一种多光子计数系统，其特征在于，包括：多个比较器(1)，每个比较器的第一输入端均与光电倍增管的输出端连接，第二输入端均接参考电压，输出端均与一个二进制计数器的输入端连接，用于在其第一输入端输入的电压与其第二输入端输入的参考电压相等时输出信号；多个二进制计数器(2)，多个二进制计数器的输入端一一对应地与多个比较器的输出端连接，多个二进制计数器的输出端均与处理器的输入端连接，二进制计数器用于在与其相连的比较器有输出时进行计数并输出计数值；处理器(3)，用于根据二进制计数器输出的计数值进行计算后获得光电倍增管捕捉到的光子数目。2.根据权利要求1所述的多光子计数系统，其特征在于，所述多个比较器(1)的个数为至少四个，其中第一比较器用于在其第一输入端输入的电压与其第二输入端输入的第一参考电压相等时产生第一信号并输出，所述第一参考电压依据光电倍增管捕捉到一个光子时输出的电压设定；第二比较器用于在其第一输入端输入的电压与其第二输入端输入的第二参考电压相等时产生第二信号并输出，所述第二参考电压依据光电倍增管捕捉到两个光子时输出的电压设定；第三比较器用于在其第一输入端输入的电压与其第二输入端输入的第三参考电压相等时产生第三信号并输出，所述第三参考电压依据光电倍增管捕捉到三个光子时输出的电压设定；第四比较器用于在其第一输入端输入的电压与其第二输入端输入的第四参考电压相等时产生第四信号并输出，所述第四参考电压依据光电倍增管捕捉到四个光子时输出的电压设定。3.根据权利要求1或2所述的多光子计数系统，其特征在于，所述比较器(1)为带锁存功能的超高速比较器。4.根据权利要求1-3任一项所述的多光子计数系统，其特征在于，所述处理器为低采样率的数据采集装置。5.根据权利要求1-4任一项所述的多光子计数系统，其特征在于，还包括：放大器(4)，其输入端与光电倍增管的输出端连接，其输出端分别与每个比较器的第一输入端连接，用于将光电倍增管的输出信号进行放大并输出。6.一种多光子计数方法，应用于处理器，其特征在于，包括以下步骤：接收多个二进制计数器(2)输出的信号；根据接收到所述信号的时间先后顺序，获得多个比较器(1)中有信号输出的比较器产生输出信号的时间先后顺序；判断所述有信号输出的比较器产生输出信号的时间先后顺序是否是正常顺序，所述正常顺序为光电倍增管的输出信号为单次光子射入的完整响应脉冲时，随着时间增加所述多个比较器(1)中有信号输出的比较器按照参考电压由小至大顺次产生的输出信号，然后所述多个比较器(1)中有信号输出的比较器按照参考电压由大至小顺次产生的输出信号的时间先后顺序；当所述有信号输出的比较器产生输出信...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢晓曼，戴亚康，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32