一种基于脉冲时间甄别的硅光电倍增器降噪方法与系统技术方案

本发明专利技术属于核物理与弱光测量领域，涉及一种基于脉冲时间甄别的硅光电倍增器降噪方法与系统。所述的方法是将闪烁体的光信号同时引到2个硅光电倍增器，经2个硅光电倍增器各自转换放大并整形后输入到脉冲时间甄别单元，通过时间甄别来分辨测量系统的输出脉冲和硅光电倍增器的暗脉冲。用本发明专利技术的方法，可使采用硅光电倍增器的测量系统在本底条件下的暗脉冲率降低3‑4个量级，从而降低测量系统的探测下限。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉冲时间甄别的硅光电倍增器降噪方法与系统
本专利技术属于核物理与弱光测量领域，涉及一种基于脉冲时间甄别的硅光电倍增器降噪方法与系统。
技术介绍
硅光电倍增器(SiPM，也称为MPPC)是一种用于弱光探测的新型半导体器件，可实现闪烁体探测器的光电转换和信号放大，已经逐渐应用于空间物理、粒子物理、剂量测量、光学探测等领域。与传统的真空光电倍增管相比，SiPM具有工作电压低(<100V)、增益高(105-106)、时间特性好、体积小(mm量级)、不易受磁场干扰等优点，与小体积闪烁体探测器相配合时，很适合用于对空间分辨率要求较高的低剂量率实时测量。虽然具有体积小、工作电压低等优点，但作为一种半导体器件，SiPM还存在常温下暗计数率高的缺点。SiPM的基本结构是由众多独立工作在盖革模式下的雪崩二极管微元(GM-APD)平行排列而成的阵列，其输出信号是所有微元输出信号的总和；每个二极管微元活性区域的热运动会激发电子跃迁，随机形成载流子，并迁移至雪崩区以一定的概率激发雪崩放电，从而使SiPM产生较高的暗计数率。在室温下，SiPM的暗脉冲率可高达100kHz-10MHz/mm2。低温工作和脉冲幅度甄别是辐射测量中改善SiPM测量噪声的常用方法。低温工作可从本质上降低SiPM因热运动而造成的暗计数，但在实际应用中通常是很难实现的。基于SiPM的两个或多个微元同时因热运动激发的概率很小、暗脉冲幅度很低的特点，可以通过设置脉冲幅度阈值的方式来甄别SiPM的暗脉冲。但是，脉冲幅度甄别同时也会剔除大量的低幅度输出信号，使辐射测量系统的探测下限升高，从而限制了SiPM在低水平辐射测量中的应用。
技术实现思路
本专利技术的首要目的是提供一种基于脉冲时间甄别的SiPM降噪方法，从而使采用SiPM的测量系统在本底条件下的暗脉冲率降低3-4个量级，降低测量系统的探测下限。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种基于脉冲时间甄别的SiPM降噪方法，其是将闪烁体的光信号同时引到2个SiPM，经2个SiPM各自转换放大并整形后输入到脉冲时间甄别单元，通过时间甄别来分辨测量系统的输出脉冲和SiPM的暗脉冲。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种基于脉冲时间甄别的SiPM降噪方法，其中封装所述的闪烁体时，留2个或1个测量窗，除测量窗的其它面均覆盖光反射层。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种基于脉冲时间甄别的SiPM降噪方法，其中对于2个测量窗的封装方式，测量窗位于所述的闪烁体的两端，并分别与每个所述的SiPM的光电灵敏面相贴合。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种基于脉冲时间甄别的SiPM降噪方法，其中对于1个测量窗的封装方式，利用光纤和分光器将所述的闪烁体的光信号分别导向每个所述SiPM的光电灵敏面。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种基于脉冲时间甄别的SiPM降噪方法，其中2个SiPM的输出电信号分别先后经比较器和整形电路处理后，输入到所述的脉冲时间甄别单元。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种基于脉冲时间甄别的SiPM降噪方法，其中所述的比较器对所述的SiPM的输出信号进行脉冲幅度初步甄别，以分辨幅度较低的暗脉冲。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种基于脉冲时间甄别的SiPM降噪方法，其中所述的整形电路对信号波形进行处理，使脉冲的上升时间与闪烁体的发光衰减时间相当。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种基于脉冲时间甄别的SiPM降噪方法，其中所述的脉冲时间甄别单元进行甄别时，当2个SiPM输出信号的时间差小于预设的分辨时间τ时(分辨时间与闪烁体的发光衰减时间和电路的时间特性相关)，则判断为探测器输出信号，并将2路信号的幅度之和作为测量系统的脉冲幅度；其它信号都视为SiPM的暗脉冲，从而可降低测量系统的热噪声，提高探测下限。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种基于脉冲时间甄别的SiPM降噪方法，其中所述的脉冲时间甄别单元为符合电路。本专利技术的第二个目的是提供一种基于脉冲时间甄别的SiPM降噪系统，从而使采用SiPM的测量系统在本底条件下的暗脉冲率降低3-4个量级，降低测量系统的探测下限。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种基于脉冲时间甄别的SiPM降噪系统，其中所述的系统由闪烁体、SiPM、比较器、整形电路、符合电路组成，所述的闪烁体通过测量窗分别与2个所述的SiPM连接，2个SiPM的输出电信号分别先后经比较器和整形电路处理后输入到作为脉冲时间甄别单元的所述的符合电路。附图说明图1为本专利技术的基于脉冲时间甄别的SiPM降噪系统的示意图。图2为单测量窗时闪烁体与2个SiPM的组合方式示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作出进一步的说明。利用2个SiPM同时处理闪烁体探测器输出的光信号。封装闪烁体时，可以留2个或1个测量窗，除测量窗的其它面均覆盖光反射层。对于2个测量窗的封装方式，测量窗位于闪烁体两端，并分别与每个SiPM的光电灵敏面相贴合(如图1所示)；对于1个测量窗的封装方式，可以利用光纤和分光器将闪烁体的光信号分别导向2个SiPM的光电灵敏面(如图2所示)。2个SiPM的输出电信号分别先后经比较器和整形电路处理后，输入到符合电路。比较器对SiPM的输出信号进行脉冲幅度初步甄别，以分辨幅度较低的暗脉冲；整形电路对信号波形进行处理，使脉冲的上升时间与闪烁体的发光衰减时间相当。利用符合电路对整形后的2路信号进行脉冲时间甄别。当2个SiPM输出信号的时间差小于预设的分辨时间τ时(分辨时间与闪烁体的发光衰减时间和电路的时间特性相关)，则判断为探测器输出信号，并将2路信号的幅度之和作为测量系统的脉冲幅度；其它信号都视为SiPM的暗脉冲，从而可降低测量系统的热噪声，提高探测下限。在室温条件下，SiPM暗脉冲的计数率通常在100kHz-10MHz/mm2，脉冲幅度通常小于4-5p.e(p.e为单个雪崩二极管微元被激发时的脉冲幅度)。由于SiPM的时间特性好(ns量级)，基于上述设计方法，可以使采用SiPM的测量系统在本底条件下的暗脉冲率降低3-4个量级，从而适用于低水平辐射的测量。显然，本领域的技术人员可以对本专利技术进行各种改动和变型而不脱离本专利技术的精神和范围。这样，倘若对本专利技术的这些修改和变型属于本专利技术权利要求及其同等技术的范围之内，则本专利技术也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本专利技术的举例说明，本专利技术也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本专利技术的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本专利技术的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本专利技术的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脉冲时间甄别的硅光电倍增器降噪方法，其特征在于：将闪烁体的光信号同时引到2个硅光电倍增器，经2个硅光电倍增器各自转换放大并整形后输入到脉冲时间甄别单元，通过时间甄别来分辨测量系统的输出脉冲和硅光电倍增器的暗脉冲。

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲时间甄别的硅光电倍增器降噪方法，其特征在于：将闪烁体的光信号同时引到2个硅光电倍增器，经2个硅光电倍增器各自转换放大并整形后输入到脉冲时间甄别单元，通过时间甄别来分辨测量系统的输出脉冲和硅光电倍增器的暗脉冲。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：封装所述的闪烁体时，留2个或1个测量窗，除测量窗的其它面均覆盖光反射层。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：对于2个测量窗的封装方式，测量窗位于所述的闪烁体的两端，并分别与每个所述的硅光电倍增器的光电灵敏面相贴合。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：对于1个测量窗的封装方式，利用光纤和分光器将所述的闪烁体的光信号分别导向每个所述硅光电倍增器的光电灵敏面。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：2个硅光电倍增器的输出电信号分别先后经比较器和整形电路处理后，输入到所述的脉冲时间甄别单元。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈法国，韩毅，于伟跃，杨明明，沈华亚，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：山西,14