一种新型辐射成像探测器数据采集装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种新型辐射成像探测器数据采集装置，该装置包括MPPC探测器阵列，MPPC探测器阵列通过电路依次连接高速放大器、比较器电路、FPGA数据获取和控制模块、LVDS数据传输电路；供电电源通过电压控制器与MPPC探测器阵列连接；MPPC探测器阵列上设有温度控制器，温度控制器与微控制器连接。本实用新型专利技术的优点在于：提供了很好的时间分辨率和具有高增益、低噪声的运算功能。具有更高的信噪比和稳定性。工作电压与温度补偿系数可编程调节，电源精度高，MPPC可在温度变化环境下稳定工作。具有高精度、高信噪比的优点。具有低串扰、低功耗和低摆幅的优点。

A new data acquisition device for radiation imaging detector

The utility model discloses a novel radiation imaging detector data acquisition device, which comprises an MPPC detector array, which is connected successively by a circuit to a high-speed amplifier, a comparator circuit, a data acquisition and control module of an FPGA, a LVDS data transmission circuit, and a power supply through a voltage controller and an MPPC detector. The MPPC detector array is equipped with a temperature controller, and the temperature controller is connected with the microcontroller. The utility model has the advantages of good time resolution and high gain and low noise operation function. It has higher signal-to-noise ratio and stability. Working voltage and temperature compensation coefficient can be programmed to adjust, power supply precision is high, MPPC can work steadily in temperature changing environment. It has the advantages of high accuracy and high signal-to-noise ratio. It has the advantages of low crosstalk, low power consumption and low swing.

【技术实现步骤摘要】
一种新型辐射成像探测器数据采集装置
本技术涉及Χ、γ射线辐射剂量探测
，尤其涉及集装箱辐射成像系统中对线阵列探测器信号采集装置与处理方法，本技术属于核辐射检测

技术介绍
射线与物质相互作用时，其束流强度会因被部分吸收而逐渐减弱。被吸收的射线束量与吸收物质的密度、厚度及物质吸收系数密切相关。当整个客体被射线源照射后，根据穿过客体的辐射强度的分布情况，便可判断出客体内部的物质分布状况，辐射成像利用这一原理实现成像探测。在辐射成像探测系统中，探测器将与物质相互作用后的射线转化成可测量的电信号，再经过前置放大、模数变换等处理后，将数据传输到计算机完成辐射成像处理与重建。传统的辐射成像探测器阵列一般是电流积分型，将射线转换为微弱的电流信号，再经过高增益的前置运算放大器放大后，接着对放大的模拟信号进行A/D变换，实现数据采集。但是这种传统的探测器数据采集方案中存在如下几点缺陷：1．积分型的探测器阵列在弱光下暗噪声比较大，前置放大器对微弱信号放大的同时也将暗噪声放大了，容易导致图像分辨率降低；2．前置开关积分放大的模拟信号进入A/D变换时，量化噪声会影响探测系统的信噪比；3．传统的数据传输方式采用TTL串行接口，这样数据传输效率低、数据串扰丢失较大，严重影响成像质量。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种新型辐射成像探测器数据采集装置，该装置采用LVDS低压差分信号数据传输方式，提高弱光条件下光子计数的信噪比、抗干扰和数据高速稳定传输。本技术的技术方案为：一种新型辐射成像探测器数据采集装置，该装置包括MPPC探测器阵列，MPPC探测器阵列通过电路依次连接高速放大器、比较器电路、FPGA数据获取和控制模块、LVDS数据传输电路；供电电源通过电压控制器与MPPC探测器阵列连接；MPPC探测器阵列上设有温度控制器，温度控制器与微控制器连接;MPPC探测器阵列由APD雪崩光电二极管和淬灭电阻构成的探测器单元，用于将X射线转换为电压信号；电压控制器，用于给MPPC探测器阵列提供工作电压；温度控制器，用于监测MPPC探测器阵列工作温度；高速放大器为前置放大模块，用于将所述APD雪崩光电二极管输出的电压信号进行前置放大；比较器电路用于将前置高速放大器的模拟信号变换为数字脉冲信号；FPGA数据获取和控制模块，用于控制MPPC脉冲计数采集与数据传输；LVDS数据传输电路，用于对采集到的数据进行高速稳定传输。MPPC探测器阵列由16个APD雪崩光电二极管组成，在反向偏置高压下会出现放电输出，可在淬灭电阻上获取到模拟脉冲信号。所述电压控制器采用C11204-01，温度控制器采用LM94021，电压控制器能给MPPC探测器阵列提供工作电压，温度控制器监测MPPC探测器阵列工作温度，都可通过串口编程实现参数调节。16个APD雪崩光电二极管组成的4*4阵列，MPPC探测器阵列连接四个相同的高速放大器和四个相同的电压比较器，每排APD雪崩光电二极管分别连接高速放大器和电压比较器。MPPC探测器阵列通过16串接口级联和4个16串链路并联起来，最后与一个FPGA采集卡模块连接，将数据传输到主控系统。高速放大器采用TLE2074，电压比较器采用TLC374芯片。LVDS数据传输电路由LVDS驱动器和LVDS接收器组成；LVDS驱动器采用LVDS389芯片，LVDS接收器采用LVDS388A芯片。本技术的优点在于：采用MPPC半导体硅光电倍增管作为辐射成像探测器阵列，它提供了很好的时间分辨率和具有高增益、低噪声的运算功能。相比传统电流积分型探测器阵列，在极弱的光强条件下，光子计数具有更高的信噪比和稳定性。采用C11204-01电源模块，用于驱动MPPC探测器阵列，工作电压与温度补偿系数可编程调节，电源精度高，MPPC可在温度变化环境下稳定工作。采用TLE2074A高速运算放大器和TLC374差动电压比较器，具有高精度、高信噪比的优点。采用LVDS低压差分信号总线接口进行辐射成像数据高速传输，相比传统TTL电平传输方式，具有低串扰、低功耗和低摆幅的优点。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为MPPC硅光电倍增管探测器阵列原理图；图3为MPPC电源温度控制电路工作原理图；图4为信号处理电路工作原理图；图5为LVDS数据传输接口原理图；图6为本技术的新型辐射成像探测器数据采集框图。具体实施方式一种新型辐射成像探测器数据采集装置，该装置包括MPPC探测器阵列，MPPC探测器阵列通过电路依次连接高速放大器、比较器电路、FPGA数据获取和控制模块、LVDS数据传输电路；供电电源通过电压控制器与MPPC探测器阵列连接；MPPC探测器阵列上设有温度控制器，温度控制器与微控制器连接。MPPC探测器阵列由16个APD雪崩光电二极管和淬灭电阻构成的探测器单元，用于将X射线转换为电压信号；在反向偏置高压下会出现放电输出，可在淬灭电阻上获取到模拟脉冲信号。所述电压控制器采用C11204-01，温度控制器采用LM94021，电压控制器能给MPPC探测器阵列提供工作电压，温度控制器监测MPPC探测器阵列工作温度，都可通过串口编程实现参数调节。高速放大器采用TLE2074为前置放大模块，用于将所述APD雪崩光电二极管输出的电压信号进行前置放大；比较器电路采用TLC374芯片用于将前置高速放大器的模拟信号变换为数字脉冲信号；16个APD雪崩光电二极管组成的4*4阵列，MPPC探测器阵列连接四个相同的高速放大器和四个相同的电压比较器，每排APD雪崩光电二极管分别连接高速放大器和电压比较器。FPGA数据获取和控制模块，用于控制MPPC脉冲计数采集与数据传输，MPPC探测器阵列通过16串接口级联和4个16串链路并联起来，最后与一个FPGA采集卡模块连接，将数据传输到主控系统。LVDS数据传输电路，用于对采集到的数据进行高速稳定传输。LVDS数据传输电路由LVDS驱动器和LVDS接收器组成；LVDS驱动器采用LVDS389芯片，LVDS接收器采用LVDS388A芯片。一种新型辐射成像探测器数据采集装置的数据采集包括如下步骤：MPPC硅光电倍增管与淬灭电阻构成了探测单元，在淬灭电阻上提取电压脉冲信号，使X射线转换为脉冲电压信号；经过耦合电容处理后，所述脉冲电压信号的直流分量被过滤掉了，再使用前置放大模块将所述脉冲电压信号进行前置放大；使用电压比较模块将所述前置放大后的模拟信号变换为数字脉冲信号；使用LVDS低压差分信号数据传输方式，实现成像数据高速稳定传输；使用FPGA作为所述探测器数据采集主控，用于完成MPPC脉冲信号采集和计数统计，并对数据处理后通过LVDS接口进行传输。所述MPPC探测器阵列输出的模拟信号变换为数字脉冲信号的步骤中：所述MPPC探测器阵列是由16个APD雪崩光电二极管组成的。当APD工作在反偏电压超过击穿电压的条件时，APD出现饱和输出，即盖革放电。只有在与APD相串联的淬灭电阻条件下，当盖革放电产生的输出电流流经淬灭电阻时会产生较大的压降，从而导致APD工作电压下降。因此，可在淬灭电阻上获取到MPPC输出的电压信号。模拟信号经过前置放大和电压比较器后变换为数字脉冲信号，从而所述MPPC的输出信号被二值化且脉冲的数量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型辐射成像探测器数据采集装置，其特征在于：该装置包括MPPC探测器阵列，MPPC探测器阵列通过电路依次连接高速放大器、比较器电路、FPGA数据获取和控制模块、LVDS数据传输电路；供电电源通过电压控制器与MPPC探测器阵列连接；MPPC探测器阵列上设有温度控制器，温度控制器与微控制器连接；MPPC探测器阵列包括APD雪崩光电二极管和淬灭电阻，用于将X射线转换为电压信号；电压控制器，用于给MPPC探测器阵列提供工作电压；温度控制器，用于监测MPPC探测器阵列工作温度；高速放大器为前置放大模块，用于将所述APD雪崩光电二极管输出的电压信号进行前置放大；比较器电路用于将前置高速放大器的模拟信号变换为数字脉冲信号；FPGA数据获取和控制模块，用于控制MPPC脉冲计数采集与数据传输；LVDS数据传输电路，用于对采集到的数据进行高速稳定传输。

【技术特征摘要】
1.一种新型辐射成像探测器数据采集装置，其特征在于：该装置包括MPPC探测器阵列，MPPC探测器阵列通过电路依次连接高速放大器、比较器电路、FPGA数据获取和控制模块、LVDS数据传输电路；供电电源通过电压控制器与MPPC探测器阵列连接；MPPC探测器阵列上设有温度控制器，温度控制器与微控制器连接；MPPC探测器阵列包括APD雪崩光电二极管和淬灭电阻，用于将X射线转换为电压信号；电压控制器，用于给MPPC探测器阵列提供工作电压；温度控制器，用于监测MPPC探测器阵列工作温度；高速放大器为前置放大模块，用于将所述APD雪崩光电二极管输出的电压信号进行前置放大；比较器电路用于将前置高速放大器的模拟信号变换为数字脉冲信号；FPGA数据获取和控制模块，用于控制MPPC脉冲计数采集与数据传输；LVDS数据传输电路，用于对采集到的数据进行高速稳定传输。2.根据权利要求1所述新型辐射成像探测器数据采集装置，其特征在于：MPPC探测器阵列包括有16个APD雪崩光电二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海平，范美仁，熊志辉，
申请(专利权)人：中广核贝谷科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江西,36