一种基于SiPM阵列的数字化能谱探头制造技术

一种基于SiPM阵列的数字化能谱探头，包括：SIPM阵列，检测闪烁晶体的荧光信号；运放电路，SIPM阵列传输的荧光信号，通过运放电路进行控制信号幅度；ADC，用于将运放后的信号进行模数转换；FPGA，生成能谱数据并通过USB接口传输至电脑终端；电压转化电路，电压转化电路接入外部输入电压，并对SIPM阵列、运放电路、ADC以及FPGA；温度补偿电路，用于校正SiPM阵列在不同温度下的增益，提供的基于SiPM阵列的数字化能谱探头具有体积小，功耗低，环境适应性强，工作温度范围大，性能指标优异，可即插即用等特点，可广泛应用于核辐射探测及核素识别等方向。

A digital energy spectrum probe based on SIPM array

【技术实现步骤摘要】
一种基于SiPM阵列的数字化能谱探头
本技术涉及辐射探测
，尤其涉及一种基于SiPM阵列的数字化能谱探头。
技术介绍
硅光电倍增管(SiPM)是一种创新的Geiger模式的固态光电检测器。硅光电倍增管结构是若干个相等的单个像素并排组成的阵列，每个像素都是一个集成降压电阻的硅p-n结雪崩光电二极管(SPAD)。所有像素都并联至一个统一的输出点，因此，输出信号是各个像素产生的信号的总合，并与光子碰撞的单元数量成正比。硅光电倍增管是一个很有前景的光电检测解决方案，可代替传统光电倍增管(PMT)，该技术的某些特性引起人们的兴趣，例如，对磁场不敏感的特性使之适用于强磁场工作环境；稳健性和可靠性高于传统光电倍增管；工作电压更低，价格更便宜，反应速度更快，尺寸更小。高速、高灵敏度和小尺寸让硅光电倍增管成为最佳的便携应用光电检测器。现有CN201320526734.4一种基于SiPM的PET系统，包括与晶体阵列同像素尺寸耦合的M*N个的SiPM阵列和模拟位置计算电路，模拟位置计算电路的输入端包括N个M通道的加法器、M个N通道的加法器、M+N个比较器、M+N通道的加法器以及M+N路的J位编码器；模拟位置计算电路的输出端包括模拟输出和数字输出，模拟输出对应于M+N通道的加法器，数字输出对应于M+N路的J位编码器；模拟位置计算电路还设置有参考电压；模拟计算电路的输入信号经过任意一个M通道的加法器或N通道的加法器后，其既与参考电压同时连接至某个比较器上，N个M通道的加法器以及M个N通道的加法器分别对应于M+N个比较器，其又与M+N通道的加法器相连接。本技术在减少输出通道的同时减少比较器等数字元件的使用数量，有效地降低本系统的材料成本。
技术实现思路
本专利申请提供了基于SiPM阵列的数字化能谱探头，包括：SIPM阵列，检测闪烁晶体的荧光信号；运放电路，SIPM阵列传输的荧光信号，通过运放电路进行控制信号幅度；ADC，用于将运放后的信号进行模数转换；FPGA，生成能谱数据并通过USB接口传输至电脑终端；电压转化电路，电压转化电路接入外部输入电压，并对SIPM阵列、运放电路、ADC以及FPGA；温度补偿电路，用于校正SiPM阵列在不同温度下的增益。优选的，外部输入电压选用5v电压，外部电压经过USB供电。优选的，电压转化电路输出多路不同电压，电压转化电路采用电源管理芯片，如MPCI873Q。优选的，运放电路采用求和降噪运放电路。本技术的有益效果：本专利申请中，利用SIPM阵列进行闪烁晶体荧光信号的检测，信号通过调节求和降噪运放电路增益控制信号幅度，输出的脉冲信号通过ADC进行连续采样处理然后传输至FPGA，最终生成的4096道能谱数据通过之前所述的USB接口传输至电脑终端，提供的基于SiPM阵列的数字化能谱探头具有体积小，功耗低，环境适应性强，工作温度范围大，性能指标优异，可即插即用等特点，可广泛应用于核辐射探测及核素识别等方向。附图说明图1为本技术的控制原理图。具体实施方式由图1所示可知，本技术包括：SIPM阵列，检测闪烁晶体的荧光信号，SiPM阵列与传统能谱探头使用的PMT相比，具有光电探测效率(PDE)高，死区小，体积小，工作电压低等优点，与CsI(Tl)闪烁晶体耦合时可以获得更高的光输出，从而获得更优的能量分辨率(<6％@662kev,传统的基于CsI(Tl)+PMT或NaI(Tl)+PMT的能谱探头的能量分辨率均为7％@662kev左右)，同时整个探头的体积和功耗可以大幅减少；运放电路，SIPM阵列传输的荧光信号，通过运放电路进行控制信号幅度，来确保每个探头的信号输出一致性；ADC，用于将运放后的信号进行模数转换；FPGA，生成能谱数据并通过USB接口传输至电脑终端；电压转化电路，电压转化电路接入外部输入电压，并对SIPM阵列、运放电路、ADC以及FPGA；温度补偿电路，用于校正SiPM阵列在不同温度下的增益，使用了基于半导体技术的SiPM阵列作为光电传感器，再配合温度补偿电路，确保在不同温度下SiPM输出信号幅度保持不变，该探头可工作在强磁场、高湿度等复杂环境下，正常工作温度范围为-20摄氏度至60摄氏度。优选的，外部输入电压经过USB供电，通过USB端口与电脑主机相连获得+5V电压输入。优选的，电压转化电路输出多路不同电压，电压转化电路采用电源管理芯片，如MPCI873Q。优选的，运放电路采用求和降噪运放电路。采用本专利申请，利用SIPM阵列进行闪烁晶体荧光信号的检测，信号通过调节求和降噪运放电路增益控制信号幅度，输出的脉冲信号通过ADC进行连续采样处理然后传输至FPGA，FPGA内部进行基线恢复、到达时间检测、单一事件能量计算，能谱生成等一系列数字化信号处理，最终生成的4096道能谱数据通过之前所述的USB接口传输至电脑终端，电脑终端的采集软件可以实时显示探头获取的能谱并可以将能谱保存到电脑硬盘便于进行进一步的数据分析。本技术所述的基于SiPM阵列的数字化能谱探头具有体积小，功耗低，环境适应性强，工作温度范围大，性能指标优异，可即插即用等特点，可广泛应用于核辐射探测及核素识别等方向。上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利请的权利要求所涵盖。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SiPM阵列的数字化能谱探头，其特征在于：包括：/nSIPM阵列，检测闪烁晶体的荧光信号；/n运放电路，SIPM阵列传输的荧光信号，通过运放电路进行控制信号幅度；/nADC，用于将运放后的信号进行模数转换；/nFPGA，生成能谱数据并通过USB接口传输至电脑终端；/n电压转化电路，电压转化电路接入外部输入电压，并对SIPM阵列、运放电路、ADC以及FPGA；/n温度补偿电路，用于校正SiPM阵列在不同温度下的增益。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SiPM阵列的数字化能谱探头，其特征在于：包括：
SIPM阵列，检测闪烁晶体的荧光信号；
运放电路，SIPM阵列传输的荧光信号，通过运放电路进行控制信号幅度；
ADC，用于将运放后的信号进行模数转换；
FPGA，生成能谱数据并通过USB接口传输至电脑终端；
电压转化电路，电压转化电路接入外部输入电压，并对SIPM阵列、运放电路、ADC以及FPGA；
温度补偿电路，用于校正SiPM阵列在不同温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈春蕾，
申请(专利权)人：无锡通透光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32