一种电离室电荷信号读出装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种电离室电荷信号读出装置，属于加速器技术领域，包括电荷积分电路、布设在电荷积分电路输出端的模拟转换器ADC，特点是：在电荷积分电路输入端和输出端之间，还布设有用于实现自动放电的放电电路、以及用于校准差值的校准电路、及用于控制放电电路和校准电路的DSP控制单元，该DSP控制单元与电荷积分电路输出端同侧布设。本发明专利技术克服了传统的偏见，即积分器采样和放电必须将相关电路断开才能进行采样或放电的偏见。积分器自动放电过程利用了给积分器输入端施加正向电流、反向电流的原理，使得正负电流形成的正负电荷相互抵消，通过自动校准电路，以及自动放电电路，解决了由于采样断路和放电短路造成的积分器丢失电荷的“死时间”问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电离室电荷信号读出装置


[0001]本专利技术属于加速器领域，具体涉及一种电离室电荷信号读出装置。

技术介绍

[0002]微弱信号的数字化读出通常使用三种方法：第一种方法是电流电压实时转换+ADC，该方法可对信号的具体细节进行分析，但是数据量大、成本高、系统复杂；第二种方法是电流频率转换+计数器，这是一种时间段处理方法，将电流转换成脉冲输出，单个脉冲代表固定的电荷量，该方法实现成本低，但是技术难度大；第三种方法是门控积分器+ADC。电荷积分器利用放大器输入虚地的概念，把电荷信号直接积分到电路中的积分电容，从而放大器的输出，便是所有电荷量的总和的输出。
[0003]第三种方法虽然是当前普遍被采用的方法，但仍然存在不理想性：当积分器在处于保持状态或放电状态时会产生“死时间”，“死时间”造成电离室电荷信号读出不准确。
[0004]积分器采样阶段产生的“死时间”：任何电子放大器本身都存在偏置电压偏置电流，积分电容本身也存在漏电流，这两种原因导致了在电荷转换出现误差。这种误差只有在积分器工作状态下才会产生。现有技术解决的办法是：当需要测量电荷总输出时，让积分器停止工作：让积分器停止工作的方法是将积分电容和输入电荷之间的通路断开，这样，积分器两端的电压就稳定了，从而可以准确地进行电荷的读数。但积分器处于保持状态的这段时间电荷的源头并没有掐断，电荷只是不再流向积分器而是流向其他地方，这段时间的电荷被积分器漏掉了，称这段时间称为积分器处于保持状态时的“死时间”。
[0005]积分器放电阶段产生的“死时间”：如图1所示，当积分器放电时，S1打开、S2关闭，S2关闭后电容短路产生放电，但是积分器放电这段时间，电荷输入端的源头没有切断，只是电荷通向积分器的分支通过S1的打开被断路，但由于电荷源头没有断，电荷没有流向积分器而是流向了其它分支(其它分支图1中未标注)，这段时间的电荷被积分器漏掉了，称这段时间称为积分器处于放电状态时的“死时间”。
[0006]综上，积分器处于保持状态下的“死时间”，是因为当需要测量电荷总输出时，让积分器停止工作、将电容和电荷之间的通路断开、导致电荷流向其它分支而产生“死时间”；积分器处于放电状态下的“死时间”，是因为当需要电荷放电时，通向积分器的电荷分支电路被切断，导致电荷流向其它分支而产生“死时间”。

技术实现思路

[0007]本专利技术为解决现有技术存在的问题，提出一种电离室电荷信号读出装置，目的在于解决现有技术下电荷积分电路在积分器处于保持状态或放电状态下出现“死时间”、造成电离室电荷信号读出不准确的问题。
[0008]本专利技术为解决其技术问题提出以下技术方案
[0009]一种电离室电荷信号读出装置，包括电荷积分电路、布设在电荷积分电路输出端的模拟转换器ADC，其特征在于：在电荷积分电路输入端和输出端之间，还布设有用于实现
自动放电的放电电路、以及用于校准差值的校准电路、以及用于控制放电电路和校准电路的DSP控制单元，该DSP控制单元与电荷积分电路输出端同侧布设。
[0010]所述的校准电路包括数模转换器DAC、精密电阻、高绝缘阻抗继电器及其开关控制电路；精密电阻、数模转换器DAC分别布设在该校准电路的靠近电荷积分电路的输入端侧和靠近电荷积分电路的输出端侧。
[0011]该校准后的参数保存在EEPROM中；所述DAC为双极性、16位以上，由于校准电流需要非常精确，因此需要精密电阻，精度在1％以上；高绝缘阻抗的继电器需要绝缘阻抗为10GΩ以上。
[0012]所述放电电路包括单刀双掷选择开关SPDT Switch、数模转换器DAC、放电电阻，该放电电阻布设在靠近运算放大器的输入端侧，该DAC布设在靠近运算放大器的输出端侧、且与DSP控制单元相连接，DSP控制单元分两路控制DAC，一路控制DAC输入的幅值，一路控制DAC输入的脉宽。
[0013]所述的DAC要求双极性、16位以上，SPDT Switch电荷注入在1pC以内，漏电流100pA以内。
[0014]所述电荷积分电路包括：电荷信号输入接口、运算放大器、积分电容、分压电阻；积分电容一端连接电荷信号输入接口，另一端连接运算放大器输出端口；所述的积分电容要求为NP0电容，对温度变化不敏感；所述的高绝缘阻抗的继电器绝缘阻抗为10GΩ以上。
[0015]所述的模拟转换器ADC用于实现积分电压的数字化，要求最低为16位，采样率在250k以上。
[0016]所述的电离室电荷信号读出装置还包括高压模块，该高压模块包括高压电源及其输出调节机构
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可调电位器；另外，还包括高压回读电路，利用分压电阻实现电压回读，通过ADC实现高压回读值采样和数字化读取。高压模块要求能够输出高达2kV的电压。
[0017]本专利技术的优点效果
[0018]1、本专利技术克服了传统的偏见，即积分器采样和放电必须将相关电路断开才能进行采样或放电的偏见。积分器自动放电过程利用了给积分器两端输入正向电流、反向电流的原理，使得正负电流形成的正负电荷相互抵消，从而在不间断输入端电荷的情况下完成自动放电、放电完成以后从零开始自动进入下一次的积分。通过自动校准电路，以及自动放电电路，代替了现有技术的积分器采样的断路开关和积分器放电的断路开关，解决了由于采样断路和放电断路造成的积分器丢失电荷的“死时间”问题。
[0019]2、本专利技术放电电路基于固定脉宽和可调幅值的放电脉冲加上高精度放电电阻实现，能够根据输入信号的变化实时调节放电脉冲的幅值，可以对积分电路实现精确放电。
[0020]3、本专利技术的积分电路采用偏置电流小的运放ICL7652加NP0电容实现，电容值随温度变化无影响，测量结果精确，稳定性高。或者最大bias current为750fA的精密跨阻抗放大器IVC102实现，测量结果受元件本身影响小。
[0021]4、本专利技术提供校准装置能够实现积分电路的校准，能够排除由于积分电容误差对积分结果的影响，能够在测量开始前对增益系数进行校准，同时能够实现输入电路offset调节。
附图说明
[0022]图1为现有技术电荷积分电路原理图；
[0023]图2为本专利技术电离室电荷信号读出装置图；
[0024]图3为MUX多路选择器应用局部放大图；
[0025]图4为本专利技术电离室电荷信号读出流程图；
[0026]图5为本专利技术积分、放电时序图。
具体实施方式
[0027]本专利技术的设计原理
[0028]1、本专利技术和现有技术的区别：图1为现有技术的电荷积分电路原理图，图2为本专利技术改造后的电离室电荷信号读出装置图，区别在于，本专利技术去掉了S1、S2两个开关，增加了放电电路和校正电路、以及用于控制放电电路和校正电路的DSP。高压模块不作为本专利技术必要技术特征。
[0029]2、用本专利技术的校正电路和自动采样代替现有技术的积分器保持采样。校正电路从左到右包括放电电阻R、MUX、DAC、DSP，理想的积分电路当输入端信号为零时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电离室电荷信号读出装置，包括电荷积分电路、布设在电荷积分电路输出端的模拟转换器ADC，其特征在于：在电荷积分电路输入端和输出端之间，还布设有用于实现自动放电的放电电路、以及用于校准差值的校准电路、以及用于控制放电电路和校准电路的DSP控制单元，该DSP控制单元与电荷积分电路输出端同侧布设。2.根据权利要求1所述一种电离室电荷信号读出装置，其特征在于：所述的校准电路包括数模转换器DAC、精密电阻、高绝缘阻抗继电器及其开关控制电路；精密电阻、数模转换器DAC分别布设在该校准电路的靠近电荷积分电路的输入端侧和靠近电荷积分电路的输出端侧。3.根据权利要求2所述一种电离室电荷信号读出装置，其特征在于：该校准后的参数保存在EEPROM中；所述DAC为双极性、16位以上，由于校准电流需要非常精确，因此需要精密电阻，精度在1％以上；高绝缘阻抗的继电器需要绝缘阻抗为10GΩ以上。4.根据权利要求1所述一种电离室电荷信号读出装置，其特征在于：.所述放电电路包括单刀双掷选择开关SPDT Switch、数模转换器DAC、放电电阻，该放电电阻布设在靠近运算放大器的输入端侧，该DAC布设在靠近运算放大器的输出端侧、且与DSP控制单元相...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷治国，黄鹏，牟雪儿，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：