一种X射线探测器光子到达时间标记精度测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种X射线探测器光子到达时间标记精度测量系统及方法。本发明专利技术系统包括：信号发生器、脉冲X射线发生器、待测X射线探测器、时间标记光子计数器和部署在上位机上的处理模块构成；其中，所述信号发生器，用于产生脉冲信号，并分别传给脉冲X射线发生器和时间标记光子计数器；所述脉冲X射线发生器，用于根据脉冲信号产生X射线光子；所述待测X射线探测器，用于接受X射线光子，并将X射线光子转变为电脉冲，输出到时间标记光子计数器；所述时间标记光子计数器，用于在接收到电脉冲时对电脉冲进行时间标记，并获得接收脉冲信号和电脉冲之间的时间间隔；所述处理模块，用于对时间间隔进行处理获得待测X射线探测器的时间标记精度。行处理获得待测X射线探测器的时间标记精度。行处理获得待测X射线探测器的时间标记精度。

【技术实现步骤摘要】
一种X射线探测器光子到达时间标记精度测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及X射线脉冲星导航领域，尤其涉及X射线探测器X射线光子到达时间标记精度测量系统，适用于各类X射线单光子探测器时间标记精度的测量和评价，特别涉及一种X射线探测器光子到达时间标记精度测量系统及方法。

技术介绍

[0002]X射线脉冲星导航是一种战略性的新型导航技术。脉冲星导航以自转周期稳定的脉冲星作为导航信标，具有不受地面设备或固定信标视场的限制等特点，能够减轻地面导航支撑设备的负担，提高系统抗干扰能力，实现对现有近地导航系统的补充备份，有助于提升航天器的自主导航功能。随着人类活动不断向宇宙更深入进发，脉冲星导航更显得不可或缺。
[0003]在X射线脉冲星导航系统中，X射线单光子探测器是导航系统的关键部件之一，其用于接收并记录脉冲星的X射线脉冲到达时间(Time of Arrival，TOA)。探测器测量的单个光子的到达时间精度越高，周期折叠处理后得到的脉冲相位差越准确，从而导航定位精度越高。所以用于脉冲星导航的X射线单光子探测器都需要标定其时间标记精度，用于探测器选型和系统导航精度评价。
[0004]目前国际上还缺少通用性、完备性、测量精度高的X射线探测器光子到达时间标记精度测量系统。NASA戈达德飞行中心曾设计研制基于LED紫外灯调制的脉冲X射线源和示波器组成的系统用于探测器TOA的标定测试，其中LED用于控制X射线的定时输出，示波器用于捕获探测器输出信号和LED触发信号的时间延迟，但LED的脉冲宽度高达20ns，导致X射线到达探测器的时间精度误差大于20ns，再者示波器显示的时间延迟是通过波形读出，精度和效率都相对低。所以国际上现有的TOA标记精度测量系统存在测量精度有限、测量效率较低等局限。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有的TOA标记精度测量系统中存在测量精度有限、测量效率较低等局限的问题，为达到上述目的，本专利技术通过下述技术方案实现。
[0006]本专利技术提出了一种X射线探测器光子到达时间标记精度测量系统，其特征在于，所述系统包括：信号发生器、脉冲X射线发生器、待测X射线探测器、时间标记光子计数器和部署在上位机上的处理模块构成；其中，
[0007]所述信号发生器，用于产生脉冲信号，并分别传给脉冲X射线发生器和时间标记光子计数器；
[0008]所述脉冲X射线发生器，用于根据脉冲信号产生X射线光子；
[0009]所述待测X射线探测器，用于接受X射线光子，并将X射线光子转变为电脉冲，输出到时间标记光子计数器；
[0010]所述时间标记光子计数器，用于在接收到电脉冲时对电脉冲进行时间标记，并获
得接收脉冲信号和电脉冲之间的时间间隔；
[0011]所述处理模块，用于对时间间隔进行处理获得待测X射线探测器的时间标记精度。
[0012]作为上述技术方案的改进之一，所述脉冲信号的形状为方波或三角波；脉冲信号的频率为1MHz～100MHz，脉冲信号的宽度为1ns～50ns，脉冲信号的幅值变化范围要求覆盖
‑
1V～+0.5V。
[0013]作为上述技术方案的改进之一，所述脉冲X射线发生器为具有多级静电聚焦系统的X射线源；
[0014]所述脉冲X射线发生器的电极包括：阴极、调制极、三个聚焦极和阳极；其中，
[0015]所述阴极，包括灯丝，用于通电后加热灯丝产生电子；
[0016]所述调制极，用于控制电子通过或抑制电子通过；
[0017]所述三个聚焦极，用于聚焦电子形成电子束；
[0018]所述阳极，设有靶材，用于在电子束入射到靶材时通过韧致辐射机制产生X射线光子。
[0019]作为上述技术方案的改进之一，所述调制极，用于控制电子通过或抑制电子通过，具体包括：
[0020]当调制极电压为正电压时，调制极控制电子通过；
[0021]当调制极电压为负电压时，调制极抑制电子通过。
[0022]作为上述技术方案的改进之一，每个所述聚焦极的电压为几十伏至几千伏，依据各个电极的大小和间距确定；所述阳极接正高压，电压在5kV
‑
50kV，根据需要的X射线光子的能量确定。
[0023]作为上述技术方案的改进之一，所述待测X射线探测器探测到X射线单光子的能量响应范围为几keV至几十keV。
[0024]作为上述技术方案的改进之一，所述时间标记光子计数器包括第一输入端和第二输入端；其中，所述第一输入端，用于接收来自信号发生器的脉冲信号；所述第二输入端，用于接收待测X射线探测器输出的电脉冲；
[0025]所述第一输入端，采用上升沿触发，并根据信号发生器输出的脉冲信号设置触发电平；
[0026]所述第二输入端，根据待测X射线探测器输出的电脉冲的脉冲波形和幅度设置触发方式和触发阈值。
[0027]作为上述技术方案的改进之一，所述时间标记光子计数器，还包括计时器；
[0028]所述时间标记光子计数器，用于获得接收脉冲信号和电脉冲之间的时间间隔，具体包括：
[0029]当第一输入端每接收到一个脉冲信号时，计时器启动计时，在下一个脉冲信号到达第一输入端之前，每当第二输入端接收到待测X射线探测器输出的电脉冲时，计时器记录下时间间隔；
[0030]对于计时器记录的时间间隔，若探测周期内无光子信号，该探测周期内无时间间隔；若探测周期内包括多个X射线光子，则只取第一个X射线光子的时间间隔；所述探测周期为第一输入端接收到的两个相邻脉冲信号间的时间。
[0031]作为上述技术方案的改进之一，所述处理模块的处理过程具体包括：
[0032]将时间间隔的大小按照排序；
[0033]设定各时间间隔区间，分别统计各个区间中符合区间要求的时间间隔的个数，并生成统计图；
[0034]对统计图进行拟合获得高斯分布曲线，并进一步获得曲线的标准差；曲线的标准差就是待测X射线探测器的时间标记精度。
[0035]本专利技术还提出了一种X射线探测器光子到达时间精度测量方法，基于上述之一所述的系统实现，该方法包括以下步骤：
[0036]步骤1)设定好脉冲X射线发生器的阳极、聚焦极及阴极灯丝电压，开启脉冲X射线发生器；
[0037]步骤2)设定信号发生器的脉冲信号的脉冲形状、频率、幅值及宽度，通过信号发生器发生脉冲信号；
[0038]步骤3)开启待测X射线探测器；
[0039]步骤4)启动时间标记光子计数器，通过时间标记光子计数器对电脉冲进行时间标记，并获得接收脉冲信号和电脉冲之间的时间间隔；
[0040]步骤5)将时间间隔保存并传输到上位机处理模块；
[0041]步骤6)在上位机处理模块中将探测到的时间间隔进行统计绘图，得到统计图，并将统计图拟合得到高斯分布曲线，进而获得高斯分布曲线的标准差，即待测X射线探测器时间标记精度。
[0042]本专利技术与现有技术相比优点在于：
[0043]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种X射线探测器光子到达时间标记精度测量系统，其特征在于，所述系统包括：信号发生器、脉冲X射线发生器、待测X射线探测器、时间标记光子计数器和部署在上位机上的处理模块构成；其中，所述信号发生器，用于产生脉冲信号，并分别传给脉冲X射线发生器和时间标记光子计数器；所述脉冲X射线发生器，用于根据脉冲信号产生X射线光子；所述待测X射线探测器，用于接受X射线光子，并将X射线光子转变为电脉冲，输出到时间标记光子计数器；所述时间标记光子计数器，用于在接收到电脉冲时对电脉冲进行时间标记，并获得接收脉冲信号和电脉冲之间的时间间隔；所述处理模块，用于对时间间隔进行处理获得待测X射线探测器的时间标记精度。2.根据权利要求1所述的X射线探测器光子到达时间标记精度测量系统，其特征在于，所述脉冲信号的形状为方波或三角波；脉冲信号的频率为1MHz～100MHz，脉冲信号的宽度为1ns～50ns，脉冲信号的幅值变化范围要求覆盖
‑
1V～+0.5V。3.根据权利要求1所述的X射线探测器光子到达时间标记精度测量系统，其特征在于，所述脉冲X射线发生器为具有多级静电聚焦系统的X射线源；所述脉冲X射线发生器的电极包括：阴极、调制极、三个聚焦极和阳极；其中，所述阴极，包括灯丝，用于通电后加热灯丝产生电子；所述调制极，用于控制电子通过或抑制电子通过；所述三个聚焦极，用于聚焦电子形成聚焦电子束；所述阳极，设有靶材，用于加速电子并在电子束入射到靶材时通过韧致辐射机制产生X射线光子。4.根据权利要求3所述的X射线探测器光子到达时间标记精度测量系统，其特征在于，所述调制极，用于控制电子通过或抑制电子通过，具体包括：当调制极电压为正电压时，调制极控制电子通过；当调制极电压为负电压时，调制极抑制电子通过。5.根据权利要求3所述的X射线探测器光子到达时间标记精度测量系统，其特征在于，每个所述聚焦极的电压为几十伏至几千伏，依据各个电极的大小和间距确定；所述阳极接正高压，电压在5kV
‑
50kV，根据需要的X射线光子的能量确定。6.根据权利要求1所述的X射线探测器光子到达时间标记精度测量系统，其特征在于，所述待测X射线探测器探测到X射线单光子的能量响应范围为几keV至几十keV。7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹阳，桑鹏，李保权，李帆，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：