γ-γ符合测量系统的新型前端读出电路研制

研制了一种新型前端读出电路，用于重离子治癌装置中符合测量原型系统的研究和测试。电路主要包括能量链、时间链和数据处理单元。能量链由截止频率7 MHz的抗混叠滤波器和模数转换器(ADC)组成，形成波形采样电路；时间链由高速比较器构成的定时甄别电路和时间数字转换器（TDC）组成；数据处理单元基于现场可编程门阵列(FPGA)设计实现。电路的线性度优于0.8%，噪声小于0.8 mV（RMS）。配合LaBr3单晶体条测试，能量分辨为4.5%（FWHM），在与LYSO晶体阵列配合测试时，位置映射散点图清晰。该前端读出电路性能优于CAMAC系统，具有较好的实际应用前景。     

ALICE/PHOS前端电子学板基线漂移和能量分辨率研究

ALICE/PHOS实验控制单元由RCU升级为SRU,实现更稳定的远距离点对点控制读出以及每块前端电子学板20MB/s的读出速率。结合新研制生产的90块前端电子学板在SRU系统下的测试结果,着重分析了SRU读出控制方式以及电子学板信号链路的测试结果,评估了基线漂移的影响并由大量测试结果表明,现行设计的前端电子学板满足电子噪声小于5MeV的能量分辨率要求。     

磁质谱仪离子收集器数字化读出系统的研制

研制了一个用于磁质谱仪法拉第筒阵列离子收集器的高精度数字化读出系统，实现对离子束中离子成分的分析与诊断。数字化读出系统由前端处理电路和数据获取模块组成，前端处理电路采用门控积分器将418通道微弱电荷信号转换为电压信号，数据获取模块将电压信号数字化后，通过以太网接口将数据上传到远程上位机。该读出系统实现了电荷范围为0.1~120 pC的数字化读出，非线性误差小于1.95%（全量程）。现场应用测试结果表明，该数字化读出系统完全满足实验需求。该系统还可广泛用于核物理实验和加速器系统中微弱电流或电荷信号的测量。     

新型γ射线成像位置能量信息获取系统研制

研发了一种探测器波形获取电路,实现了1GHz采样率,12 bit采样精度。基于该电路,研制了一套新型γ射线成像位置能量获取系统,用于H8500多阳极位置灵敏光电倍增管的前端位置信号读出与处理。采用信号发生器以及241Am放射源对系统的位置及能量分辨能力进行了测试。结果表明,该系统在对64路阳极信号准确定位的同时也能对γ射线的能量准确测量。     

硅条探测器前端ASIC芯片测试系统电路设计

介绍一种前端读出专用集成电路(ASIC,Application-Specific Integrated Circuit)芯片性能测试系统的电路设计与实现.该ASIC芯片可用于构成硅微条探测器、硅条、Si(Li)和CsI探测器的前端读出电子学系统.本文详细描述了测试系统的构成,主要电路设计,系统应用以及部分测试结果,并简要介绍了被测ASIC芯片的电路结构.     

高分辨中子闪烁体探测器读出电子学研制

能量分辨中子成像谱仪是中国散裂中子源当前在建的谱仪之一,其衍射探测器90°分区采用6LiF/ZnS中子闪烁体探测器作为探测设备。为实现探测器高位置分辨,读出电子学系统采用了一种电容网络复合读出电路和电荷重心法相结合的实现方法,并研制了电子学样机。该样机由电容网络复合读出电路、前置放大板和数字读出板三部分组成,基本功能验证完成后,分别在实验室和中国散裂中子源的20号束线上进行了相关性能参数测试,测试结果显示：电子学的积分非线性≤0.95%,时间分辨约为12 ns;探测器位置分辨为1 mm、探测效率为65%@1.6?,均达到了工程设计指标。该样机的成功研制为能量分辨中子成像谱仪未来顺利开展谱仪实验提供了可靠的技术保障。     

线扫描探测器位移的测量

介绍了基于光学编码的线位移测量系统.系统由位移编码、光学成像和位移读出三个部分组成,位移读出包括光电转换器件(线阵CCD)及其外围电路(CCD驱动电路)、二级放大电路、巴特沃斯二阶低通滤波电路和二值化电路.介绍了编码方式,给出了各个电路的实验信号波形,给出了系统的线性实验测试结果,实验结果令人满意.     

多道时间幅度变换电路的设计

介绍了一个多道时间幅度转换器(TAC)电路.它主要由起-停型时间幅度变换电路、放大电路、采样保持电路、积分控制电路、采样保持控制电路、判断电路等组成.其特点是精度高,速度快,电路简单,多通道,易与计算机数据获取和处理系统配合使用.可以广泛应用于大型探测器阵列前端电子学系统.     

太阳γ射线谱仪的高能端电子学读出系统原型设计

大面积太阳γ射线谱仪(Large Area Solar Gamma-ray Spectrometer,LASGA)是一台计划搭载在中国空间站上的高能辐射探测器,用于探测10 ke V-2.5 Ge V的太阳X/γ射线。LASGA的量能器由溴化镧闪烁晶体阵列构成,采用双端读出的方式扩大其动态测量范围;高增益端采用光电倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)、低增益端采用光电二极管(Photodiode,PD)读出。由于PD对光电子没有放大能力,为了提高信噪比,LASGA的低增益端需要搭配低噪声的读出电子学系统。针对LASGA对前端电子学的要求,使用挪威IDEAS公司的电荷测量芯片VA140设计了多通道(128通道)、低噪声电子学原型系统,完成了其性能测试。测试表明,在室温下电子学系统的噪声水平为600e-@0 p F,在0-200 f C范围内有良好线性,保证单个溴化镧单元能够线性测量到250 Me V,满足项目要求。该电子学读出系统不仅适用于光电二极管等光电转换器件的读出,也可用于大面积的硅微条探测器。     

LaBr_3(Ce)闪烁体APD前端读出设计

本文以雪崩光电二极管为小体积Labr_3(Ce)闪烁体的光电读出器件,并设计低噪声电荷灵敏前置放大器与雪崩光电二极管进行匹配组成完整前端探头,可应用于便携式小体积能谱仪中。雪崩光电二极管的增益、暗电流和结电容易受两端偏置电压影响,而这些特性的变化将影响能谱的读出效果。为此在不同的偏置电压下,测试了该探头组成的闪烁探测器的能量分辨率。当偏置电压为380 V时,对能量为662 keV的γ射线的最佳能量分辨为3.97%。     

一种死时间极小的多丝室读出系统

该多丝室读出系统是为费米实验室的高触发率固定靶实验Ｅ８７１设计的。系统为流水线结构，包括信号闩锁、去随机ＦＩＦＯ、编码器和缓冲器，死时间小于０．４７μｓ。该系统由多个机箱组成，每个机箱中有多个ＦＥＭ插件和它们的接口ＦＥＭＩ，每个ＦＥＭ接收并处理１２８路丝信号。为了减少读出时间，使用雏菊链电路以读出相对稀疏的数据。所有的操作都由硬件完成，一系列的事例同时在不同级电路中处理，不停地从多丝室读出系统中流     

基于数字脉冲成形技术的HPGeγ谱仪系统研究

为满足高能量分辨率γ能谱测量要求,设计了基于数字脉冲成形技术的HPGe γ谱仪系统。该系统由前端电路、数字信号处理模块和上位机软件3部分组成,实现了8192道能谱测量。本文对前端电路的设计及数字脉冲成形参数的选择进行了介绍,并用⁶⁰Co、¹³⁴Cs、¹³⁷Cs和¹⁵²Eu源对该系统进行了初步测试。测试结果表明,基于数字脉冲成形技术的HPGe γ谱仪系统对1 332 keV能量峰的能量分辨率为1.8 keV;¹⁵²Eu特征能量峰与相应道址的线性拟合参数R²=0.999 993。该系统可满足高能量分辨率γ能谱测量要求。     

硅像素探测器读出芯片的设计

针对应用在高能物理实验的硅像素探测器,设计了一种基于时间过阈技术的像素阵列读出芯片。芯片采用商用的130 nm CMOS工艺进行流片,共有30×10个像素单元,像素单元的面积为50 μm×250 μm。测试结果表明,像素单元电路的等效噪声电荷低于100e^-,积分非线性优于4.2%,基本实现了设计的功能。     

EAS热中子探测器阵列FADC电路设计

为解决广延大气簇射热中子探测器阵列中16台探测器的32路输出信号的信号获取与数据处理问题,设计了一种适用于宽动态范围的信号获取电路,包括前端模拟电路和高速高精度模数转换电路。测试结果表明:整个电路的动态范围为5~2 000 m V,电路噪声的方均根值小于0.8 m Vrms,5 m V输入信号分辨率小于12%,5 m V输入信号非线性程度小于20%。整体测试结果达到设计要求。     

共面栅碲锌镉探测器读出电路设计及性能研究

为有效读出共面栅碲锌镉(CPG-CZT)探测器的核脉冲信号，本文结合CPG-CZT探测器工作原理及国内外研究，设计了可用于CPG-CZT探测器的读出电路，主要包括高压偏置电路、前置放大电路、增益调节及减法电路。为研究读出电路性能，本文测试了各单元电路的性能及探测系统能量分辨率随偏置电压、增益调节电路中两路信号的相对增益G的变化规律。结果表明：高压偏置电路两路输出偏压与输入偏置电压的相关系数R²均为0.998；前置放大电路输出噪声为5 mV；增益调节及减法电路输出信号噪声为10 mV；输入偏置电压、相对增益G的变化均会影响探测系统能量分辨率，当偏置电压为-1650 V、相对增益G为0.7时对¹³⁷Cs源产生的γ射线能量分辨率最佳，可达3.65%，且无明显拖尾现象。     

γ射线旋转调制器成像系统的研制

可对硬X射线、γ射线等成像的旋转调制器(Rotating Modulator,RM)成像技术是一种探测效率高、能量范围宽、能量分辨能力高的技术,可满足核辐射监测中对高性能γ射线成像系统的需求。为此,研制了一台基于RM技术的γ射线成像系统样机。该样机主要包括一个由8条铅条组成的旋转准直器、7个NaI(Tl)探测器、步进电机和相应的读出及控制电路。样机视场角±14.6°,角度分辨率2°,在662 keV处能量分辨率为7%,对662 keVγ射线的探测效率达到22.2%。     

高密度塑料闪烁体探测器的数据获取系统设计

由中国科学院近代物理研究所承担的塑料闪烁体探测器研究项目,其目标是开展空间粒子探测、重构入射电子轨迹、区分电子和光子、鉴别重离子。为配合该探测器测试工作,设计了一套完备的数据获取电路(DAQ)与上位机软件。DAQ接收4块前端电子学(FEE)板的数据,可完成360路电子学通道的数据读出;接收上位机的控制命令并分发给各FEE;接收探测器的击中信息并产生触发信号;接收FEE的遥测数据并传给上位机。该DAQ与上位机通过USB总线和RS232总线实现实时通信。上位机软件基于LabWindows/CVI软件平台开发,实现对FEE电子学系统的控制、数据读取与保存,以及FEE系统运行状态参数信息的实时显示。该数据获取系统电路结构紧凑、功能完善,上位机软件具有良好的人机交互界面。经现场实际运行,DAQ与上位机软件满足设计要求,目前已成功应用于塑料闪烁体探测器读出电子学测试系统。     

基于TDC的时间数字转换模块研制

介绍了用于MWDC前端电子学读出信号测量的时间数字读出模块的研制。该模块基于FPGA强大的逻辑控制功能与数据处理能力,采用高精度、小封装、低功耗、低成本的专用时间数字转换芯片实现设计。测试结果表明该模块时间分辨好于55 ps,积分非线性好于1 LSB,微分非线性好于0.01%,能够满足应用需求。     

ADS注入器Ⅰ束流相位及能量测量系统设计

针对加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System,ADS)注入器Ⅰ束流调试要求,需要精确测量束流的相位和能量。本文研究束流的相位和能量高精度测量方法,设计了基于快速电流变压器(Fast Current Transformer,FCT)信号的相位及能量测量系统。该系统包括FCT探头、前端电子学、数据采集和处理三个部分,通过正交采样的方式实现束流的相位测量,然后利用飞行时间法实现束流能量的测量。测试结果表明,该系统在实验室测试相位分辨率为±0.8°,在线测试相位分辨率为±2°,满足直线加速器的设计要求。     

CsI(Tl)闪烁探测器读出电路设计

介绍了配置于新型γ能谱仪的CsI(Tl)闪烁探测器的读出电路设计。输入缓冲级采用折叠嵌位电路,改善了系统频率特性并提高了输入阻抗;放大级采用自举电路,改善了系统动态性能并提高了开环增益;输出级采用电流源负载电路,改善了输出信号的线性度并增强了系统的稳定性。实验表明:读出电路噪声为51.08 f C+1.97 f C/p F,时间漂移为0.112%,探头对137Cs源γ射线的输出信号信噪比可达23:1,能量分辨率可达4.98%。