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LaBr_3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。     

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。     

大体积氟化钡探测器的性能测试

中国原子能科学研究院正在研制建立的γ全吸收型探测装置（GTAF）由40个氟化钡（BaF₂）探测器单元组成。对单个大体积氟化钡晶体探测器单元的主要相关性能，诸如单个探测器的组装、晶体封装条件和探测器能量分辨、时间分辨及其长期稳定性等进行测试。测试结果表明，40个氟化钡（BaF₂）探测器单元的能量分辨和时间分辨符合基于γ全吸收型探测装置的中子辐射俘获核反应截面测量需求。     

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。     

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。     

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.     

大面积闪烁光纤阵列探测器的在束测试

利用70AMeV²⁶Mg初级束流及其产生的次级束流，在兰州重离子加速器放射性次级束流线（RIBLL）终端测试了大面积闪烁光纤阵列探测器(LASFA)探测单元的时间分辨和位置分辨能力。利用70AMeV²⁶Mg初级束流测试得到的时间分辨约为128ps，对应的位置分辨约为10mm；利用次级束流测试得到的时间分辨约为158ps，对应的位置分辨约为13mm，具有很好的时间分辨和空间角分辨能力。结合RIBLL的ΔESi探测器，给出了ΔE_Si-TOF二维谱，并将测试结果与RIBLL的粒子鉴别系统进行详细比较。结果表明，大面积闪烁光纤阵列作为轻带电粒子的飞行时间终止探测器，性能优于RIBLL上采用的时间拾取探测器，可更清楚地鉴别次级束流。     

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。     

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     

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.     

A QTC-based signal readout for position-sensitive multi-output detectors

A new signal readout method for position-sensitive multi-output detectors,such as those in high-energy spectroscopy measurement and nuclear imaging,was developed by combining the charge division circuit,summing circuit and charge-to-time conversion(QTC) circuit.The 64 outputs of a Hamamatsu H8500 position-sensitive photomultiplier tube were processed,and three digital pulses were generated.The widths of digital pulses were determined using the time-to-digital converter in an field programmable gate array.The energy and position information of incident y-rays is estimated based on the proportionality between the width of digital pulses and input charge created by y-photons.A prototype was built using discrete components and tested,and the energy and position resolutions were improved compared with that obtained with standard ADCs.This method greatly simplifies the front-end electronics and the digital interface.It enables a compact electronics system and an easy integration into an ASIC.     

DAMPE-PSD读出电子学研制

暗物质粒子探测卫星(dark matter particle explorer, DAMPE)是我国空间科学卫星系列的首发星，用于找出可能的暗物质粒子信号。塑料闪烁体阵列探测器(plastic scintillator detector, PSD)分系统作为卫星有效载荷的主体部件之一，参与承担高能粒子电荷测量和电子/γ射线鉴别任务。PSD由82根塑料闪烁体条和164个光电倍增管（photomultiplier tube, PMT)组成，有328个输出通道，每根塑料闪烁体条的动态范围为2×103，需配备1套完备的读出电子学系统。该电子学系统由4块前端电子学（front-end electronics, FEE）板构成，共具有360个信号处理通道，总功耗6 W。电路主要包括电荷测量电路、模拟调理电路、模数变换电路、刻度电路、环境监测电路、FPGA电路、电源管理电路以及接口电路等，其主要功能是基于32路模拟信号将PMT的电荷信号输入VA160 ASIC芯片，考虑了抗辐照加固、温度设计等一系列关键问题，以确保在严酷的太空中具有长期的可靠性。测试结果表明，该FEE系统工作稳定、性能良好，具有较好的技术指标，每个电子学通道实现了0～12.5 pC的动态范围，通道的随机噪声水平好于2 fC，积分非线性好于0.6%。FEE能适应恶劣的空间环境，具有很高的可靠性。FEE配合PSD样机还分别于2014年和2015年在欧洲核子中心（CERN）的PS和SPS终端成功完成了2次束流试验，验证了PSD的探测能力完全满足任务书中提出的功能和指标要求，能很好实现实际科学任务需求。     

基于GAGG:Ce晶体耦合SiPM的位置灵敏探测器的设计与评估

为满足当前γ相机对高分辨率、低成本、小型化探测器的需求，提出了采用硅光电倍增管（SiPM）耦合GAGG:Ce晶体阵列的方式代替传统的位置灵敏型光电倍增管（PSPMT）耦合晶体阵列的方式以构成新型γ相机探测器，并设计了均匀电荷分配电路（SCDC）和阻抗电桥电路作为探测器的读出电路，同时设计了前沿定时电路作为数据采集触发电路。实验结果表明：当温度为25 ℃、探测器供电电压为28.5 V时，该探测器在511 keV射线的激发下，散点图的峰谷比高达3.84，对511 keV和662 keV射线的平均能量分辨率分别为10.63%和9.71%，具有较好的分辨性能。     

Test system of the front-end readout for an application-specific integrated circuit for the water Cherenkov detector array at the large high-altitude air shower observatory

The water Cherenkov detector array (WCDA) is an important part of the large high-altitude air shower observatory (LHAASO),which is in a research and development phase.The central scientific goal of LHAASO is to explore the origin of high-energy cosmic rays of the universe and to push forward the frontier of new physics.To simplify the WCDA's readout electronics,a prototype of a front-end readout for an application-specific integrated circuit (ASIC) is designed based on the timeover-threshold method to achieve charge-to-time conversion.High-precision time measurement and charge measurement are necessary over a full dynamic range [1-4000 photoelectrons (P.E.)].To evaluate the performance of this ASIC,a test system is designed that includes the front-end ASIC test module,digitization module,and test software.The first module needs to be customized for different ASIC versions,whereas the digitization module and test software are tested for general-purpose use.In the digitization module,a field programmable gate array-based time-todigital converter is designed with a bin size of 333 ps,which also integrates an inter-integrated circuit to configure the ASIC test module,and a universal serial bus interface is designed to transfer data to the remote computer.Test results indicate that the time resolution is better than 0.5 ns,and the charge resolution is better than 30％root mean square (RMS) at 1 P.E.and 3％ RMS at 4000 P.E.,which are beyond the application requirements.     

Development of readout electronics for bunch arrival-time monitor system at SXFEL

A bunch arrival-time monitor(BAM) system,based on electro-optical intensity modulation scheme, is under study at Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser.The aim of the study is to achieve high-precision time measurement for minimizing bunch fluctuations. A readout electronics is developed to fulfill the requirements of the BAM system. The readout electronics is mainly composed of a signal conditioning circuit, field-programmable gate array(FPGA), mezzanine card(FMC150), and powerful FPGA carrier board. The signal conditioning circuit converts the laser pulses into electrical pulse signals using a photodiode. Thereafter, it performs splitting and low-noise amplification to achieve the best voltage sampling performance of the dual-channel analog-to-digital converter(ADC) in FMC150. The FMC150 ADC daughter card includes a 14-bit 250 Msps dual-channel high-speed ADC,a clock configuration, and a management module. The powerful FPGA carrier board is a commercial high-performance Xilinx Kintex-7 FPGA evaluation board. To achieve clock and data alignment for ADC data capture at a high sampling rate, we used ISERDES, IDELAY, and dedicated carry-in resources in the Kintex-7 FPGA. This paper presents a detailed development of the readout electronics in the BAM system and its performance.     

晶体表面特性对PET探测器性能的影响

<正>电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)作为最灵敏和具有定量测量能力的功能分子影像技术,越来越广泛地应用于生物医学研究,如疾病的动物模型、新药物的研发和新治疗方法的评估等。提高探测器的性能是改进PET仪器性能的关键,PET探测器通常由分割的闪烁晶体阵列和光探测器组成,文中使用位置灵敏光电倍增管和不同晶体表面特性的硅酸钇镥((Lu,Y)2Si O5,LYSO)晶体阵列,对新型的双端读出三维PET探测器和传统的单端读出二维PET探测器的性能进行了测量。实验结果表明,对于双端读出PET探测器,两种晶体阵列提供相近的晶体分辨图和能量分辨率,但非抛光晶体阵列提供好的深度分辨率,双端读出PET探测器需要使用表面不抛光的晶体阵列;对单端读出PET探测器,抛光晶体阵列提供好的晶体分布图和能量分辨率,单端读出PET探测器需要使用表面抛光的晶体阵列。     

用于GEM探测器的电容积分式读出芯片的研究

介绍了GEM探测器阵列结构的一种读出方案,重点介绍了该读出方案中开关阵列芯片的设计.主要内容包括PAD前端读出电子学结构,开关电容阵列结构工作原理,开关阵列芯片设计,文章的最后给出了芯片测试结果.该10通道开关电容阵列芯片可以扩展为更多的通道,以满足更大规模的GEM探测器的阵列方式读出需要.     

基于连续晶体的高性价比小型伽玛相机模块的设计

研究一种基于连续闪烁晶体配合位置灵敏光电倍增管(PSPMT)设计高分辨率小型伽玛相机模块的新方案。采用蒙特卡罗方法研究了压缩效应及内在空间分辨率与晶体参数的关系,进一步改进PSPMT的读出电路与定位方法,开发基于局域重心法的读出电子学电路,最后进行了成像实验测试。结果表明,基于局域重心法的读出电子学电路能够有效抑制晶体的压缩效应,晶体的空间分辨率和压缩效应都随着晶体厚度的减少而得到改善。因此,这种设计方案是可行的,其内在空间分辨率能够达到1?2mm,比采用晶体阵列有更好的性价比。