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。     

闪烁体中子探测器读出ASIC-MaPMT_v10性能测试的设计与实现

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)工程通用粉末衍射谱仪(General Purpose Powder Diffractometer,GPPD)使用二维位置灵敏型闪烁体中子探测器(Position-sensitive Scintillation Neutron Detector,SSND)来获取中子击中位置和时间信息。MaPMT_v10是由中国科学院高能物理研究所电子学组专门为闪烁体探测器前端电子学读出研发的一款专用集成电路(Application-specific Integrated Circuit,ASIC)。为了使该芯片更快地应用于CSNS工程项目中,设计了针对该芯片的测试电路板。该电路板既能在电子学实验室对MaPMT_v10进行各项性能测试,又能直接连接光电倍增管,与探测器组进行联合调试。本文介绍了MaPMT_v10的测试电路板,并给出了该芯片积分非线性(Integral nonlinearity,INL)、噪声等测试的方法和结论。利用本文搭建的测试平台,得到了MaPMT_v10可靠的性能测试结果,该芯片正常稳定和运行可靠。     

基于Aurora协议光纤实时信号传输性能测试

作为中国散裂中子源(Chinese Spallation Neutron Source,CSNS)谱仪之一的通用粉末衍射仪(General Purpose Powder Diffractometer,GPPD)采用二维位置灵敏探测器(Symptom Scale of Neurotransmitter Deficiency,SSND)探测中子入射位置和时间信息,并由后端电子学进行信号处理。中子信息以打靶时刻T0为时间参考点,电子学系统控制电路需要将接收到的T0信号低延迟、低抖动实时地传给下级电路。本文介绍了一种基于Spartan6系列FPGA的控制电路,采用Aurora协议通过光纤实时传输T0信号方案,并验证了此方案的可行性。     

基于串行存储器的FPGA在线高速重载

本文介绍了通过控制器和片外flash Memory实现FPGA的配置,利用此方法并采用Multi_PS模式实现北京谱仪第三代(BESIH)改造工程的Muon鉴别器电子学数据读出系统中665块FPGA的在线高速重载.     

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。     

BESⅢ飞行时间探测器电子学中的光电倍增管测试

讨论了北京谱仪(BESIII)飞行时间探测器(TOF)前端电子学的物理需求.因光电倍增管信号为前端电子学实际使用,而以光电倍增管信号作为信号源测试电子学性能是一种方便易行的方法,所以本文采用光电倍增管信号作为信号源测试电子学的性能.测试结果表明现行设计的电子学性能已达到BESⅢ飞行时间探测器对电子学的预期目标.     

基于wxWidgets的闪烁晶体阵列探测器数据获取软件设计

介绍了一种用于闪烁晶体阵列探测器读出电子学的数据获取与分析读出软件。软件基于wx Widgets平台开发,采用了模块化设计,上位机通过USB总线与电子学硬件部分通信。软件系统包括命令行接口模块、数据采集模块、参数测量模块、时间和幅度校准模块以及实时显示模块。将软件应用于闪烁晶体阵列探测器系统的调试与测试,结果表明:软件可方便地应用于其它探测器前端电子学的读出系统中,具有广泛的应用前景。     

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。     

双面硅条探测器读出系统设计

双面硅条探测器(DSSD)用于实现中国电磁监测试验卫星高能粒子探测器载荷的望远镜系统。为了实现DSSD读出电子学低功耗、高集成度的要求,设计了一种基于ASIC VA64TA2的电子学读出系统,使用²⁴¹Am 5.486 MeV α源对DSSD读出系统进行了测试。DSSD探测器结面分辨率为1%~2%,欧姆面分辨率为3%~4%,达到了探测器额定性能。     

多丝正比室电荷测量电路的研究

简要介绍了一种用于X射线测量的探测器,多丝正比室(MWPC)的电子学读出系统,重点介绍了该电子学系统中电荷测量(MQ)电路的设计。其中包括了MQ电路的结构,以及FPGA逻辑以及算法的实现。MQ电路可以作为一种通用的读出插件应用在其它探测器的配套电子学读出系统中。最后给出了不同工作方式下的测试结果。     

HIRFL-CSR外靶实验读出电子学预研系统

本文介绍了兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)外靶实验读出电子学预研系统的设计。该系统可实现TOF墙探测器、中子墙探测器、多丝漂移室(MWDC)等的读出。基于前沿定时及使用TOT技术分别进行时间和电荷测量,从而对前沿定时带来的时间-幅度游走效应进行修正。该系统基于工业智能仪器总线PXI进行设计,提高了数据传输带宽,并保证了系统的可扩展性。目前已完成基本单元模块的实验室电子学测试,以及与探测器的初步联合测试,验证了各项功能指标。     

高计数率气体探测器读出电子学原型机研制

研制一套可用于高计数率气体探测器的读出电子学原型机系统,包括前端板、数据采集板和上位机。前端板采用一款先进的前端读出专用集成电路(ASIC)芯片实现对探测器信号的测量和模数转换;数据采集板利用现场可编程门阵列（FPGA）实现对数据的分析、处理和传输;上位机实现控制指令发送、PC端数据接收及存储等。在22~99 fC的输入范围内,原型机各通道积分非线性均好于024%;联合探测器使用55Fe放射源测试,结果好于相同条件下的商用电子学。可满足20 kHz计数率下GEM TPC探测器的读出需求。     

一种飞行时间法读出电路

本文介绍了北京谱仪飞行时间法电子学中的读出电路部分。它同时测量闪烁探测器的信号到达时间和信号的电荷量,以利用电荷量对时间移动进行离线修正。     

基于APV25多通道读出电子学系统设计

介绍了基于APV25芯片的多通道读出电子学系统的设计方法,利用ASIC芯片与可扩展读出系统相结合,实现多通道信号的处理。在该系统中,基于PXI机箱的单个读出板可实现2 048路信号的读出及处理,并具有集成度高、低功耗、可扩展等优点。电子学测试结果表明,本系统电荷输入线性动态范围为0~12 fC,APV25等效输入噪声408 e,可适应大型物理实验微结构气体探测器、硅像素探测器等探测器的读出需求。     

μ子鉴别器电子学系统数据读出插件

在我们所设计的北京谱仪第三代（BESIII）μ子鉴别器电子学系统原型机中,前端电路板（FEC）将采集的阻性板探测器（RPC）信号经由30m长电缆传送到远端的数据读出插件中。该插件实现数据接收、数据压缩、发送控制命令、配置和测试FEC、驱动信号,以及通过USB接口与上位机交互等功能。     

基于连续晶体PET探测器模块电子学设计

和传统的基于分割晶体PET探测器相比,基于连续晶体的PET探测器具有设计结构简单、能量分辨率高、探测器效率高以及低造价等优点,近年来得到广泛的研究。基于连续晶体PET探测器的最大难点是要用探测器获得闪烁光分布,进而通过作用点定位算法计算γ光子的作用位置。探测器模块电子学需要读出和获取闪烁光的分布,因而电子学变得相对复杂。论文针对自行建立的基于连续LYSO晶体和神经网络定位算法的PET探测器模块的信号读出和数据获取的要求,设计和实现了64通道数据读出和获取电子学系统。该系统采用8片8通道、50 Mbps、串行输出、12 bit ADC对每个通道进行数字化,从海量的核事例中遴选出有效的核事例,在FPGA内实现数据打包、定时符合、基线恢复等功能。经过测试,电路各通道噪声低,增益一致性好。整个电子学系统结构紧凑、性能优良,适合基于连续晶体PET探测器的相关实验研究和应用研究。     

LHAASO缪子探测器阵列读出电子学系统研制

本文介绍了LHAASO缪子探测器阵列读出电子学系统的设计,系统采用基于wR同步时钟系统的无触发、前端波形数字化方案。同时给出了西藏羊八井样机阵列的性能测试结果,结果表明缪子探测器电子学系统符合设计指标要求。     

像素探测器高带宽数据获取系统设计

为适应硅像素探测器研制的需求,设计了硅像素探测器高带宽数据获取系统。该系统针对硅像素探测器高数据的特点进行了设计与优化,实现了单机高速稳定读出的数据获取目标,最高读出带宽可达到686MB/s,同时提供了控制、监测以及实验图像的实时抽样显示等功能。     

LHAASO KM2A读出电子学系统远程更新方案

KM2A(Kilometer-square Array)探测器阵列是LHAASO(Large High Altitude Air Shower Observatory)主体探测器阵列之一,7 000多个探测器和读出电子学在1 km2的实验范围内完全分离并均匀分布排列。在这样大型且分布不集中的高能物理实验中,简洁灵活可靠的电子学远程更新方案具有重要意义。KM2A读出电子学系统采用基于Multi Boot的远程更新方案,此方案实现了无需任何附加电路的远程更新及在线重加载,同时极大程度保证更新可靠性。     

基于GEM的中子束线监测器电子学系统研制

简要介绍了一种基于GEM(Gas Electron Multiplier气体电子倍增器)的、用于对中子束进行实时监测的中子束线监测器GEM Monitor,重点介绍了其中电子学部分的设计,包括电路工作原理、系统结构、子板设计及Monitor母板FPGA逻辑及其算法的实现。最后给出了相关测试结果。