二维有机-无机钙钛矿闪烁体性能研究进展

二维有机-无机钙钛矿材料因具有优良的发光性能被广泛研究,在X/γ/中子射线探测和成像方面有较好的应用前景,其闪烁性能甚至超过了商用闪烁体。本文从射线与物质相互作用原理和二维有机-无机钙钛矿材料的基本发光性质出发,介绍了二维钙钛矿闪烁体相比传统闪烁体的发光优势,综述了其在射线探测领域的最新成果。最后,提出了目前面对的技术挑战和潜在解决方案,并对二维有机-无机钙钛矿闪烁体的未来发展趋势进行了展望。

低负载调整率微小负电压电源设计

针对常见的基于电阻分压的微小负电压电源设计方案具有高负载调整率的固有缺陷,提出一种基于LDO的设计方案。通过将电阻分压方式与LDO方式进行负载调整率实验对比,结果表明后者具有低负载调整率的优势。实验结果显示,在同等静态电流的条件下,且当负载电流为200 mA时,基于电阻分压的微小负电压设计方案的负载调整率为184%;而LDO方式则低至0.5%。该文提出的设计方案对于低负载调整率微小负电压电源的设计具有一定的参考价值。

全局快门型sCMOS图像传感器外触发同步瞬态曝光模式探究

为实现sCMOS图像传感器在瞬态成像系统中,外部触发信号与传感器曝光的精确同步,对sCMOS图像传感器外触发工作模式进行了研究。首先,分析了sCMOS图像传感器的性能参数、工作原理及相关四重采样机制;其次,对sCMOS图像传感器的一般工作时序进行分析,并按照瞬态成像系统所需的工作时序,对sCMOS图像传感器设计了高同步精度的外触发工作模式,实现了成像系统的同步瞬态曝光;然后,将成像系统放置在暗箱中,对固定光源的图像进行成像实验;最后,改进了成像系统的外触发工作模式,获取了高增益图像。实验结果表明:成像系统的触发延迟时间小于26.68 ns,触发晃动时间小于6.67 ns;在外触发工作模式下,图像传感器要实现同步曝光功能,必须将外部触发信号设置在复位帧读出之前,并且传感器的同步曝光过程必须跨过一帧复位帧,即成像系统的工作流程依次为等待外触发信号、传感器曝光与复位帧读出、数据帧读出。该成像系统能够实现外部触发信号与曝光过程同步的功能,可与像增强器耦合用于瞬态过程成像。

不同表面状态LYSO∶Ce闪烁体的发光性能研究

闪烁体表面状态将影响其荧光出射强度和空间分辨等闪烁性能,进而影响辐射探测系统的测试结果。本文通过理论模拟和实验研究等方式,系统表征了LYSO∶Ce闪烁体被射线激发时在4种表面状态下(双面抛光、仅出射面抛光、仅入射面抛光和双面均不抛光)的荧光强度空间分布,以及闪烁体厚度对其空间分辨的影响规律。结果表明,4种状态在法线方向0°的荧光出射相对强度为0.49∶0.64∶0.89∶1,荧光强度随出射角度增加而逐渐减小。随着表面抛光度的降低,闪烁体出射荧光空间分布更均匀。闪烁体厚度为0.3、1.0和5.0 mm时,双面抛光的空间分辨分别为1.70、1.36和1.12 lp/mm,单面抛光-出射面抛光的空间分辨为1.5、1.2和1.0 lp/mm,空间分辨随闪烁体厚度增加而降低,并且双面抛光时空间分辨比单面抛光提升了约12%。

MCP像增强器开关门时间对图像强度分布的影响

为定量化分析MCP像增强器开关门时间对测量高速图像的空间强度分布的影响,本文实验测量了MCP像增强器的开关门时间,理论模拟了不同快门宽度下图像强度的空间分布,并与实验结果进行了对比。结果表明,该MCP像增强器开门时间为2.2 ns,关门时间为4.2 ns;模拟与实验结果计算可得,图像强度由中心向边缘逐渐变弱,快门宽度为10 ns时,图像中心和边缘强度值相差50%;快门宽度为500 ns时,图像中心和边缘强度值相差0.5%。实验结果证明了该模拟方法的正确性,可为高速图像系统选择快门宽度时提供依据。

一种基于FPGA的48通道高精度时间测量系统

针对高能物理实验和核医学成像等领域中应用广泛的高精度时间测量,提出一种基于FPGA的48通道高精度时间测量系统,采用粗粒度与细粒度结合的时间测量方式,使用时钟相移法进行细粒度测量;提出一种基于对数取整的温度计码转换方法,能在PC端实现温度计码与时间的快速转换。测量系统设计了多阈值测量功能,通过阈值配置可对脉冲达到不同电压时的时间进行测量。测试结果表明,测量系统的测量范围大于10 min,时间分辨率约为0.31 ns,均方根精度优于0.27 ns,能实现多阈值脉冲时间测量。测量系统可远程进行数据获取与指令发送,适用于需远程测量时间的应用场景。

科学级CCD远程图像采集系统

介绍了一种基于高分辨率超感光度(EXview)CCD的光纤远程传输采集系统的设计方法。该系统利用专用集成芯片实现其时序驱动;双复杂可编程逻辑器件(CPLD)完成系统的逻辑控制;采用带相关双采样的16位高精度模数变换器(ADC)对模拟视频进行数字化,从而提高系统动态范围。为满足其极端实验环境的应用,基于TLK1501进行大容量视频数据的远程传输;利用USB接口实现了计算机终端采集。最后,实验测试了系统的两个重要的评价参数:动态范围和系统灵敏度。该系统具有140万像素、16位高精度数字化位数、30km以上的远程传输能力,其动态范围为1000～1500倍、灵敏度为2.34ADU/e-左右,暗电流约为6e-/pixel.s-1[>32℃]。实验显示该系统适用于对分辨率、灵敏度、安全性等要求高的科学研究中。

高速高灵敏光纤传输EMCCD相机设计

针对高帧频摄像机灵敏度较低与无法远程实时传输的难题,本文采用EMCCD器件提高其灵敏度,并利用光纤通信与USB技术实现高帧频图像的远程实时传输与记录。文章详细介绍了基于EMCCD器件CCD60建立相机的一种方法。利用CPLD器件产生EMCCD控制时序及视频同步处理控制时序,采用集成器件与分立器件相结合的方式建立EMCCD垂直驱动电路,建立EMCCD工作环境;然后,采用具有CDS功能的集成器件对CCD视频信号进行数字化,获得高帧频数字图像数据;再使用CPLD器件与光传输编解码芯片结合的方式实现高速图像数据的远程实时传输,最后采用USB2.0技术实现高速数据的实时采集。系统像素分辨率128×128,最高帧频可达1000fps,能应用于低照度高速图像获取场合。

百万像素电子倍增CCD数字化相机的设计

论述了一种基于1 024pixel×1 024pixel电子倍增(EM)CCD图像传感器(CCD201)的数字化相机设计方法。利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)产生CCD逻辑时序及视频同步处理控制时序;采用集成器件与分立器件相结合的方式实现EMCCD垂直驱动时序,获得视频信号;使用带有相关双采样(CDS)功能的16位模数转换器对CCD视频信号进行数字化。介绍了时序控制、驱动电路、视频处理电路等关键组成部分的技术实现方法。实验结果显示,数字化相机前端能够连续输出16位数字图像数据,光动态范围大于70dB,电子增益采用程控方式,增益倍数最高能够大于50dB。该设计方法已成功应用于远程EMCCD图像采集系统中,设计的系统能够在微光成像及辐射场诊断中应用。

高速高分辨率CMOS图像采集系统设计与实现

本文介绍了一种高速高分辨率CMOS图像采集系统。给出了系统结构原理,分析了CMOS图像传感器驱动时序,研制了系统成像与高速图像数据存储电路。设计了系统数据采集和应用软件。系统全帧图像读出帧频率最高可达500帧/秒,图像分辨率为1280×1024,曝光时间最快10μs。

应用于高速数据采集系统的超低抖动时钟电路

分析了高速数据采集系统对采样时钟抖动的要求,给出了时钟相位噪声和时钟抖动的转换关系;采用HITTITE的HMC1035LP6GE频率综合芯片作为主芯片,设计了时钟生成电路,2500 MHz输出时钟抖动测量值90 fs(整数工作模式,输入频率100 MHz,鉴相频率100 MHz,环路滤波带宽127 kHz,积分区间[10 kHz,10 MHz])。对比时钟生成电路在各种工作模式下的性能,给出了对应的设计指南。

异步Binning高帧频CCD相机的拖尾校正

一种基于异步时序驱动和Binning技术的高帧频成像技术在帧转移CCD相机上得到成功应用。为了抑制该CCD相机成像时产生的拖尾效应,基于该相机的高帧频连续成像原理,理论上分析了图像获取过程中拖尾产生的原因,给出了一套完整的消除拖尾的数值解析算法。该算法充分考虑了图像亮度变化对拖尾形成产生的影响,并对此进行了修正,已在异步Binning CCD相机上进行了实验验证。利用相机以40 000帧每秒的帧频获取4幅连续图像进行实验,实验结果表明,该算法可有效去除每幅图像的拖尾噪声,而且消除拖尾噪声后的图像区域的灰度方差得到明显降低,异步Binning CCD相机的成像质量得以提高。上述结果表明算法适用于高帧频相机的连续成像。

一种低剂量X射线探伤仪研制

传统的X射线探伤仪由于采用直流光源 ,产生的剂量较大 ,长期使用对人损伤较大。介绍了由脉冲X射线源、记录系统和计算机组成的低剂量X射线探伤仪 ,它具有仪器剂量小 ,重量轻 ,成像质量高的特点。目前已应用到工业探伤领域。

便携式脉冲X射线成像系统研制

便携式脉冲X射线成像系统主要由脉冲X射线源、数字化记录系统和笔记本电脑组成。介绍了系统的硬件(脉冲源和图像采集控制卡)和应用软件的设计过程。仪器剂量小、质量小、成像质量高,目前已运用到公安系统的安全检查等部门。

高速高分辨率ADC有效位测试方法研究

介绍了ADC的有效位计算公式,分析了ADC的性能参数测试方法,给出了ADC的有效位测试解决方案。对FFT方法在ADC性能测试中的应用做了深入探讨,包括频谱泄露、相干采样和加窗函数等。采用一种改进的FFT方法对TI公司的ADS5400进行有效位测试,得到其在400 MS/s采样率的有效位ENOB=9.12 bit(fin=1.123 MHz)。

微弱电流高精度自动测量系统

为了实现辐射探测中对微弱电流信号的实时准确测量,设计了一套微弱电流测量系统。介绍了系统的工作原理,及I-V转换和放大单元的低噪声抗干扰设计、∑-△模数转换技术和单片机程序的设计。系统通过USB与计算机进行通信,计算机应用软件可以完成采集频率和量程控制、数据处理、显示和存储等功能。经过验证,该系统能满足10-13～10-3A的大动态微弱电流测量,分辨力为四位半,能自动量程判断,具有较高的精度和稳定性,已成功应用于辐射探测实验。

高速图像传感器CCD60驱动电路设计

提供了一种高速EMCCD图像传感器CCD60时序驱动电路的设计方法。采用CPLD进行时序逻辑设计,利用DS0026集成器件对标准时钟进行电平转换,分立电路对快速高压(电子增益)时钟进行电平转换,从而建立EMCCD工作环境。所建立的驱动电路能够输出电压范围为0-50V,最高频率20MHz的时钟信号,实现了电子增益的效果。本设计方法建立的驱动电路已经成功应用于1000frame/sCCD60高帧频摄像机设计中。

高密度差多层球壳双能CT图像重建方法

对含高密度差材料的大尺寸多层球壳构件采用双能CT方法进行无损检测,当采用高能射线扫描时,低Z材料区对射线基本无阻挡,而采用低能射线扫描时又会被高Z材料区截断,因此需要根据双能射线投影特征开展针对性的图像重建方法研究。首先,根据材料结构特征建立仿真模型,分别模拟得到高、低能射线的投影正弦图,然后采用滤波反投影和代数重建法等算法进行图像重建。通过仿真和比较分析,得出先融合投影再重建图像的方法要整体优于先分别重建再融合图像的方法。另外,为保证图像重建质量,在进行扫描射线能量选择时,要考虑提高局部投影质量,更要尽量减少被截断的总投影量。

基于JESD204B的1 GS/s、16-bit数据采集系统研究

采用“ADC+FPGA”的架构,设计了1 GS/s、16-bit高速高精度数据采集系统,实现了大动态范围(>1000倍)信号的单信道测量功能。研究采用周期sysref和脉冲sysref两种模式,分别建立了稳定连接的、具有确定性延迟的JESD204B连接,对比了两种模式下的采样数据频谱差别,结合硬件设计、固件设计的注意事项,推荐采用周期sysref建立JESD204B连接。研究分析采样数据的时域波形和频率谱密度,验证了ADC芯片内部包含4个片上ADC通道的结论。

基于CCD的脉冲X射线实时成像系统

从X射线成像原理、系统组成及实验应用等方面介绍了基于CCD的脉冲X射线成像系统,可用于不透明物体的检测,直接得到X射线透视后的图像,实现了不透明物体检查的实时图像显示。