四边型位置敏感探测器位置公式的改进

四边形位置敏感探测器(PSD)的传统位置计算公式不能正确反映实际光斑位置,存在严重的枕形失真,需要进行复杂的修正 基于Lucovsky方程的解析解,提出了改进型的PSD计算公式,结果表明,采用改进型公式可以使用少量数据完成对PSD的非线性修正,极大地提高PSD中央大部区域的线性度 对于1×1cm2 的PSD,在60%光敏面的区域内均方根误差小于3μm,非线性度小于0. 05%,该公式适用于所有的四边形PSD。

低能量沉积下位置灵敏硅探测器位置畸变的修正

介绍了一种低能量沉积下位置灵敏硅探测器位置畸变的修正方法 ,采用了与探测器中能量沉积相关的修正因子 ,f (Δ1,Δ2 ,E)调节可调参数Δ1和Δ2 ,对位置畸变进行了修正 。

强流脉冲束流位置探测器标定技术

电子直线感应加速器性能提升对束流探测器提出了高精度测量要求,由此不仅要求高精度的探测器设计装配技术,而且也要求探测器的准确标定。从强流脉冲束流位置探测器测量原理出发,从理论和实验两方面开展强流脉冲束流位置探测器标定技术研究。在理论上采用解析方法,分析了不同的计算处理方法和标定方法的标定效果,提出了特征平面标定,在建立的位置标定系统上,对用于多脉冲电子直线感应加速器的No.23电阻环进行了标定实验研究,实验结果验证了理论分析结果,根据理论和实验研究结果,确定了强流脉冲束流位置探测器标定方法。

基于透镜阵列多元聚焦的连续晶体三维位置灵敏探测器设计和仿真

连续晶体闪烁体探测器可以实现γ射线作用点的三维位置定位。本文提出一种新的探测器结构,引入透镜阵列实现作用点定位。探测器采集多元聚焦图像,从而改变对连续晶体闪烁光分布探测的需求。文中建立连续晶体、透镜阵列和光子计数器阵列的模型进行模拟研究,建立多元聚焦的光路反演重建算法定位γ射线作用点的三维位置。通过重建结果分析评估基于透镜阵列的连续晶体探测器性能,这种结构具有较好的定位能力和位置分辨。对于尺寸为48 mm×48 mm×45 mm的硅酸钇镥(LYSO)闪烁晶体,实现了xy平面位置分辨优于1.54 mm,z方向位置分辨优于3.13 mm。基于连续晶体和透镜阵列结构的探测器还可对多作用点的情形进行重建,分析三组选定位置的重建结果,该结构对双作用点定位具有可行性。

位置探测器与加速度计结合的测振方法

非接触式的振动测量方法具有非侵入和易布置的优点,在实际的工业生产和科研实验中有广泛的应用,但目前的非接触测量方式对测量装置自身受环境冲击振动产生的影响考虑较少。文中提出了一种振动自补偿的低成本的测振方法,采用位置探测器测量振动信号,并利用MEMS加速度计测量测振系统自身振动用于补偿。搭建实验系统对该方法进行了验证。实验结果表明:基于位置探测器的方法能够测量待测物体与测振系统间的振动,而MEMS加速度计能够测量环境引起的测振系统自身振动。经补偿后,环境振动冲击对使用位置探测器方法得到的振动测量结果的影响显著减弱。

强流脉冲束流位置探测器标定装置物理设计

从强流脉冲电子直线感应加速器电子束流位置探测器测量原理出发,进行了标定装置物理设计,确定标定装置采用同轴结构,对束流探测器位置测量精度和测量范围、偏心同轴线对位置标定结果的影响进行了理论分析,并根据分析结果确定同轴结构内外导体相对位置调节范围、同轴线长度和特性阻抗。电路模拟和实验测量结果验证了在非匹配传输条件下可以得到满足位置标定要求的快脉冲信号波形。

边界元法计算束流位置探测器的灵敏度系数

为满足高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)束流位置测量的需求,研制了各种类型的束流位置探测器(Beam Position Monitor,BPM)。位置灵敏度系数是BPM的一项重要参数,通过它可以精确计算束流的位置。使用边界元法计算束流位置探测器的灵敏度系数,适用于在无法使用天线模拟束流进行实际测量和有限元软件进行模拟的场合。以HEPS储存环BPM的参数为例,首先用边界元法分析计算了具有圆形横截面的BPM的位置灵敏度系数,在此基础上,分析了椭圆形(HEPS增强器)与八边形(BEPCⅡ储存环)管道的系数。将该方法应用于BPM的设计与分析中,确定了高能光源增强器BPM纽扣电极的方位角和北京正负电子对撞机BPM的纽扣电极间距。此外,计算了上述BPM的位置灵敏度系数分布Mapping图。圆形管道BPM的位置灵敏度系数结果与解析值接近,相对误差在1%左右,椭圆形与八边形管道BPM的计算结果与实际测量结果的偏差都在2%左右,证明了边界元法计算束流位置探测器的位置灵敏度系数是一种可靠的方法,可用于BPM的设计与相关问题的分析。

中国先进研究堆中子织构谱仪二维位置灵敏探测器数据分析与处理方法

中子织构谱仪在航空航天、交通、核工业等领域关键材料的织构研究中具有独特的优势。为了提升探测效率,中国先进研究堆中子织构谱仪在2020—2021年进行了升级改造,将探测系统从单个3He计数管升级为大尺寸二维位置灵敏探测器。本研究针对中国先进研究堆中子织构谱仪升级后的实验测量数据,提出了从二维位置灵敏探测器获得的衍射中子计数到织构极图转换的数据处理与分析方法,并基于该方法使用Python语言开发了中子织构数据处理和分析软件系统,对实际测量数据的应用验证了该软件系统的可靠性。该系统实现了二维位置灵敏探测器数据到极图数据的转换和极图绘制,满足了中子织构谱仪升级后的功能需求。

单次通过型束流位置探测器的束流位置测量方法

针对当前单次通过型数字束流位置探测器(BPM)有效采样点数少、数据信噪比低、测量分辨率差的问题,提出了一种基于“束流单次通过”的数字BPM测量改进算法。该算法通过模拟信号的功分-延迟-合成,增加了有效采样数据,并通过采样数据的截取与数据拼接、数字滤波等数据处理方式,提高了采样数据的信噪比,并最终实现了BPM测量分辨率的提高。实验结果表明,该算法在不改变模数转换器(ADC)采样率的情况下,将单次通过型BPM的测量分辨率提高了约2倍。该测量方法为提高单次通过型BPM的测量分辨率提供了一种新的解决方案,已成功应用于北京正负电子对撞机(BEPCII)和高能同步辐射光源(HEPS)直线加速器项目中。

α放射性表面污染位置灵敏探测器模拟设计

为解决计数型表面污染仪无法给出污染分布的问题,设计了基于闪烁体和硅光电倍增管的α位置灵敏探测器。利用GEANT4模拟了α粒子在探测器中输运与发光全过程,并根据光子的分布重建α粒子的位置。模拟结果表明,采用0.1 mm厚的GAGG闪烁体与1 mm有机玻璃光导耦合的探测器,模拟结果的最高分辨率可达0.1 mm;使用GAGG闪烁体搭建的α位置灵敏探测器分辨率可达0.8 mm,ZnS闪烁体分辨率可达0.4 mm;设计的α位置灵敏探测器具有较高的位置分辨性能,可满足表面污染分布测量的需求。

柔性可穿戴MoS_(2)/Si光敏位置探测器件综合实验研究

尽管Si晶体在当前微电子芯片领域占据主导地位,但它在柔性器件研制和性能提升方面面临巨大挑战,导致其在新一代光电子器件领域的应用受到严重阻碍。为此,该文设计了一个综合实验方案,涵盖材料加工、器件组装、物性表征和机理分析的全链条实验过程,实现了对柔性晶体Si及其器件的创新研究。实验采用饱和碱液湿法刻蚀实验方案,加工形成了具有可弯曲特征的超薄Si,并在其表面沉积MoS_(2)薄膜,研制出一种柔性MoS_(2)/Si光敏位置探测器件(PSD)。测量结果表明,所制备器件表现出突出的位置探测性能,其灵敏度可高达320.8 mV/mm,响应时间仅为198.0μs,并展现出良好的抗弯曲稳定性,从而将单晶Si的应用拓展至柔性器件领域,为发展可穿戴光电子器件提供了新的技术思路。

基于位置探测器的高精度激光跟踪系统

为提高激光跟踪精度,设计基于位置探测器的高精度激光跟踪系统。硬件结构中,设计信号运算单元与位置探测器数据采集单元,保证跟踪目标位置的精度。在软件结构中,获得激光位置探测循环矩阵,以乘方的形式对矩阵进行移位处理,获取矩阵的最新样本;生成高精度跟踪网络框架,经过协方差运算,得到高精度跟踪网络偏置信号的输出值;设计跟踪算法,得到一个新的高精度激光跟踪系统。实验结果显示,在静态光斑定位精度测试以及光斑动态跟踪精度测试中,该跟踪系统的跟踪精准度平均为93.8%,跟踪耗时平均为183.7 ms。

基于位置敏感探测器的刀闸开合角度自动控制技术

为了确保电力系统运行稳定安全,该文提出了一种基于位置敏感探测器的刀闸开合角度自动控制技术。利用二次插值非线性补偿位置敏感探测器,修正位置敏感探测器的线性误差,提升位置敏感探测器的测量结果可信度,得到刀闸开合角度变化值。建立控制约束模型,明确刀闸开关角度闭环控制规律,利用自适应反馈调整法自适应加权控制约束参数,得到刀闸开关角度控制系统的动态平衡稳态矩阵,完成电力系统安全稳定运行。通过实验,证明所提技术能够自由实现刀闸开关自动控制,且精度和敏感度高,保证了输出功率,维持电力运行安全。

基于位置敏感探测器的六自由度精密位姿测量系统

位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)是一种高精度的二维位移测量传感器,利用三片二维PSD的组合实现空间六自由度相对运动的位移和角度测量。测量系统主要包括三片PSD传感器(包括PSD光敏面和发光管)、低噪声的信号调理和AD采集电路,采用三片PSD正交布局方案,通过PSD光敏面的光点位置计算相对运动的位移和角度。设计了六自由度的PSD标定测试系统,用于PSD测量系统中心偏移和发光管安装误差的标定测试。测试结果表明,PSD测量系统的测量范围优于位移±10mm、角度±2.5°,标定后PSD测量系统的噪声误差为位移0.1mm、角度0.02°,测量系统的绝对位移误差小于0.5mm、角度误差小于0.14°,满足系统0.5mm和0.5°的指标要求。此外,对PSD传感器的环境适应性进行了评估。PSD测量系统具有量程宽、精度高、线性度好的优点,成功应用于天舟1号货运飞船微重力主动隔振装置的相对运动测量中。

基于BEPCⅡ的数字束流位置探测器信号处理算法的FPGA实现

数字束流位置探测器(BPM)算法是数字BPM系统最核心的部分,其对束流位置测量的精度起决定作用。本文在完成数字BPM算法MATLAB模拟工作的基础上,将模拟优选出的数字BPM算法在自制的电子学硬件上进行FPGA实现。首先介绍了数字BPM算法的总体设计和实现方案;其次介绍了数字BPM算法各功能模块的设计原理及其在FPGA中的具体实现方法;最后在输入信号频率499.8MHz、强度-10dBm、BPM探头灵敏度系数23的条件下进行了实验室测试。实验结果显示:逐圈位置分辨达2.96μm,快响应位置分辨达0.65μm,闭轨位置分辨达0.33μm,验证了本算法在束流位置测量中具有良好性能。

二维位置敏感探测器及信号处理器

介绍一种基于单片机的数字式二维PSD信号处理器的设计、性能和测试结果。与模拟式二维PSD信号处理器相比 ,该处理器具有通用、直观、准确度高、易于实现接口和控制等特点。此外 ,该处理器还根据四边形结构PSD的非线性特征增加了非线性修正功能 ,使四边形结构PSD也具有相当高的线性度和位置测量准确度。

基于二维位置敏感探测器的空间对接过程研究

为了准确地捕捉机器人空间对接的传感器信息,从对接机构的设计入手,研究了空间对接中传感器的选择、改制和基于传感器信息的空间对接问题.考虑到安装空间的限制和处理的信息量太多,提出了利用二维位置敏感探测器(PSD)配合红外发光器阵列的方法完成机器人的空间对接.通过对位置敏感探测器工作原理的分析和对传感器特性的试验,提出了在PSD光敏面上增加光学装置的方法以扩大它的探测范围和精度,同时大大减小了它对光信号的依赖程度.把该方法应用于可重构模块化探测机器人系统中,提出了基于传感器信息的轨迹规划方法,对子机器人空间对接过程的仿真试验验证了轨迹规划和空间对接的可行性.

BEPCⅡ束流位置探测器的CST计算

束流位置探测器是最重要的束流测量部件之一,在北京正负电子对撞机二期(Beijing Electron Positron Collider II,BEPCII)的直线段、传输段和储存环上分布着包括纽扣型、条带型在内的多个束流位置探测器(Beam Position Monitor,BPM)。本文利用CST(Computer Simulation Technology)软件的微波工作室和粒子工作室对BEPCII上的BPM相关参数进行了计算,其中包括BPM的信号强度、水平方向和垂直方向的灵敏度、纵向转移阻抗以及电极间的耦合参数等,比较了理论计算结果与实验测量结果之间的差别,计算了直线段条带型BPM的信号与频谱。这些工作是对现有BPM性质的深入了解,而相关计算方法对新机器如高能光源和环形正负电子对撞机上BPM的设计具有重要指导意义,为分析新建加速器的BPM相关问题提供了理论依据。

基于微通道板的二维位置灵敏探测器的研制

介绍了基于微通道板的二维位置灵敏探测器的基本原理及其关键部分电阻阳极面板和数据读出系统的设计。通过测试，获得令人满意的线性和位置分辨。

光电位置探测器的环境光补偿方法的研究

介绍了二维连续分布式光电位置探测器（ＰＳＤ）的工作原理；提出了用具有相同性能参数的ＰＳＤ作为补偿器的补偿方法。以ＰＳＤ为补偿器，配以合理的运算电路，基本消除了背景光和环境温度的影响，增加了它的实用性。