基于FPGA的PMT模块增益调节控制系统研究
发布时间：2020-09-08 12:22
近些年来,随着科学技术的不断创新,生物医学、食品安全、工业建设、国防军事、等离子体物理等越来越多的领域涉及到对微弱光信号进行检测分析,并且对微弱光信号检测的精度要求也越来越高。微弱光信号的检测需要搭建光电检测系统,鉴于光电倍增管(PhotomultiplierTube,PMT)具有灵敏度高、增益大、暗电流低等特点,因此常被应用于光电检测系统中。由于PMT模块具有供电电压低、安全性好、响应时间短、信噪比高等优点,PMT模块的使用也越来越多。对于极微弱光信号而言,PMT模块增益的适宜调节十分重要,增益调节过高或者过低,都有可能导致被测微弱光信号出现削峰或被噪声信号湮没的现象。而传统PMT模块增益的调节方式多为使用电位计手动调节控制电压以此来调节其增益,这种调节方式需依靠个人经验、调节误差较大,且只能在实验现场进行调节,操作起来十分不便。针对这一问题,设计了一种基于FPGA的PMT模块增益调节控制系统。首先,本文探究了 PMT模块增益调节的国内外研究现状,推导出PMT模块增益与工作电压及控制电压的具体数值关系,并分析了 PMT模块增益调节的方法,最终确定采用硬件电路设计和软件编程相结合的方式,实现PMT模块增益的远程调节。其次,设计了 PMT模块增益调节控制系统的硬件电路,详细分析了以FPGA为控制核心的外围电路、DA数据采集模块、缓冲模块、串口通讯模块的具体电路设计。最后,完成软件部分的程序设计,主要包括FPGA程序设计和上位机软件程序设计两部分。详细介绍了 FPGA程序设计中采用Verilog HDL语言编写的DA控制模块、串口通讯模块的程序,并使用Modelsim6.6软件通过仿真验证了其设计程序的正确性。上位机程序设计中介绍了采用Labview2014软件进行上位机界面设计的部分程序及通讯模块设计的子程序,并阐述了设计的上位机界面及模块组成。最终,将该系统应用于实际实验进行PMT模块增益调节的测试结果与传统采用电位计的方式进行调节的测试结果相比较。实验结果表明,该系统可实现PMT模块增益的远程调节,相较于传统的调节方法,该系统操作便利、稳定性好,具有很好的实用价值。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN911.23;TN791
【部分图文】：
次级发射相结合，把微弱的入射光信号转变并放大为较大电信号的一种高精密真逡逑空元器件。它是将入射光窗、光电阴极、聚焦电极、多个打拿极、阳极这几个部逡逑分集成在一个真空玻璃管中。如图２．１显示了邋ＰＭＴ的原理性结构示意图。逡逑／}r逦最后－级逡逑Ｉ邋广逦Ｉ逡逑＼、——「一－Ａ逡逑光电阴极逦阳极逡逑图２．１邋ＰＭＴ原理性结构示意图逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＰＭＴ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑１、
（Ａ）的比值，也可理解为阳极电流与光电阴极电流之比。ｇ邋＝邋ＭＲ邋＝邋Ｌ＿ＥＣＷ邋ｈ．逡逑，＆是ＰＭＴ阳极输出电流，＆是对应光电阴极电流，单处于黑暗环境中正常工作时，在阳极端测出的电流即暗分组成，一种是阳极与其他各电极之间的漏电流；一种是的热发射电流；还有一种是电子云聚集在输出级附近电离放电电流。ＰＭＴ暗电流大小一般为１０－１６－１０＿１ＤＡ。逡逑分类逡逑在售的ＰＭＴ类型众多，下面介绍几种比较常见的ＰＭＴ类型分类逡逑窗位置不同分为端窗型和侧窗型ＰＭＴ，图２．２（ａ）为端窗型的Ｒ３３１；图２．２（ｂ）为侧窗型ＰＭＴ，型号是滨松公司的Ｒ６３
图２．３光电阴极材质不同的ＰＭＴ逡逑Ｆｉｇ邋２．３邋ＰＭＴ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐｈｏｔｏｃａｔｈｏｄｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑极结构分类逡逑据光电倍增极结构不同分为百叶窗型ＰＭＴ、合栅型ＰＭＴ鼠笼型ＰＭＴ。具体实物图见２．４⑻所示为百叶窗型ＰＭＴ，笼型ＰＭＴ。逡逑Ｄｔ邋ｉ＞；邋ｌ＞：邋？■邋ｉ）．邋Ｐ邋ｌ）；邋？＞＞邋ｌ＞：逦丨’／一、＇逡逑沿ｂ邋沿—逡逑ｉ＼邋ｉｐＦＦＦＦＦＦＦＦｌｌ［ｌ逡逑李》棚《逦阳拔逦ｓｌｉｓ逡逑（ａ）百叶窗逦（ｂ）圆形鼠笼型逡逑图２．４光电倍X椉峁共煌模校停藻义
本文编号：2814177
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN911.23;TN791
【部分图文】：
次级发射相结合，把微弱的入射光信号转变并放大为较大电信号的一种高精密真逡逑空元器件。它是将入射光窗、光电阴极、聚焦电极、多个打拿极、阳极这几个部逡逑分集成在一个真空玻璃管中。如图２．１显示了邋ＰＭＴ的原理性结构示意图。逡逑／}r逦最后－级逡逑Ｉ邋广逦Ｉ逡逑＼、——「一－Ａ逡逑光电阴极逦阳极逡逑图２．１邋ＰＭＴ原理性结构示意图逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＰＭＴ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑１、
（Ａ）的比值，也可理解为阳极电流与光电阴极电流之比。ｇ邋＝邋ＭＲ邋＝邋Ｌ＿ＥＣＷ邋ｈ．逡逑，＆是ＰＭＴ阳极输出电流，＆是对应光电阴极电流，单处于黑暗环境中正常工作时，在阳极端测出的电流即暗分组成，一种是阳极与其他各电极之间的漏电流；一种是的热发射电流；还有一种是电子云聚集在输出级附近电离放电电流。ＰＭＴ暗电流大小一般为１０－１６－１０＿１ＤＡ。逡逑分类逡逑在售的ＰＭＴ类型众多，下面介绍几种比较常见的ＰＭＴ类型分类逡逑窗位置不同分为端窗型和侧窗型ＰＭＴ，图２．２（ａ）为端窗型的Ｒ３３１；图２．２（ｂ）为侧窗型ＰＭＴ，型号是滨松公司的Ｒ６３
图２．３光电阴极材质不同的ＰＭＴ逡逑Ｆｉｇ邋２．３邋ＰＭＴ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐｈｏｔｏｃａｔｈｏｄｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑极结构分类逡逑据光电倍增极结构不同分为百叶窗型ＰＭＴ、合栅型ＰＭＴ鼠笼型ＰＭＴ。具体实物图见２．４⑻所示为百叶窗型ＰＭＴ，笼型ＰＭＴ。逡逑Ｄｔ邋ｉ＞；邋ｌ＞：邋？■邋ｉ）．邋Ｐ邋ｌ）；邋？＞＞邋ｌ＞：逦丨’／一、＇逡逑沿ｂ邋沿—逡逑ｉ＼邋ｉｐＦＦＦＦＦＦＦＦｌｌ［ｌ逡逑李》棚《逦阳拔逦ｓｌｉｓ逡逑（ａ）百叶窗逦（ｂ）圆形鼠笼型逡逑图２．４光电倍X椉峁共煌模校停藻义
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