微纳CT面阵CCD探测器数据采集与传输系统研制
发布时间：2021-05-07 10:23
近年来,随着工业CT应用范围的不断扩大,CT系统精度需求不断提高,特别是在生物结构、材料微观结构等方面对空间分辨率要求达到微米甚至纳米级。高分辨率的微纳CT（Micro-nano CT）是当前的研究热点。高分辨率面阵探测器是微纳CT系统关键部件,探测器性能直接影响系统指标。本文对以高分辨率面阵CCD为核心部件的探测器开展研究,开发和设计了探测器采集与传输系统,并完成了硬件制作和相应软件设计。论文主要工作内容和创新点如下:首先,本文对用于低能X射线的面阵CCD探测器结构以及工作原理进行了分析。研究了系统的控制方案和数据传输方案,并完成了系统总体方案的设计。其次,具体分析了满足设计需求的KAF-8300面阵CCD器件的参数和性能。分别设计了以集成功率芯片、分立器件为核心的探测器驱动电路和以运算放大器电压跟随电路和稳压电源芯片为核心的电压供给电路;设计了信号调理电路,使KAF-8300芯片的输出电压和A/D芯片的输入电压能够互相匹配;分析了A/D芯片WM8214的功能与特性,并完成了相关电路设计;设计了FPGA芯片的配置电路和外围电路;重点研究了Camera Link接口技术,设计了Came...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 面阵CCD探测器的国内外技术现状
1.3 面阵CCD的分类与工作原理
1.3.1 面阵CCD的结构和分类
1.3.2 面阵CCD的工作原理
1.4 课题研究内容和章节安排
2 微纳CT系统面阵CCD探测器与数据采集传输方案设计
2.1 微纳CT系统
2.1.1 微纳CT系统结构
2.1.2 面阵CCD探测器结构
2.1.3 微纳CT系统探测器技术需求分析
2.1.4 面阵CCD探测器性能指标
2.2 数据采集与传输方案需求分析
2.2.1 数据采集与传输技术要求和难点分析
2.2.2 系统控制方案需求
2.2.3 数据传输方案需求
2.3 系统总体方案与器件选型
2.3.1 数据采集与传输方案设计
2.3.2 系统关键器件选型
2.4 本章小结
3 面阵CCD驱动调理转换电路设计
3.1 KAF-8300CCD驱动设计
3.1.1 驱动需求
3.1.2 驱动电路设计
3.2 信号调理转换电路设计
3.2.1 信号调理电路
3.2.2 WM8214功能与特性
3.2.3 WM8214应用电路
3.3 FPGA控制电路设计
3.3.1 FPGA配置电路
3.3.2 FPGA外围电路
3.4 电压配置电路设计
3.5 本章小结
4 数据传输和上位机关键技术研究
4.1 CAMERALINK接口研究
4.1.1 LVDS技术
4.1.2 CameraLink接口通信协议
4.1.3 CameraLink的信号需求
4.1.4 芯片组
4.1.5 连接器、电缆和端口引脚分配
4.1.6 CameraLink接口配置电路
4.2 CAMERALINK协议时序
4.3 图像采集卡与LABVIEW上位机技术研究
4.3.1 PCIE-1427帧接收器
4.3.2 LabVIEW程序
4.3.3 LabVIEW驱动要求
4.3.4 相机文件生成器
4.4 LABVIEW程序配置方式
4.5 本章小结
5 系统程序设计和硬件测试
5.1 程序总体设计
5.2 探测器驱动测试
5.2.1 驱动时序设计
5.2.2 驱动电路测试
5.3 A/D芯片采样测试
5.3.1 WM8214寄存器配置
5.3.2 WM8214的采样测试
5.4 数据传输测试
5.4.1 LabVIEW上位机设计
5.4.2 CameraLink协议设计与实现
5.4.3 数据传输模拟测试
5.4.4 采集与传输联合测试
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 课题展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读硕士学位期间受理专利目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]面阵探测器KAI-04022驱动电路设计与实现[J]. 马天翔. 国外电子测量技术. 2015(02)
[2]基于FPGA的A4双面扫描仪的设计与研究[J]. 邓耀辉,谢扩军,蒙志强. 电子设计工程. 2013(20)
[3]基于SOPC的CCD光谱数据采集系统设计[J]. 万琳,谈图,汪磊,高晓明. 大气与环境光学学报. 2013(02)
[4]基于Camera Link协议的CCD图像采集系统[J]. 董琰,彭琦,李健志,陈佳豫. 吉林大学学报(信息科学版). 2010(04)
[5]基于ARM和FPGA的CCD信号采集系统设计[J]. 袁风永,陈惠明,朱东南,张蕉蕉. 南京林业大学学报(自然科学版). 2009(05)
[6]工业CT用数据采集与传输系统设计及实现[J]. 王珏,谭辉,黄亮,徐利兵. 仪器仪表学报. 2009(04)
[7]面阵CCD芯片KAI-1010M的高速驱动系统设计[J]. 刘金国,余达,周怀得,李广泽,吕世良,孔德柱. 光学精密工程. 2008(09)
[8]Camera Link协议和FPGA的数字图像信号源设计[J]. 王小艳,张会新,孙永生,杨倩. 国外电子元器件. 2008(07)
[9]帧转移型CCD相机图像拖影研究[J]. 韩采芹,李华,魏宏刚,沈忙作. 中国科技信息. 2007(11)
[10]基于相关双采样技术的CCD视频信号处理研究[J]. 张林,李永新,胡学友. 宇航计测技术. 2007(02)
博士论文
[1]超高分辨率CCD成像系统关键技术研究[D]. 吴厚德.大连海事大学 2012
[2]面阵CCD高速成像电路技术研究[D]. 余达.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
硕士论文
[1]高分辨X射线面阵CCD探测器数据采集[D]. 王雨.重庆大学 2016
[2]基于FPGA和GigE Vision相机的图像采集系统设计[D]. 姚克奇.东南大学 2016
[3]微纳CT系统探测器特性研究[D]. 陈赞.重庆大学 2015
[4]基于Camera Link的数字图像采集处理及以太网传输系统[D]. 赵强.重庆大学 2014
[5]CCD的图像采集软件系统的设计与实现[D]. 祖力.电子科技大学 2012
[6]基于FPGA控制的高速数据采集系统设计与实现[D]. 汤少维.电子科技大学 2007
[7]基于USB接口的图像采集系统设计[D]. 巫锴.重庆大学 2005
本文编号：3173229
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 面阵CCD探测器的国内外技术现状
1.3 面阵CCD的分类与工作原理
1.3.1 面阵CCD的结构和分类
1.3.2 面阵CCD的工作原理
1.4 课题研究内容和章节安排
2 微纳CT系统面阵CCD探测器与数据采集传输方案设计
2.1 微纳CT系统
2.1.1 微纳CT系统结构
2.1.2 面阵CCD探测器结构
2.1.3 微纳CT系统探测器技术需求分析
2.1.4 面阵CCD探测器性能指标
2.2 数据采集与传输方案需求分析
2.2.1 数据采集与传输技术要求和难点分析
2.2.2 系统控制方案需求
2.2.3 数据传输方案需求
2.3 系统总体方案与器件选型
2.3.1 数据采集与传输方案设计
2.3.2 系统关键器件选型
2.4 本章小结
3 面阵CCD驱动调理转换电路设计
3.1 KAF-8300CCD驱动设计
3.1.1 驱动需求
3.1.2 驱动电路设计
3.2 信号调理转换电路设计
3.2.1 信号调理电路
3.2.2 WM8214功能与特性
3.2.3 WM8214应用电路
3.3 FPGA控制电路设计
3.3.1 FPGA配置电路
3.3.2 FPGA外围电路
3.4 电压配置电路设计
3.5 本章小结
4 数据传输和上位机关键技术研究
4.1 CAMERALINK接口研究
4.1.1 LVDS技术
4.1.2 CameraLink接口通信协议
4.1.3 CameraLink的信号需求
4.1.4 芯片组
4.1.5 连接器、电缆和端口引脚分配
4.1.6 CameraLink接口配置电路
4.2 CAMERALINK协议时序
4.3 图像采集卡与LABVIEW上位机技术研究
4.3.1 PCIE-1427帧接收器
4.3.2 LabVIEW程序
4.3.3 LabVIEW驱动要求
4.3.4 相机文件生成器
4.4 LABVIEW程序配置方式
4.5 本章小结
5 系统程序设计和硬件测试
5.1 程序总体设计
5.2 探测器驱动测试
5.2.1 驱动时序设计
5.2.2 驱动电路测试
5.3 A/D芯片采样测试
5.3.1 WM8214寄存器配置
5.3.2 WM8214的采样测试
5.4 数据传输测试
5.4.1 LabVIEW上位机设计
5.4.2 CameraLink协议设计与实现
5.4.3 数据传输模拟测试
5.4.4 采集与传输联合测试
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 课题展望
致谢
参考文献
附录
A.作者在攻读硕士学位期间受理专利目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]面阵探测器KAI-04022驱动电路设计与实现[J]. 马天翔. 国外电子测量技术. 2015(02)
[2]基于FPGA的A4双面扫描仪的设计与研究[J]. 邓耀辉,谢扩军,蒙志强. 电子设计工程. 2013(20)
[3]基于SOPC的CCD光谱数据采集系统设计[J]. 万琳,谈图,汪磊,高晓明. 大气与环境光学学报. 2013(02)
[4]基于Camera Link协议的CCD图像采集系统[J]. 董琰,彭琦,李健志,陈佳豫. 吉林大学学报(信息科学版). 2010(04)
[5]基于ARM和FPGA的CCD信号采集系统设计[J]. 袁风永,陈惠明,朱东南,张蕉蕉. 南京林业大学学报(自然科学版). 2009(05)
[6]工业CT用数据采集与传输系统设计及实现[J]. 王珏,谭辉,黄亮,徐利兵. 仪器仪表学报. 2009(04)
[7]面阵CCD芯片KAI-1010M的高速驱动系统设计[J]. 刘金国,余达,周怀得,李广泽,吕世良,孔德柱. 光学精密工程. 2008(09)
[8]Camera Link协议和FPGA的数字图像信号源设计[J]. 王小艳,张会新,孙永生,杨倩. 国外电子元器件. 2008(07)
[9]帧转移型CCD相机图像拖影研究[J]. 韩采芹,李华,魏宏刚,沈忙作. 中国科技信息. 2007(11)
[10]基于相关双采样技术的CCD视频信号处理研究[J]. 张林,李永新,胡学友. 宇航计测技术. 2007(02)
博士论文
[1]超高分辨率CCD成像系统关键技术研究[D]. 吴厚德.大连海事大学 2012
[2]面阵CCD高速成像电路技术研究[D]. 余达.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
硕士论文
[1]高分辨X射线面阵CCD探测器数据采集[D]. 王雨.重庆大学 2016
[2]基于FPGA和GigE Vision相机的图像采集系统设计[D]. 姚克奇.东南大学 2016
[3]微纳CT系统探测器特性研究[D]. 陈赞.重庆大学 2015
[4]基于Camera Link的数字图像采集处理及以太网传输系统[D]. 赵强.重庆大学 2014
[5]CCD的图像采集软件系统的设计与实现[D]. 祖力.电子科技大学 2012
[6]基于FPGA控制的高速数据采集系统设计与实现[D]. 汤少维.电子科技大学 2007
[7]基于USB接口的图像采集系统设计[D]. 巫锴.重庆大学 2005
本文编号：3173229
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3173229.html
