基于SiPM的闪烁体探测器优化设计
发布时间：2022-12-04 01:00
近年来,硅光电倍增管（SiPM）在核医学成像、核探测等许多领域得到广泛的应用。SiPM是半导体器件,由一系列雪崩二极管（G-APD）阵列组成,应用于常温环境下,当环境温度发生变化时,SiPM的击穿电压随之发生变化,进而影响SiPM增益,导致能谱测量出现较大误差。此外,SiPM存在由暗计数、雪崩二极管间串扰、后脉冲等组成的噪声,同样对推广SiPM的使用造成困扰。论文主要研究内容为当SiPM充当闪烁体探测器的光电倍增器件时,根据SiPM的光电特性,优化探测器设计,得到性能稳定、能量分辨率好的闪烁体探测器。论文将从以下两个方向进行探索,一是稳定SiPM在不同温度下的增益,二是降低SiPM内部暗噪声的影响并改善闪烁体探测器的能量分辨率。由SenSL公司SiPM产品手册可知,SiPM的增益与偏置电压呈正相关特性,而SiPM击穿电压与温度变化呈线性变化规律,论文根据温度特性设计基于正温度系数热敏电阻（LPTC型）的偏置电源。经实验测试,结果表明:使用LYSO晶体与SiPM制成的闪烁体探测器,在恒温室内26℃至53℃测量137Cs全能峰,发现当加入温度补偿电路后,13...
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.3 主要内容及章节安排
第二章 硅光电倍增管、无机闪烁体和探测器原理
2.1 硅光电倍增管介绍
2.1.1 雪崩光电二极管原理
2.1.2 SiPM原理
2.1.3 SiPM的噪声
2.1.4 SiPM的温度效应
2.1.5 SiPM与 PMT比较
2.1.6 MicroFC-60035-SMT
2.2 无机闪烁体介绍
2.2.1 物质与γ/X光作用原理
2.2.2 无机闪烁体发光原理
2.2.3 无极闪烁体的物理特性
2.2.4 选用的闪烁体
2.3 探头的制作
第三章 SiPM探测器温度补偿型电源设计
3.1 设计原理
3.2 电子元器件介绍
3.2.1 AD581LH
3.2.2 LM358比较放大器
3.2.3 LPTC型热敏电阻KTY83/110
3.3 电路原理图及PCB板设计
3.4 MicroFC-60035-SMT负载电阻的确定
3.5 实验测量
3.5.1 电路噪声消除
3.5.2 电路输出温度系数测量
3.5.3 放射源测量
第四章 数字获取系统设计
4.1 硬件系统介绍
4.1.1 Stratix Ⅲ3SL150介绍
4.1.2 USB传输模块介绍
4.1.3 ADC数据转换模块
4.2 符合方法介绍
4.2.1 符合事件介绍
4.2.2 真符合与偶然符合
4.2.3 符合测量原理
4.3 数据处理算法介绍
4.3.1 γ谱系统介绍
4.3.2 能谱获取方法
4.3.3 算法介绍
第五章 仿核信号源测试实验
5.1 仿核脉冲的产生
5.2 数据补偿算法
5.3 影响因素测量
5.3.1 噪声叠加
5.3.2 脉冲幅度
5.3.3 噪声影响
第六章 放射源实验测量
6.1 LYSO闪烁体探测器测量
6.2 基线恢复测试
6.3 符合分辨时间测量
6.4 符合电路测量
第七章 总结与展望
参考文献
在学期间研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于基线自动恢复技术的数字多道能谱仪[J]. 陈伟,周建斌,方方,洪旭,赵祥,周伟,马英杰. 核技术. 2018(05)
[2]基于脉冲面积分析法改善能谱分辨率研究[J]. 杨磊,黄强,陈禛,任忠国,祁中,李东仓. 核电子学与探测技术. 2017(01)
[3]基于FPGA的符合系统设计[J]. 孟倩,刘山亮,许凯丽. 激光杂志. 2016(11)
[4]硅光电倍增器在剂量测量中的应用现状与前景[J]. 陈法国,韩毅,于伟跃,沈华亚. 核电子学与探测技术. 2016(01)
[5]SIPM在脉冲光检测系统中的应用研究[J]. 陈忠祥,武晓东,吴云良,王策,裴智果. 光学仪器. 2014(06)
[6]Digital coincidence acquisition applied to portable β liquid scintillation counting device[J]. REN Zhongguo,HU Bitao,ZHAO Zhiping,LI Dongcang. Nuclear Science and Techniques. 2013(03)
[7]硅光电探测器的发展与应用[J]. 黄敏敏,朱兴龙. 机械工程与自动化. 2011(06)
[8]基于FPGA的数字化核脉冲幅度分析器[J]. 肖无云,梁卫平,邵建辉,王善强,艾宪芸,史志兰. 核电子学与探测技术. 2008(06)
[9]数字化核能谱获取中信号处理方法的研究[J]. 张软玉,陈世国,罗小兵,王鹏,李泰华. 原子能科学技术. 2004(03)
[10]核技术及其应用的发展[J]. 郭之虞,王宇钢,包尚联. 北京大学学报(自然科学版). 2003(S1)
博士论文
[1]数字核谱仪系统中关键技术的研究[D]. 张怀强.成都理工大学 2011
[2]基于FPGA的精密时间—数字转换电路研究[D]. 宋健.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于FPGA的高计数率下改善γ谱仪分辨率研究[D]. 黄强.兰州大学 2018
[2]基于SiPM的个人剂量仪的研制[D]. 李忠.兰州大学 2017
[3]SiPM光子探测性能分析及高精度多光子探测研究[D]. 陈义拴.陕西师范大学 2016
[4]基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器的研制[D]. 邹伟.成都理工大学 2012
[5]数字符合的数据获取与处理研究[D]. 赖伟.南华大学 2012
本文编号：3707310
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.3 主要内容及章节安排
第二章 硅光电倍增管、无机闪烁体和探测器原理
2.1 硅光电倍增管介绍
2.1.1 雪崩光电二极管原理
2.1.2 SiPM原理
2.1.3 SiPM的噪声
2.1.4 SiPM的温度效应
2.1.5 SiPM与 PMT比较
2.1.6 MicroFC-60035-SMT
2.2 无机闪烁体介绍
2.2.1 物质与γ/X光作用原理
2.2.2 无机闪烁体发光原理
2.2.3 无极闪烁体的物理特性
2.2.4 选用的闪烁体
2.3 探头的制作
第三章 SiPM探测器温度补偿型电源设计
3.1 设计原理
3.2 电子元器件介绍
3.2.1 AD581LH
3.2.2 LM358比较放大器
3.2.3 LPTC型热敏电阻KTY83/110
3.3 电路原理图及PCB板设计
3.4 MicroFC-60035-SMT负载电阻的确定
3.5 实验测量
3.5.1 电路噪声消除
3.5.2 电路输出温度系数测量
3.5.3 放射源测量
第四章 数字获取系统设计
4.1 硬件系统介绍
4.1.1 Stratix Ⅲ3SL150介绍
4.1.2 USB传输模块介绍
4.1.3 ADC数据转换模块
4.2 符合方法介绍
4.2.1 符合事件介绍
4.2.2 真符合与偶然符合
4.2.3 符合测量原理
4.3 数据处理算法介绍
4.3.1 γ谱系统介绍
4.3.2 能谱获取方法
4.3.3 算法介绍
第五章 仿核信号源测试实验
5.1 仿核脉冲的产生
5.2 数据补偿算法
5.3 影响因素测量
5.3.1 噪声叠加
5.3.2 脉冲幅度
5.3.3 噪声影响
第六章 放射源实验测量
6.1 LYSO闪烁体探测器测量
6.2 基线恢复测试
6.3 符合分辨时间测量
6.4 符合电路测量
第七章 总结与展望
参考文献
在学期间研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于基线自动恢复技术的数字多道能谱仪[J]. 陈伟,周建斌,方方,洪旭,赵祥,周伟,马英杰. 核技术. 2018(05)
[2]基于脉冲面积分析法改善能谱分辨率研究[J]. 杨磊,黄强,陈禛,任忠国,祁中,李东仓. 核电子学与探测技术. 2017(01)
[3]基于FPGA的符合系统设计[J]. 孟倩,刘山亮,许凯丽. 激光杂志. 2016(11)
[4]硅光电倍增器在剂量测量中的应用现状与前景[J]. 陈法国,韩毅,于伟跃,沈华亚. 核电子学与探测技术. 2016(01)
[5]SIPM在脉冲光检测系统中的应用研究[J]. 陈忠祥,武晓东,吴云良,王策,裴智果. 光学仪器. 2014(06)
[6]Digital coincidence acquisition applied to portable β liquid scintillation counting device[J]. REN Zhongguo,HU Bitao,ZHAO Zhiping,LI Dongcang. Nuclear Science and Techniques. 2013(03)
[7]硅光电探测器的发展与应用[J]. 黄敏敏,朱兴龙. 机械工程与自动化. 2011(06)
[8]基于FPGA的数字化核脉冲幅度分析器[J]. 肖无云,梁卫平,邵建辉,王善强,艾宪芸,史志兰. 核电子学与探测技术. 2008(06)
[9]数字化核能谱获取中信号处理方法的研究[J]. 张软玉,陈世国,罗小兵,王鹏,李泰华. 原子能科学技术. 2004(03)
[10]核技术及其应用的发展[J]. 郭之虞,王宇钢,包尚联. 北京大学学报(自然科学版). 2003(S1)
博士论文
[1]数字核谱仪系统中关键技术的研究[D]. 张怀强.成都理工大学 2011
[2]基于FPGA的精密时间—数字转换电路研究[D]. 宋健.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于FPGA的高计数率下改善γ谱仪分辨率研究[D]. 黄强.兰州大学 2018
[2]基于SiPM的个人剂量仪的研制[D]. 李忠.兰州大学 2017
[3]SiPM光子探测性能分析及高精度多光子探测研究[D]. 陈义拴.陕西师范大学 2016
[4]基于FPGA的数字化多道脉冲幅度分析器的研制[D]. 邹伟.成都理工大学 2012
[5]数字符合的数据获取与处理研究[D]. 赖伟.南华大学 2012
本文编号：3707310
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3707310.html
