一种能谱计数型线阵闪烁探测器

本技术涉及高速x射线扫描成像，尤其是涉及一种能谱计数型线阵闪烁探测器。

背景技术：

1、在工业自动化领域，特别是安检扫描、高速传输带物料分选等高通量检测场景中，对物料的快速、准确识别是至关重要的。

2、传统的物料分选系统通常依赖于视觉识别技术或机械感应装置，这些方法虽然在一定程度上能够满足需求，但在处理速度、准确性和可靠性方面存在局限性。例如，在食品加工、药品制造等行业，需要对大量流动的物料进行质量控制和分选。这些物料可能在形状、大小、颜色和材质上存在微小差异，传统的分选系统可能无法有效区分这些细微差异，导致分选精度不高。此外，对于高速流动的物料，传统的分选系统可能由于处理速度不足而无法实现实时分选。

3、在安检扫描等应用场景中，对射线的精确探测和分析同样重要。这些场景要求探测器不仅能够快速响应，还能够在高流量射线环境下保持高分辨率和准确性。现有的闪烁探测器在这些方面可能无法满足要求，特别是在需要同时提供高分辨率位置信息和能谱信息的情况下。

4、因此，开发一种适应高通量检测场景，能够快速响应、同步采集、灵活便携，同时提供高分辨率位置信息和能谱信息的闪烁探测器是非常必要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种能谱计数型线阵闪烁探测器，以解决上述技术问题。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种能谱计数型线阵闪烁探测器，包括：

3、至少一个探测单元，包括一个条状闪烁体及并排耦合在所述条状闪烁体的底部端面上的多个硅光电倍增管，其中，所述条状闪烁体除底部端面外的区域均被反射层包覆，以形成光学封闭，用于对入射射线进行反射，并发出闪烁光；

4、所述硅光电倍增管用于将所述闪烁光转换为原始电荷信号；

5、读出电子学系统，包括前置电路、高速模数转换器和现场可编程门阵列，其中，所述前置电路，用于将所述硅光电倍增管输出的原始电荷信号转换为电压脉冲信号，并将每路所述电压脉冲信号分为快支路信号和慢支路信号，其中，一路电压脉冲信号对应一个硅光电倍增管，一个所述探测单元对应多路电压脉冲信号，一个所述探测单元对应多路快支路信号和多路慢支路信号；

6、所述现场可编程门阵列，用于对所述至少一个探测单元中每个探测单元对应的所述快支路信号进行响应，并基于所述快支路信号判定有效事件，响应于所述有效事件，发出同步采集指令；

7、所述高速模数转换器，用于接收所述慢支路信号，并响应于所述同步采集指令，提取目标慢信号的信号峰值幅度，其中，所述目标慢信号由所述至少一个探测单元中的目标探测单元输出的原始电荷信号经前置电路处理生成，所述目标探测单元对应的各路快支路信号中至少有一路信号被判定为有效事件；

8、所述现场可编程门阵列，还用于基于所述目标慢信号的信号峰值幅度，计算峰值幅度比值、目标慢信号的信号总和，并将所述峰值幅度比值转换为位置信息，将所述目标慢信号的信号总和转换为能谱直方图。

9、进一步地，若所述探测单元对应的各路快支路信号中至少有一路信号的幅度超过门限阈值，则所述探测单元为目标探测单元。

10、进一步地，所述能谱计数型线阵闪烁探测器包括：

11、各个所述探测单元中所述硅光电倍增管的数量一致；

12、所述前置电路，包括与所述探测单元中各个所述硅光电倍增管对应设置的放大器；

13、所述放大器，用于将所述探测单元中各个所述硅光电倍增管输出的原始电荷信号转换为电压脉冲信号。

14、进一步地，所述能谱计数型线阵闪烁探测器包括：

15、每个所述探测单元包括两个硅光电倍增管，每个所述前置电路包括两个放大器；

16、针对于每个探测单元，一个所述放大器用于将所述探测单元的两个硅光电倍增管中的一个硅光电倍增管输出的原始电荷信号转换为第一电压脉冲信号，另一个所述放大器用于将所述探测单元的两个硅光电倍增管中的另一个硅光电倍增管输出的原始电荷信号转换为第二电压脉冲信号。

17、进一步地，所述现场可编程门阵列具体被配置为：

18、基于所述第一电压脉冲信号和所述第二电压脉冲信号中的慢支路信号，计算所述峰值幅度比值；

19、基于预设的峰值幅度比值-位置查找表，将所述峰值幅度比值转换为位置信息，所述位置信息用于表征入射射线在所述目标探测单元对应条状闪烁体内的作用位置。

20、进一步地，所述现场可编程门阵列采用如下公式计算峰值幅度比值：

21、；

22、其中，为第一电压脉冲信号中慢支路信号的信号峰值幅度，为第二电压脉冲信号中慢支路信号的信号峰值幅度。

23、进一步地，所述现场可编程门阵列具体被配置为：

24、基于所述第一电压脉冲信号和所述第二电压脉冲信号中的慢支路信号，计算所述目标慢信号的信号总和；

25、基于所述目标慢信号的信号总和、预设的能量与目标慢信号的信号总和的映射关系，确定入射射线光子的能量；

26、将所述入射射线光子的能量转换为能谱直方图。

27、进一步地，所述现场可编程门阵列中预设的能量与目标慢信号的信号总和的映射关系为：

28、；

29、其中，为目标慢信号的信号总和，为第一能量系数，为第二能量系数。

30、进一步地，所述能谱计数型线阵闪烁探测器包括：

31、所述探测单元为多个，多个所述探测单元沿硅光电倍增管并排耦合的方向并排排列，共同构成线阵探测阵列；

32、所述线阵探测阵列中探测单元的底部端面集成于同一印制电路板载板，所述印制电路板载板用于实现各个所述探测单元与所述读出电子学系统之间的电气连接。

33、第二方面，本技术实施例还提供一种能谱计数型线阵闪烁探测方法，应用于所述能谱计数型线阵闪烁探测器，所述能谱计数型线阵闪烁探测器包括：

34、至少一个探测单元，包括一个条状闪烁体及并排耦合在所述条状闪烁体的底部端面上的多个硅光电倍增管，其中，所述条状闪烁体除底部端面外的区域均被反射层包覆，以形成光学封闭，用于对入射射线进行反射，并发出闪烁光；

35、所述硅光电倍增管用于将所述闪烁光转换为原始电荷信号；

36、读出电子学系统，包括前置电路、高速模数转换器和现场可编程门阵列，其中，所述前置电路，用于将所述硅光电倍增管输出的原始电荷信号转换为电压脉冲信号，并将每路所述电压脉冲信号分为快支路信号和慢支路信号，其中，一路电压脉冲信号对应一个硅光电倍增管；

37、所述现场可编程门阵列，用于对所述至少一个探测单元中每个探测单元对应的所述快支路信号进行响应，并基于所述快支路信号判定有效事件，响应于所述有效事件，发出同步采集指令；

38、所述高速模数转换器，用于接收所述慢支路信号，并响应于所述同步采集指令，提取目标慢信号的信号峰值幅度，其中，所述目标慢信号由所述至少一个探测单元中的目标探测单元输出的原始电荷信号经前置电路处理生成，所述目标探测单元对应的各路快支路信号中至少有一路信号被判定为有效事件；

39、所述现场可编程门阵列，还用于基于所述目标慢信号的信号峰值幅度，计算峰值幅度比值、目标慢信号的信号总和，并将所述峰值幅度比值转换为位置信息，将所述目标慢信号的信号总和转换为能谱直方图。

40、本技术实施例带来了以下有益效果：

41、（1）本技术通过使用条状闪烁体和反射层形成的光学封闭结构，入射射线在闪烁体内被有效反射并发出闪烁光，从而提高了闪烁光收集效率。多个硅光电倍增管并排耦合在闪烁体底部端面上，确保了闪烁光信号被高效转换为原始电荷信号。这种设计使得探测器能够提供高分辨率的位置信息。

42、（2）本技术的读出电子学系统，包括前置电路、高速模数转换器和现场可编程门阵列，能够快速处理大量的信号。前置电路将硅光电倍增管的输出信号转换为电压脉冲信号，并分为快支路信号和慢支路信号，其中快支路信号用于判定有效事件。这种设计使得探测器能够快速响应于入射射线，适用于安检扫描、高速传输带物料分选等高通量检测场景。

43、（3）本技术的现场可编程门阵列对快支路信号进行响应，并在判定有效事件后发出同步采集指令。高速模数转换器接收慢支路信号，并提取目标慢信号的信号峰值幅度。现场可编程门阵列还用于计算峰值幅度比值和目标慢信号的信号总和，将峰值幅度比值转换为位置信息，将目标慢信号的信号总和转换为能谱直方图。这种设计使得探测器能够同时提供高分辨率的位置信息和能谱直方图，适用于需要精确能谱分析的应用场景。

44、（4）本技术的现场可编程门阵列的使用提供了高度的灵活性和可编程性，使得探测器能够适应不同的应用需求。通过重新编程门阵列，可以调整探测器的响应特性，以适应不同的射线类型和能量范围。

45、（5）本技术的紧凑设计和高效率使得该探测器既便携又实用，适用于现场检测和便携式应用。这对于需要在各种环境下进行实时检测的应用场景尤为重要。

46、本技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

47、为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。