一种中子照相装置

1.本实用新型涉及中子探测技术领域，特别涉及一种中子照相装置。


背景技术：

2.随着中子散射谱仪不断升级和应用规模的扩大，今后对大面积位敏型中子探测器的需求将越来越多。在中子通量不断增加的背景下，探测器读出通道或像素单元的数目也急剧增加，而信号读出环节中的高精度位置测量和高读出计数率存在冲突。
3.基于cmos传感器的中子探测器也可以称之为中子照相装置，传统的中子照相装置位置分辨率高但是采用单一读出方式，不但时间分辨率较低，而且在大中子通量下的计数率也不理想。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供了一种中子照相装置，用以解决现有技术中中子照相装置存在时间分辨率较低和计数率不理想的问题。
5.一方面，本实用新型实施例提供了一种中子照相装置，包括：
6.时间测量系统，用于获取外部接口提供的触发信号；
7.位置测量系统，包括具有roi读出功能的cmos传感器；
8.信号控制系统，与时间测量系统和位置测量系统分别电连接，信号控制系统在触发信号的控制下控制cmos传感器的工作状态，cmos传感器获取中子荧光投影图像后，将中子荧光投影图像中与roi区域对应的像素读出并发送至信号控制系统。
9.本实用新型中的一种中子照相装置，具有以下优点：
10.可以达到纳秒量级下的快门触发，提高时间分辨率。而且利用roi读出的方式也改进了计数率。该装置的中子照相预期达到时间分辨率、位置分辨率、计数率等性能指标显著提高，可以快速地对数据读出。
附图说明
11.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1为本实用新型实施例提供的一种中子照相装置的组成示意图；
13.图2为本实用新型实施例提供的一种中子照相装置的硬件电路连接示意图。
具体实施方式
14.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的
实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
15.图1-2为本实用新型实施例提供的一种中子照相装置的组成示意图。本实用新型实施例提供了一种中子照相装置，包括：
16.时间测量系统，用于获取外部接口提供的触发信号；
17.位置测量系统，包括具有roi读出功能的cmos传感器；
18.信号控制系统，与时间测量系统和位置测量系统分别电连接，信号控制系统在触发信号的控制下控制cmos传感器的工作状态，cmos传感器获取中子荧光投影图像后，将中子荧光投影图像中与roi区域对应的像素读出并发送至信号控制系统。
19.示例性地，中子打入荧光体闪烁屏后与中子灵敏核素反应，激发荧光。荧光产生后将在1微秒内衰弱消失，因此本实用新型的照相装置需要在极短的时间内完成时间、位置测量以及读出。
20.在本实用新型的实施例中，cmos(互补型金属氧化物半导体)传感器选用安森美公司noil2sm1300a系列的cmos传感器，其具有roi(感兴趣区域)读出功能，最高帧率可以达到102249fps，而且内部集成了24路10bit的高速ad(模数)转换器。该传感器在读出噪声、动态范围和量子效率方面均有不错的表现，具有较高的灵敏度，适合高帧率下的短积分时间成像与图像高速传输。
21.时间测量系统能够在纳秒量级的响应下完成中子事件的触发与读出，读出的触发信号包含精确的时间信息、粗糙的位置信息与能量信息。
22.中子轰击在闪烁屏上形成光斑(即触发信号)，外部接口将光斑缩小并投影至cmos传感器的玻璃屏，以方便cmos传感器进行拍照。在本实用新型的实施例中，信号控制系统包括：fpga芯片，与时间测量系统和cmos传感器分别电连接。进一步地，信号控制系统还包括：存储模块，与fpga芯片电连接，存储模块用于存储fpga芯片产生的数据；电路指示灯，与fpga芯片电连接；网络接口，与fpga芯片电连接，网络接口用于与上位机连接。
23.fpga(现场可编程门阵列)芯片可以选择kintex-7系列中的xc7k-325tffg676芯片作为主控制芯片。fpga芯片中的i/o管脚主要控制jtag下载口的配置、网络接口的配置、cmos传感器的配置、存储模块的读写控制和电路指示灯的控制。由于cmos传感器对辐照比较敏感，因此需要远离其他器件放置，以确保电路寿命。存储模块可以采用ddr存储器，其可以采用两组mt41j128m16jt-125型号的ddr3，以避免读出数据量大情况下的数据传输瓶颈。网络接口可以采用rj45接口作为网口。电路指示灯可以采用dialight-553系列的led指示灯。sma接口用于进行信号波形的输出。
24.尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
25.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。


技术特征：
1.一种中子照相装置，其特征在于，包括：时间测量系统，用于获取外部接口提供的触发信号；位置测量系统，包括具有roi读出功能的cmos传感器；信号控制系统，与所述时间测量系统和位置测量系统分别电连接，所述信号控制系统在所述触发信号的控制下控制所述cmos传感器的工作状态，所述cmos传感器获取中子荧光投影图像后，将所述中子荧光投影图像中与roi区域对应的像素读出并发送至所述信号控制系统。2.根据权利要求1所述的一种中子照相装置，其特征在于，所述信号控制系统包括：fpga芯片，与所述时间测量系统和cmos传感器分别电连接。3.根据权利要求2所述的一种中子照相装置，其特征在于，所述信号控制系统还包括：存储模块，与所述fpga芯片电连接，所述存储模块用于存储所述fpga芯片产生的数据。4.根据权利要求2所述的一种中子照相装置，其特征在于，所述信号控制系统还包括：电路指示灯，与所述fpga芯片电连接。5.根据权利要求2所述的一种中子照相装置，其特征在于，所述信号控制系统还包括：网络接口，与所述fpga芯片电连接，所述网络接口用于与上位机连接。

技术总结
本实用新型公开了一种中子照相装置，包括：时间测量系统，用于获取外部接口提供的触发信号；位置测量系统，包括具有ROI读出功能的CMOS传感器；信号控制系统，与时间测量系统和位置测量系统分别电连接，信号控制系统在触发信号的控制下控制CMOS传感器的工作状态，CMOS传感器获取中子荧光投影图像后，将中子荧光投影图像中与ROI区域对应的像素读出并发送至信号控制系统。本实用新型可以达到纳秒量级下的快门触发，提高时间分辨率，而且利用ROI读出的方式也改进了计数率。该装置的中子照相预期达到时间分辨率、位置分辨率、计数率等性能指标显著提高，可以快速地对数据读出。可以快速地对数据读出。可以快速地对数据读出。


技术研发人员：马毅超 田香凝
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2022.08.05
技术公布日：2022/11/10