一种辐射探测电路

1.本发明涉及空间辐射探测领域，特别涉及种基于硅光电倍增管部分电荷读取技术的辐射探测电路。


背景技术：

2.近年来，有机塑料闪烁体在脉冲形状分辨(psd)方面的研究取得了突破性进展。与传统光电倍增管(pmts)相比，硅光电倍增管(sipms)具有功耗低、体积小、对磁场不敏感等优点。一个sipm传感器有两个输出：标准输出和快速输出。
3.与标准信号相比，来自sipms的快速信号在定时和时间相关测量方面表现出更好的性能。标准信号的脉冲持续时间约为数百纳秒，而快速信号的主单极波形的脉冲持续时间为几十纳秒，能够更好的应对高速脉冲环境。
4.但由于快速信号波形存在下冲，在通常环境下仅在高速环境下进行计数使用，在后续的信号传输与分析处理中产生一定的负面影响，因此需要通过后续电路处理从而改善波形。虽然在前期的实验中使得快信号能进行初步的粒子鉴别能力，但是其品质因子远低于标准读出模式下的粒子鉴别能力品质因子。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供一种可以改善硅光电倍增管fast模式输出波形，在确保粒子鉴别能力的同时获得更优良的时序性能的辐射探测电路。
6.为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种辐射探测电路，包括：第一级放大电路，所述第一级放大电路的输入端与硅光电倍增管的fast模式的输出端连接，所述第一级放大电路的输出端与模拟信号处理电路的输入端连接，所述模拟信号处理电路的输出端与第二级放大电路的输入端连接，所述第二级放大电路的输出端与数模转换单元连接。
7.作为优选的一种技术方案，所述第一放大电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的反向输入端与所述硅光电倍增管的fast模式的输出端连接。
8.作为优选的一种技术方案，所述模拟信号处理电路包括第一滤波电路，所述第一滤波电路的输入端与所述第一级放大电路的输出端连接，所述第一滤波电路的输出端与滑动变阻器的一端连接，所述滑动变阻器的另一端接地。
9.作为优选的一种技术方案，所述第一滤波电路包括并联的第一电容和第一电阻，所述第一电容和第一电阻的一端与所述第一级放大电路的输出端连接，另一端与所述滑动变阻器的一端连接。
10.作为优选的一种技术方案，所述第一滤波电路的输出端还连接有第二滤波电路，所述第二滤波电路包括第二电容和第二电阻，所述第二电容的一端与所述第一滤波电路的输出端连接，所述第二电容的另一端与所述第二级放大电路的输入端连接，所述第二电阻的一端与所述第二级放大电路的输入端连接，所述第二电阻的另一端接地。
11.本发明相对于现有技术的有益效果是：该辐射探测电路通过对硅光电倍增管的fast模式输出信号进行两次放大，并在两次放大之间增加一级脉冲波形处理电路用来改善脉冲波形，从而消除脉冲信号的下冲部分并进一步缩短了脉冲宽度，在保证了系统整体粒子鉴别能力的前提下，进一步提升了时间性能，防止后续出现脉冲堆积现象。
附图说明
12.图1是本发明提供的一种辐射探测电路中电源模块的电路图；
13.图2是本发明提供的一种辐射探测电路中模拟信号处理模块的电路图；
14.图3是本发明提供的一种辐射探测电路的仿真结果图。
具体实施方式
15.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
16.本实施例提供的辐射探测电路分为两个部分，分别是电源管理部分和模拟信号处理部分。
17.参照图1，本实施例提供的辐射探测电路采用28v航空直流电源作为系统的供电输入，接口选择为rf1。该电源通过电源管理系统后分为两条线路，其中一路通过ldo电路的调节为硅光电倍增管提供工作电压，输出接口为rf2；另外一路通过dc-dc模块转换成
±
5v双输出两路电压为模拟信号处理电路中的集成运放提供稳定的工作电压。
18.由于硅光电倍增管的最适合工作电压不确定，因此需要利用滑动变阻器进行电压的初步改变，但因为引入滑动变阻器导致输出电压噪声较大，同时因为小型化的要求，因此在输出端接入若干个铁氧体磁珠用来降低电压噪声，改善硅光电倍增管的工作环境。
19.由于dc-dc模块需要同时供给多路集成运算放大器，因此需要在
±
5v电压后以及集成运算放大器工作电压输入端前增加多组滤波电容。该项举措有效降低了集成运算放大器之间的串扰，稳定了两级放大芯片的工作环境，减少了旁路噪声的干扰。
20.参照图2，本实施例提供的模拟信号处理部分包括：第一运算放大器u1，第一运算放大器u1的反向输入端与硅光电倍增管的fast模式的输出端连接，第一运算放大器u1的输出端与模拟信号处理电路的输入端连接，模拟信号处理电路的输出端与第二运算放大器u2的输入端连接，第二运算放大器u2的输出端与数模转换单元连接。
21.在本实施例中，模拟信号处理电路包括第一滤波电路，第一滤波电路的输入端与所述第一级放大电路的输出端连接，所述第一滤波电路的输出端与滑动变阻器的一端连接，所述滑动变阻器的另一端接地。
22.在本实施例中，第一滤波电路包括并联的第一电容c2和第一电阻r4，第一电容c2和第一电阻r4的一端与第一运算放大器u1的输出端连接，另一端与滑动变阻器r5的一端连接，
23.在本实施例中，第一滤波电路的输出端还连接有第二滤波电路，第二滤波电路包括第二电容c3和第二电阻r6，第二电容c3的一端与第一滤波电路的输出端连接，第二电容c3的另一端与第二级放大电路的输入端连接，第二电阻r6的一端与第二级放大电路的输入端连接，所述第二电阻的另一端接地。
24.硅光电倍增管的fast模式输出信号通过接口引入模拟信号处理电路，由于模拟信号幅度小，容易收到外界环境噪声的干扰，因此采用第一级前置放大电路对输出信号进行第一次放大，主要目的在于对fast信号进行初步放大，保证信号波形蕴含的信息不发生畸变，同时降低外界环境噪声对信号的干扰。
25.但由于fast信号本身存在下冲，且由于下冲部分的存在会导致后续信号处理时计算量大幅度增加，同时当处于高速环境下下冲部分会大幅度增加后端模数转换单元出现信号堆积的可能性。为此，在第一级放大电路输出端接入脉冲波形处理模块，通过电路极点与零点相互抵消的设计，消除脉冲信号的下冲部分，同时能进一步缩短fast信号的脉冲宽度，通过改变滑动变阻器r5改变阻值，能在一定范围内调节脉冲信号的幅值及脉冲宽度。进行初步脉冲整形后，将输出信号进行高通滤波，将该信号中的低频部分进行滤除，减少相关环境噪声的影响，同时降低后续采集到的数据量，便于进行数据处理分析。
26.但由于fast信号在经历脉冲波形处理电路后，在脉冲宽度和信号下冲情况出现明显改善的同时，信号的脉冲幅度会出现较为显著的下降。因此为保证信号信噪比及后续信号处理时的阈值设置，需要对经历脉冲波形处理电路输出端接第二级放大电路，第二级放大电路与第一级放大电路构成基本相同，主要目的在于对经过脉冲波形处理的fast信号进行二次放大，减少后续传输过程中的环境噪声干扰。经过多次放大处理的fast信号通过接口传输至后续模块，但由于采用同轴电缆进行信号传输，需要增加与同轴电缆阻值相同的匹配阻抗进行调节，防止信号在接口处出现反射从而影响探测系统的整体性能。
27.由图3可以看出，该辐射探测电路通过对硅光电倍增管的fast模式输出信号进行两次放大，并在两次放大之间增加一级脉冲波形处理电路用来改善脉冲波形，从而消除脉冲信号的下冲部分并进一步缩短了脉冲宽度，在保证了系统整体粒子鉴别能力的前提下，进一步提升了时间性能，防止后续出现脉冲堆积现象。
28.值得指出的是，这里给出的方式只是作为本发明的一个具体实施方式，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。