本文關鍵詞：基于電子轟擊式CCD的大動態(tài)條紋相機研究和讀出電路設計

  更多相關文章： 大動態(tài)條紋相機 電子轟擊式CCD 低噪聲讀出電路 動態(tài)范圍 空間分辨率

【摘要】：為了實現(xiàn)對更弱、以及物理量跨度更大的信號探測,滿足材料、生物、信息、半導體物理以及能源等重大科學領域?qū)υ\斷精密化的進一步需求,需要提高條紋相機的動態(tài)范圍、空間分辨率和信噪比。為此,本文研制了基于電子轟擊式CCD(EBCCD)的大動態(tài)條紋相機。在全面分析影響條紋相機系統(tǒng)動態(tài)范圍的主要因素的基礎上,本文首先對大動態(tài)條紋變像管的管型進行了選取,即采用結構為矩形框電極和電四極透鏡的電子光學系統(tǒng),該結構的空間聚焦(狹縫方向)和時間聚焦(掃描方向)相對分立,可以降低空間電荷效應,減小電子渡越時間,提高條紋變像管的動態(tài)范圍和信噪比。引入了電子轟擊式CCD(EBCCD)的概念,講述了背照式CCD(BCCD)的結構和工作原理,分別介紹了EBCCD和ICCD,以突出EBCCD的優(yōu)越性能。指出了傳統(tǒng)條紋相機中采用微通道板(MCP)和熒光屏的成像缺點和弊端,取而代之的是將EBCCD應用在條紋變像管超快診斷設備中直接收集電子以提高空間分辨率和動態(tài)范圍。完成了基于電子轟擊式CCD的大動態(tài)條紋相機的結構設計,并采用了ANDOR公司的CCD相機結合各向異性聚焦條紋變像管完成了條紋相機的組裝。在通過實驗驗證EBCCD相機對整機系統(tǒng)的性能有很大的提高的基礎上,自主設計了電子轟擊式的低噪聲讀出電路,采用了FPGA硬件設計的方法,使用Verilog HDL編寫時序脈沖的源程序,選用Xilinx公司的Spartan-6作為主芯片設計了時序產(chǎn)生模塊,并且還完成了讀出電路的驅(qū)動模塊、圖像處理模塊、圖像采集模塊、電源模塊的設計。對電子轟擊式CCD的大動態(tài)條紋相機進行了性能測試實驗,搭建了靜態(tài)和動態(tài)測試的實驗平臺,實驗結果表明,條紋相機的靜態(tài)空間分辨率高于35lp/mm,動態(tài)空間分辨率達到20 lp/mm,偏轉(zhuǎn)靈敏度為60.76 mm/kV,動態(tài)范圍達到2094:1,掃描速度為4.04ps/pix,掃描速度非線性為5.04%,條紋相機的電子轟擊半導體(EBS)增益達到3000以上。
【關鍵詞】：大動態(tài)條紋相機 電子轟擊式CCD 低噪聲讀出電路 動態(tài)范圍 空間分辨率
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB852
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 超快診斷技術概述12
• 1.2 條紋相機的結構和工作原理12-14
• 1.3 條紋相機的應用14-15
• 1.4 條紋相機的研究狀況15-17
• 1.4.1 國外研究進展15-16
• 1.4.2 國內(nèi)研究進展16-17
• 1.5 本文的研究內(nèi)容17-20
• 2 條紋變像管的結構和評價體系20-28
• 2.1 影響條紋相機動態(tài)范圍的因素20-22
• 2.2 條紋變像管的結構設計22-25
• 2.2.1 光電陰極22
• 2.2.2 電子光學系統(tǒng)22-24
• 2.2.3 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)24-25
• 2.3 條紋變像管的性能評價25-28
• 2.3.1 空間分辨特性25-26
• 2.3.2 時間分辨特性[42]26
• 2.3.3 動態(tài)范圍特性26-28
• 3 基于電子轟擊式CCD的條紋相機設計28-36
• 3.1 背照式CCD的工作原理28-29
• 3.2 EBCCD與ICCD的特性對比29-31
• 3.3 基于EBCCD的條紋管的結構設計31-33
• 3.4 基于EBCCD的條紋管EBS增益及噪聲因子33-34
• 3.5 設計結果總結34-36
• 4 電子轟擊式讀出電路研制36-60
• 4.1 CCD 47-20簡介36-39
• 4.2 讀出電路設計39-58
• 4.2.1 時序產(chǎn)生模塊40-47
• 4.2.2 驅(qū)動模塊47-50
• 4.2.3 信號處理模塊50-54
• 4.2.4 圖像采集模塊54-55
• 4.2.5 電源模塊55-58
• 4.3 研制結果總結58-60
• 5 基于EBCCD的大動態(tài)條紋相機實驗測試60-76
• 5.1 靜態(tài)實驗測試60-66
• 5.1.1 測試方案和測試平臺60-61
• 5.1.2 靜態(tài)空間分辨率測試61-64
• 5.1.3 偏轉(zhuǎn)靈敏度測試64-66
• 5.2 動態(tài)實驗測試66-74
• 5.2.1 測試方案和測試平臺66-69
• 5.2.2 動態(tài)空間分辨率測試69-70
• 5.2.3 動態(tài)范圍測試70-72
• 5.2.4 掃描速度以及掃速非線性的確定72-74
• 5.3 實驗結果總結74-76
• 6 工作總結與展望76-80
• 6.1 全文工作總結76-77
• 6.2 后續(xù)工作設想77-80
• 參考文獻80-86
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果86

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;條紋相機的新應用[J];激光與光電子學進展;1996年07期

2 王哲斌;楊冬;張惠鴿;章歡;蔣小華;王傳珂;況龍鈺;劉永剛;朱托;彭曉世;張琛;劉浩;李志超;李三偉;;光學條紋相機時間掃描性能應用[J];強激光與粒子束;2012年08期

3 彭曉世;劉永剛;張惠鴿;蔣小華;安竹;;光學條紋相機掃描速度實驗標定[J];核電子學與探測技術;2008年04期

4 何徽;溫偉峰;張登洪;劉壽先;;條紋相機掃描速度調(diào)節(jié)電路[J];西安交通大學學報;2013年12期

5 李炳乾,王永昌,張小秋,龔美霞,山冰;紫外/可見皮秒條紋相機時空分辨率[J];半導體光電;1997年06期

6 熊發(fā)田;白永林;劉百玉;歐陽嫻;黨君禮;舒雅;;條紋相機非線性修正算法(英文)[J];強激光與粒子束;2008年10期

7 張穩(wěn)穩(wěn);白永林;歐陽嫻;劉百玉;侯洵;;具有OLED顯示的智能化條紋相機(英文)[J];紅外與激光工程;2012年02期

8 ;氣室型X光條紋相機實現(xiàn)“超級快照”[J];計量與測試技術;2014年04期

9 熊發(fā)田;白永林;劉百玉;歐陽嫻;楊文正;白曉紅;趙軍平;;基于圖像處理的條紋相機掃描非線性修正[J];光子學報;2009年04期

10 李炳乾,王永昌,張小秋,龔美霞,山冰;條紋相機掃描電路特性研究[J];西安交通大學學報;1998年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 夏彥文;劉華;陳波;葉金祥;蘇春燕;謝旭東;;條紋相機掃速非線性的標定和修正[A];第六屆全國激光科學技術青年學術交流會論文集[C];2001年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 吳陳;考慮空間電荷效應的條紋相機的數(shù)值分析[D];大連交通大學;2012年

2 潘寶毅;條紋相機分布式控制技術研究[D];中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所）;2012年

3 程書博;科學級光學CCD及光學條紋相機測試標定研究[D];中南大學;2012年

4 張戶昌;基于LabVIEW的條紋相機遠程測控系統(tǒng)設計[D];西安工業(yè)大學;2010年

5 張磊;基于MFC條紋相機圖像采集與標定系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];深圳大學;2015年

6 朱敏;基于電子轟擊式CCD的大動態(tài)條紋相機研究和讀出電路設計[D];中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所);2015年

7 楊威;多狹縫條紋相機電子控制系統(tǒng)的研制[D];中國科學院研究生院（西安光學精密機械研究所）;2008年

，

本文編號：582115