發(fā)布時間：2020-09-08 12:22

　　 近些年來,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新,生物醫(yī)學(xué)、食品安全、工業(yè)建設(shè)、國防軍事、等離子體物理等越來越多的領(lǐng)域涉及到對微弱光信號進(jìn)行檢測分析,并且對微弱光信號檢測的精度要求也越來越高。微弱光信號的檢測需要搭建光電檢測系統(tǒng),鑒于光電倍增管(PhotomultiplierTube,PMT)具有靈敏度高、增益大、暗電流低等特點,因此常被應(yīng)用于光電檢測系統(tǒng)中。由于PMT模塊具有供電電壓低、安全性好、響應(yīng)時間短、信噪比高等優(yōu)點,PMT模塊的使用也越來越多。對于極微弱光信號而言,PMT模塊增益的適宜調(diào)節(jié)十分重要,增益調(diào)節(jié)過高或者過低,都有可能導(dǎo)致被測微弱光信號出現(xiàn)削峰或被噪聲信號湮沒的現(xiàn)象。而傳統(tǒng)PMT模塊增益的調(diào)節(jié)方式多為使用電位計手動調(diào)節(jié)控制電壓以此來調(diào)節(jié)其增益,這種調(diào)節(jié)方式需依靠個人經(jīng)驗、調(diào)節(jié)誤差較大,且只能在實驗現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)節(jié),操作起來十分不便。針對這一問題,設(shè)計了一種基于FPGA的PMT模塊增益調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。首先,本文探究了 PMT模塊增益調(diào)節(jié)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,推導(dǎo)出PMT模塊增益與工作電壓及控制電壓的具體數(shù)值關(guān)系,并分析了 PMT模塊增益調(diào)節(jié)的方法,最終確定采用硬件電路設(shè)計和軟件編程相結(jié)合的方式,實現(xiàn)PMT模塊增益的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。其次,設(shè)計了 PMT模塊增益調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的硬件電路,詳細(xì)分析了以FPGA為控制核心的外圍電路、DA數(shù)據(jù)采集模塊、緩沖模塊、串口通訊模塊的具體電路設(shè)計。最后,完成軟件部分的程序設(shè)計,主要包括FPGA程序設(shè)計和上位機軟件程序設(shè)計兩部分。詳細(xì)介紹了 FPGA程序設(shè)計中采用Verilog HDL語言編寫的DA控制模塊、串口通訊模塊的程序,并使用Modelsim6.6軟件通過仿真驗證了其設(shè)計程序的正確性。上位機程序設(shè)計中介紹了采用Labview2014軟件進(jìn)行上位機界面設(shè)計的部分程序及通訊模塊設(shè)計的子程序,并闡述了設(shè)計的上位機界面及模塊組成。最終,將該系統(tǒng)應(yīng)用于實際實驗進(jìn)行PMT模塊增益調(diào)節(jié)的測試結(jié)果與傳統(tǒng)采用電位計的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)的測試結(jié)果相比較。實驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)可實現(xiàn)PMT模塊增益的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié),相較于傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法,該系統(tǒng)操作便利、穩(wěn)定性好,具有很好的實用價值。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN911.23;TN791
【部分圖文】：

次級發(fā)射相結(jié)合，把微弱的入射光信號轉(zhuǎn)變并放大為較大電信號的一種高精密真逡逑空元器件。它是將入射光窗、光電陰極、聚焦電極、多個打拿極、陽極這幾個部逡逑分集成在一個真空玻璃管中。如圖２．１顯示了邋ＰＭＴ的原理性結(jié)構(gòu)示意圖。逡逑／}r邐最后－級逡逑Ｉ邋廣邐Ｉ逡逑＼、——「一－Ａ逡逑光電陰極邐陽極逡逑圖２．１邋ＰＭＴ原理性結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＰＭＴ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑１、

（Ａ）的比值，也可理解為陽極電流與光電陰極電流之比。ｇ邋＝邋ＭＲ邋＝邋Ｌ＿ＥＣＷ邋ｈ．逡逑，＆是ＰＭＴ陽極輸出電流，＆是對應(yīng)光電陰極電流，單處于黑暗環(huán)境中正常工作時，在陽極端測出的電流即暗分組成，一種是陽極與其他各電極之間的漏電流；一種是的熱發(fā)射電流；還有一種是電子云聚集在輸出級附近電離放電電流。ＰＭＴ暗電流大小一般為１０－１６－１０＿１ＤＡ。逡逑分類逡逑在售的ＰＭＴ類型眾多，下面介紹幾種比較常見的ＰＭＴ類型分類逡逑窗位置不同分為端窗型和側(cè)窗型ＰＭＴ，圖２．２（ａ）為端窗型的Ｒ３３１；圖２．２（ｂ）為側(cè)窗型ＰＭＴ，型號是濱松公司的Ｒ６３

圖２．３光電陰極材質(zhì)不同的ＰＭＴ逡逑Ｆｉｇ邋２．３邋ＰＭＴ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐｈｏｔｏｃａｔｈｏｄｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑極結(jié)構(gòu)分類逡逑據(jù)光電倍增極結(jié)構(gòu)不同分為百葉窗型ＰＭＴ、合柵型ＰＭＴ鼠籠型ＰＭＴ。具體實物圖見２．４⑻所示為百葉窗型ＰＭＴ，籠型ＰＭＴ。逡逑Ｄｔ邋ｉ＞；邋ｌ＞：邋？■邋ｉ）．邋Ｐ邋ｌ）；邋？＞＞邋ｌ＞：邐丨’／一、＇逡逑沿ｂ邋沿—逡逑ｉ＼邋ｉｐＦＦＦＦＦＦＦＦｌｌ［ｌ逡逑李》棚《邐陽拔邐ｓｌｉｓ逡逑（ａ）百葉窗邐（ｂ）圓形鼠籠型逡逑圖２．４光電倍X椉峁共煌模校停藻義

本文編號：2814177