近些年來,隨著科學技術的不斷創(chuàng)新,生物醫(yī)學、食品安全、工業(yè)建設、國防軍事、等離子體物理等越來越多的領域涉及到對微弱光信號進行檢測分析,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模塊增益的適宜調節(jié)十分重要,增益調節(jié)過高或者過低,都有可能導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模塊增益的調節(jié)方式多為使用電位計手動調節(jié)控制電壓以此來調節(jié)其增益,這種調節(jié)方式需依靠個人經驗、調節(jié)誤差較大,且只能在實驗現(xiàn)場進行調節(jié),操作起來十分不便。針對這一問題,設計了一種基于FPGA的PMT模塊增益調節(jié)控制系統(tǒng)。首先,本文探究了 PMT模塊增益調節(jié)的國內外研究現(xiàn)狀,推導出PMT模塊增益與工作電壓及控制電壓的具體數(shù)值關系,并分析了 PMT模塊增益調節(jié)的方法,最終確定采用硬件電路設計和軟件編程相結合的方式,實現(xiàn)PMT模塊增益的遠程調節(jié)。其次,設計了 PMT模塊增益調節(jié)控制系統(tǒng)的硬件電路,詳細分析了以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計。最后,完成軟件部分的程序設計,主要包括FPGA程序設計和上位機軟件程序設計兩部分。詳細介紹了 FPGA程序設計中采用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計程序的正確性。上位機程序設計中介紹了采用Labview2014軟件進行上位機界面設計的部分程序及通訊模塊設計的子程序,并闡述了設計的上位機界面及模塊組成。最終,將該系統(tǒng)應用于實際實驗進行PMT模塊增益調節(jié)的測試結果與傳統(tǒng)采用電位計的方式進行調節(jié)的測試結果相比較。實驗結果表明,該系統(tǒng)可實現(xiàn)PMT模塊增益的遠程調節(jié),相較于傳統(tǒng)的調節(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。
【學位單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN911.23;TN791
【部分圖文】：

次級發(fā)射相結合，把微弱的入射光信號轉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的原理性結構示意圖。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原理性結構示意圖逡逑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窗型ＰＭＴ，圖２．２（ａ）為端窗型的Ｒ３３１；圖２．２（ｂ）為側窗型ＰＭＴ，型號是濱松公司的Ｒ６３

圖２．３光電陰極材質不同的ＰＭＴ逡逑Ｆｉｇ邋２．３邋ＰＭＴ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｐｈｏｔｏｃａｔｈｏｄｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑極結構分類逡逑據(jù)光電倍增極結構不同分為百葉窗型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