本文關(guān)鍵詞：微納CT系統(tǒng)探測器特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：具有微納米三維空間分辨力的CT系統(tǒng)稱為微納CT系統(tǒng)(Micro-nano CT)。課題來自于國家重大儀器專項——微納結(jié)構(gòu)超微分辨計算機三維成像分析儀開發(fā)應(yīng)用。本文以微納CT系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件超高分辨力高靈敏度大像素矩陣探測器為研究對象,對低能X射線轉(zhuǎn)換屏轉(zhuǎn)換效率與空間分辨率、光耦合與傳輸、高分辨大矩陣光電轉(zhuǎn)換器件等探測器特性開展研究。研究探測器特性對微納CT系統(tǒng)的開發(fā)具有重要意義。本文分析并比較四種常用平板探測器的特點及局限,重點研究了適合微納CT系統(tǒng)超高空間分辨力要求的閃爍屏光纖耦合CCD探測器的結(jié)構(gòu)形式,探測器X射線轉(zhuǎn)換屏、光纖光錐、高分辨CCD三個關(guān)鍵部件特性,以及部件之間的光譜匹配、尺寸匹配等問題。分析微納CT系統(tǒng)常用閃爍體材料的特性并確定采用Cs I作為閃爍屏材料。通過理論分析建模與仿真,得出Cs I閃爍屏的X射線轉(zhuǎn)換因子、調(diào)制傳遞函數(shù)(modulation transfer function,MTF)分別與閃爍屏厚度、襯底反射系數(shù)、X射線能量的關(guān)系,并據(jù)此設(shè)計閃爍屏參數(shù)。分析光纖的物理特性,重點研究光纖結(jié)構(gòu)與光傳導(dǎo)關(guān)系,完成光纖分別與閃爍屏、CCD耦合方案設(shè)計。研究所選用的CCD芯片KAF-8300的相關(guān)特性,詳細(xì)分析其結(jié)構(gòu)、工作原理、性能參數(shù)以及輸出放大器等。完成CCD驅(qū)動系統(tǒng)總體方案設(shè)計,以及具體的軟硬件設(shè)計。所設(shè)計的驅(qū)動系統(tǒng)包括時序脈沖產(chǎn)生和功率驅(qū)動兩個關(guān)鍵模塊。針對KAF-8300 CCD芯片的類型和特點,時序脈沖產(chǎn)生模塊采用Altera公司的EP2C70F896C6 FPGA來完成,通過對其編程產(chǎn)生CCD工作所需的復(fù)雜驅(qū)動時序;功率驅(qū)動模塊采用分立器件與集成功率器件相結(jié)合的方法設(shè)計,將FPGA產(chǎn)生的時序脈沖轉(zhuǎn)換成CCD驅(qū)動要求的時鐘電平。并完成系統(tǒng)程序調(diào)試及硬件調(diào)試,通過實際測試驗證驅(qū)動系統(tǒng)能夠使KAF-8300在28MHz的極限輸出速率下正常工作,滿足系統(tǒng)要求。本文在分析了微納CT系統(tǒng)對探測器特殊要求的基礎(chǔ)上,通過理論分析、建模和仿真得出了閃爍屏厚度及光纖耦合初步設(shè)計方案,完成了CCD選型及讀出驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計,并提出了相應(yīng)優(yōu)化和改善措施,實現(xiàn)探測器系統(tǒng)各環(huán)節(jié)器件特性的匹配。本文完成的探測器特性研究為探測器的設(shè)計、優(yōu)化以及關(guān)鍵部件選型提供理論分析、仿真計算以及實驗驗證,對微納CT系統(tǒng)探測器的設(shè)計具有重要指導(dǎo)作用。
【關(guān)鍵詞】：微納CT 探測器 閃爍體 CCD
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R814;TP391.41
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 課題背景9
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3 課題研究內(nèi)容及意義11
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)安排11-13
• 2 微納CT系統(tǒng)探測器13-23
• 2.1 微納CT系統(tǒng)簡介13-14
• 2.1.1 微納CT系統(tǒng)原理及特點13
• 2.1.2 微納CT系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)13-14
• 2.2 平板探測器的種類及特點14-17
• 2.2.1 非晶硅平板探測器14-15
• 2.2.2 CMOS平板探測器15
• 2.2.3 CCD平板探測器15-16
• 2.2.4 EMCCD平板探測器16-17
• 2.3 閃爍體光纖耦合CCD探測器17-21
• 2.3.1 探測器結(jié)構(gòu)17-19
• 2.3.2 探測器工作原理19
• 2.3.3 探測器主要性能指標(biāo)19-21
• 2.3.4 影響探測器性能指標(biāo)的因素21
• 2.4 本章小結(jié)21-23
• 3 閃爍體光纖耦合CCD探測器特性分析23-51
• 3.1 閃爍體23-35
• 3.1.1 微納CT系統(tǒng)常用閃爍體24
• 3.1.2 CsI閃爍屏24-25
• 3.1.3 閃爍屏熒光透過率分析25-30
• 3.1.4 閃爍屏X射線轉(zhuǎn)換因子分析30-32
• 3.1.5 閃爍屏參數(shù)設(shè)計32-35
• 3.2 光纖35-41
• 3.2.1 光纖概述35-36
• 3.2.2 光纖物理特性分析36-38
• 3.2.3 光纖耦合設(shè)計38-41
• 3.3 面陣CCD41-49
• 3.3.1 面陣CCD原理41-42
• 3.3.2 面陣CCD分類及特性42-45
• 3.3.3 面陣CCD型號選擇45
• 3.3.4 KAF-8300 CCD特性45-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 4 KAF-8300 CCD驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計51-65
• 4.1 KAF-8300 CCD驅(qū)動分析51-53
• 4.1.1 KAF-8300 CCD驅(qū)動原理51-52
• 4.1.2 KAF-8300 CCD驅(qū)動設(shè)計現(xiàn)狀52-53
• 4.2 KAF-8300 的驅(qū)動需求53-55
• 4.2.1 KAF-8300 的驅(qū)動時序分析53-54
• 4.2.2 KAF-8300 的功率驅(qū)動分析54-55
• 4.3 KAF-8300 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計55-64
• 4.3.1 驅(qū)動系統(tǒng)總體設(shè)計55-56
• 4.3.2 水平轉(zhuǎn)移驅(qū)動和復(fù)位驅(qū)動設(shè)計56-59
• 4.3.3 垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動設(shè)計59-60
• 4.3.4 電源模塊設(shè)計60-61
• 4.3.5 偏置電壓設(shè)計61-63
• 4.3.6 輸出放大模塊設(shè)計63-64
• 4.4 KAF-8300 驅(qū)動時序設(shè)計64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 5 面陣CCD驅(qū)動系統(tǒng)測試結(jié)果分析65-75
• 5.1 程序調(diào)試65-66
• 5.2 硬件調(diào)試66-68
• 5.3 性能分析68-74
• 5.3.1 垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動性能分析68-69
• 5.3.2 水平轉(zhuǎn)移及復(fù)位驅(qū)動性能分析69-71
• 5.3.3 CCD輸出信號測試及分析71-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 6 總結(jié)與展望75-77
• 6.1 論文總結(jié)75
• 6.2 課題展望75-77
• 致謝77-79
• 參考文獻79-83
• 附錄83
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間受理專利目錄83
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄83

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本文編號：350891