YSO/SiPM和fpga的MVT数字化仪的光子计数x射线探测器的使用

光子计数x射线探测器的特性6nf安检之家
光子计数X射线探测器，它较好表征每个光子的能量。使用这种探测器的x射线安全检查系统显示了很多好处。它降低了辐射剂量，同时通过减少探测器噪声提供了增强的图像质量。它甚至利用能量信息提供了材料探测能力。6nf安检之家
由于其结构紧凑、增益高、响应快，硅光子多路复用器(SiPMs)光子计数x射线探测器的一种具有竞争力的光传感器。为了达到较高的计数率性能，闪烁体应该与SiPM一一耦合。同时对SiPM的输出信号进行并行读取和处理。因此，开发高密度、低成本的读出电子器件是研制这种探测器的关键问题之一。在此之前，我们提出了多电压阈值(MVT)方法来实现SiPM输出信号的数字化。不同于ADC在规定的时间间隔内进行电压采样，它在预定义的电压间隔内进行时间采样。基于MVT方法的数字化仪可以通过多个电压比较器和时间数字转换器(TDCs)来实现。利用FPGA中的低压差分信号(LVDS) I/ o作为电压比较器，我们在单个FPGA芯片上演示了32通道的4级FPGA专用MVT数字化仪。基于YSO/SiPM探测器和MVT数字化器件的光子计数x射线安检仪。探测器的像素大小为1.6mm。首先，我们用11个探测器建立了一个x射线安全检查系统。测得探测器的计数率为1.3Mcps/pixel。通过该系统可获得符合ASTM F 792−01和ttbt15208.2−2006标准的国产试验模体图像。1.0毫米的在体模中观察到线对和0.2mm的导线。6nf安检之家

图1显示了研制的光子计数x射线探测器的照片。它由闪烁探测器组成图1所示。6nf安检之家

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光子计数x射线探测器使用YSO/SiPM和fpga专用MVT数字化仪单元和MVT数字化单元。采用适配板将闪烁检测器单元的信号连接到MVT数字化仪单元。由探测单元产生的脉冲被放大，然后由MVT数字化仪单元进行基本数字化。6nf安检之家

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图2所示。左:SiPM信号读出电路原理图。右:数字示波器测量的典型闪烁脉冲。6nf安检之家
闪烁探测单元采用4个YSO/SiPM探测器块，每个探测器块由一个16 1 YSO阵列和一个16 1 SiPM阵列组成，采用1对1耦合，共产生64个信号输出通道。每个块的像素间距为1.6mm 1.2mm，共提供1.2mm 25.6mm的检测区域。该SiPM是FC10035从Sensl和信号从它的标准输出连接读取。活动SiPM面积为1.0mm 1.0mm。偏置电压设为28.5V。读出电路和典型脉冲(能量为59keV)的原理图如图2所示。6nf安检之家
MVT数字化仪单元采用2块MVT数字化仪板，每块板提供32通道4级MVT数字化仪。MVT方法的原理如图3左侧所示。6nf安检之家
图3所示。左:MVT采样方法原理;右:fpga专用MVT数字化仪原理图。6nf安检之家

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它通过采样脉冲超过预定电压阈值的时间来对脉冲进行数字化。目前，我们将脉冲形状建模为双指数函数。得到的样本用双指数函数拟合重建数字脉冲。根据重构的脉冲提取时间和能量信息。利用多个电压比较器和时间数字转换器(TDCs)，可以方便地实现基于MVT方法的数字转换器。图3右列出了仅针对FPGA的MVT数字化仪的原理图，它利用FPGA的低压差分信号(LVDS) I/ o作为电压比较器，利用FPGA内部的延迟链实现TDCs。6nf安检之家

目前在脉冲分析模块中，我们只根据每1mS产生的样品来计数和输出入射x射线光子的数量。未来我们将在FPGA上实现脉冲拟合和能量提取算法，并输出x射线光子的能量信息。6nf安检之家

系统设置和初始成像6nf安检之家

如图4所示，我们使用11块探测器板搭建了x射线安全检查系统。6nf安检之家

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图4所示。采用光子计数探测器的x射线检测系统。6nf安检之家
计数率性能测量6nf安检之家
我们用x射线管将探测器暴露，x射线管之间没有物体，x射线管的电压固定在120kvp。我们通过改变管的电流从0.2mA到2.0mA来测量探测器中像素的计数率。探测器和x射线管是800mm。我们将其中一个像素的计数率作为电流的函数来显示。曲线显示，当x射线管的电流设置为0.5mA时，我们的检测器的最大计数率为1.3Mcps/pixel。