CN103645391A - 一种微通道板增益的测量电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微通道板增益的测量电路，所述的测量电路包括：两片或三片微通道板、电荷灵敏放大器-甄别器、数据采集和控制电路和DA转换器，所述的两片或三片微通道板经叠加后与电荷灵敏放大器-甄别器的输入端连接，其输出端与数据采集和控制电路连接，所述DA转换器的输入端与数据采集和控制电路连接，其输出端与电荷灵敏放大器-甄别器连接；基于上述微通道板增益的测量电路，本发明还提供一种微通道板增益的测量方法；利用该微通道板增益的测量电路及方法，实现了微通道板增益测量的低成本、低功耗以及测量电路易于集成到探测仪器内部的目的。

Description

一种微通道板增益的测量电路及方法

技术领域

本发明涉及微通道板（MCP）的探测技术领域，尤其涉及一种微通道板增益的测量方法。

背景技术

目前，微通道板增益测量的一般方法如说明书附图中的图1所示，测量方法①的电路包括电荷灵敏放大器（模拟量输出）、峰保电路、高速AD转换器、数据采集处理和控制电路，该方法的电路可以集成到探测仪器内部，缺点是成本高、功耗大，另一方面数据采集处理和控制电路的工作包括控制峰保电路和高速AD转换器，以及读取AD转换器的采集结果、幅度分析、数据分组和计数，因此该电路比较复杂。如图2中所示的测量方法②的电路只需将电荷灵敏放大器（模拟量输出）输出的信号通过多道分析器即可完成方法①中的峰保电路、高速AD转换器、数据采集处理和控制电路的功能，但多道分析器价格昂贵并且体积大，无法集成到探测仪器内部。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有技术中微通道板增益的测量方法存在着上述技术问题，本发明提供一种微通道板增益的测量电路及方法，利用该测量方法克服了一般测量方法存在的上述缺陷，实现微通道板增益测量的低成本、低功耗以及测量电路易于集成到探测仪器内部的目的。

为实现上述目的，本发明提供一种微通道板增益的测量电路，所述的测量电路包括：两片或三片微通道板、电荷灵敏放大器-甄别器、数据采集和控制电路和DA转换器，所述的两片或三片微通道板经叠加后与电荷灵敏放大器-甄别器的输入端连接，其输出端与数据采集和控制电路连接，所述DA转换器的输入端与数据采集和控制电路连接，其输出端与电荷灵敏放大器-甄别器连接。

基于上述的微通道板增益的测量电路所实现的测量方法，所述的测量方法包括：

步骤1）设置电荷灵敏放大器-甄别器初始的阈值电压为0V并保持时间T，此时电荷灵敏放大器-甄别器将微通道板输出的全部电荷脉冲均甄别为有效信号，并输出数字脉冲至数据采集和控制电路；

步骤2）通过数据采集和控制电路采集由步骤1）中获得的保持时间T内的数字脉冲的个数，并通过该数字脉冲的个数控制DA转换器输出下一个模拟量电压；

步骤3）电荷灵敏放大器-甄别器将阈值电压更新为步骤2）中的模拟量电压并保持时间T，此时电荷灵敏放大器-甄别器将超过该阈值电压的电荷脉冲甄别为有效信号，并输出该有效信号对应的数字脉冲；

步骤4）通过数据采集和控制电路采集由步骤3）中获得的数字脉冲的个数，如果该个数未达到阈值电压为0V所输出的数字脉冲总数的一半时，继续执行步骤2），否则记录此时的阈值电压数值；

步骤5）根据步骤4）中的阈值电压数值获取与其对应的阈值电荷量，该阈值电荷量即为微通道板的增益。

本发明的一种微通道板增益的测量电路及方法的优点在于：

由于两片或三片微通道板叠加使用时的输出电荷脉冲高度分布（PHD）为准高斯分布,如图2所示（横轴为微通道板的增益，对应其输出的脉冲电荷量，纵轴为输出数字脉冲的计数），在G～Gmax之间的计数和等于Gmin～Gmax之间计数和的一半，基于上述原理，本发明的测量电路及方法只需测量输出的数字脉冲个数在数字脉冲总数一半时的阈值电压，即可获得与该阈值电压对应的阈值电荷量，即求得微通道板的增益，该测量电路结构简单，测量方法易于操作，实现了微通道板增益测量的低成本、低功耗以及测量电路易于集成到探测仪器内部的目的。

附图说明

图1是现有技术中的一种微通道板增益的测量电路结构图。

图2是现有技术中的另一种微通道板增益的测量电路结构图。

图3是微通道板增益与数字脉冲的计数间关系曲线图。

图4是本发明的一种微通道板增益的测量电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述微通道板增益的测量电路及方法进行详细说明。

如图4所示，本发明的一种微通道板增益的测量电路，所述的测量电路包括：两片或三片微通道板、电荷灵敏放大器-甄别器、数据采集和控制电路和DA转换器，所述的两片或三片微通道板经叠加后与电荷灵敏放大器-甄别器的输入端连接，其输出端与数据采集和控制电路连接，所述DA转换器的输入端与数据采集和控制电路连接，其输出端与电荷灵敏放大器-甄别器连接。

在本发明的实施例中，所述的电荷灵敏放大器-甄别器采用Amptek公司的A121，它可以同时完成输入电荷脉冲的放大和电荷量的甄别，并输出数字脉冲。A121的阈值电压可以通过一个外部模拟量电压来设定，每个设定的模拟量电压值对应一个输入电荷脉冲的电荷量。通过改变这个模拟量电压，可以控制A121有选择性的输出数字脉冲。当输入电荷量超过A121设定的阈值时，其对应输出一个数字脉冲；当输入电荷量低于A121设定的阈值时，其不会输出数字脉冲。A121的阈值最低值时，对微通道板输出的几乎所有电荷脉冲均甄别为有效信号并输出数字脉冲，数字脉冲个数为图3中Gmin～Gmax之间所有计数的总和。调节A121的阈值，使得其输出的数字脉冲个数为最低阈值时计数和的一半，由于G～Gmax之间的计数和等于Gmin～Gmax之间计数和一半，因此该阈值对应的电荷量即为微通道板的增益G。

所述的DA转换器选择普通的DA转换器即可，输出电压范围为0～5V，其转换位数可以根据实际情况进行选择，如8位、12位或16位。

基于上述微通道板增益的测量电路，本发明还提供一种微通道板增益的测量方法。以上述测量电路为例，所述的测量方法包括：

步骤1）设置A121初始的阈值电压为0V，并保持T时间的电压输出，此时A121将微通道板输出的全部电荷脉冲均甄别为有效信号，输出数字脉冲至数据采集和控制电路；

步骤2）通过数据采集和控制电路采集由步骤1）中获得的数字脉冲的个数C0，此时数据采集和控制电路将对图3中Gmin～Gmax之间所有的数字脉冲计数均进行累计，因此该数字脉冲的个数C0即为数字脉冲总数；

步骤3）将A121阈值电压更新为模拟量电压V1并保持时间T，此时A121将超过该阈值电压V1的电荷脉冲甄别为有效信号，并输出该有效信号对应的数字脉冲；即数据采集和控制电路只对图3中Gmin～Gmax之间部分数字脉冲计数进行累计，且随着阈值电压的增加，数字脉冲计数将逐渐减小。

步骤4）通过数据采集和控制电路采集由步骤3）中获得的数字脉冲的个数C1，如果该个数C1未达到数字脉冲总数C0的一半，继续执行步骤2），直到阈值电压到达5V，否则记录此时的阈值电压数值Vn；如图3所示，由于G～Gmax之间的数字脉冲计数和等于Gmin～Gmax之间数字脉冲计数和的一半，因此Vn对应的阈值电荷量即为微通道板的增益G。

步骤5）根据步骤4）中的阈值电压数值Vn获取与其对应的阈值电荷量，该阈值电荷量即为微通道板的增益；该阈值电压与阈值电荷量的关系可以通过A121的手册获得。

另外，所述阈值电压（0V、V1、V2......）的个数根据测量精度要求选择，个数越多，则测得的增益就越准确；时间T根据输入信号的频率以及数据采集和控制电路中计数器的位数选定。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种微通道板增益的测量电路，其特征在于，所述的测量电路包括：两片或三片微通道板、电荷灵敏放大器-甄别器、数据采集和控制电路和DA转换器，所述的两片或三片微通道板经叠加后与电荷灵敏放大器-甄别器的输入端连接，其输出端与数据采集和控制电路连接，所述DA转换器的输入端与数据采集和控制电路连接，其输出端与电荷灵敏放大器-甄别器连接。

2.基于权利要求1所述微通道板增益的测量电路所实现的测量方法，其特征在于，所述的测量方法包括：

步骤1）设置电荷灵敏放大器-甄别器初始的阈值电压为0V并保持时间T，此时电荷灵敏放大器-甄别器将微通道板输出的全部电荷脉冲均甄别为有效信号，并输出数字脉冲至数据采集和控制电路；

步骤2）通过数据采集和控制电路采集由步骤1）中获得的保持时间T内的数字脉冲的个数，并通过该数字脉冲的个数控制DA转换器输出下一个模拟量电压；

步骤3）电荷灵敏放大器-甄别器将阈值电压更新为步骤2）中的模拟量电压并保持时间T，此时电荷灵敏放大器-甄别器将超过该阈值电压的电荷脉冲甄别为有效信号，并输出该有效信号对应的数字脉冲；

步骤4）通过数据采集和控制电路采集由步骤3）中获得的数字脉冲的个数，如果该个数未达到阈值电压为0V所输出的数字脉冲总数的一半时，继续执行步骤2），否则记录此时的阈值电压数值；

步骤5）根据步骤4）中的阈值电压数值获取与其对应的阈值电荷量，该阈值电荷量即为微通道板的增益。

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