RU2649607C2 - Способ контроля коэффициента усиления и установки в ноль многопиксельного счетчика фотонов и система измерения света, реализующая указанный способ - Google Patents
Способ контроля коэффициента усиления и установки в ноль многопиксельного счетчика фотонов и система измерения света, реализующая указанный способ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2649607C2 RU2649607C2 RU2015140136A RU2015140136A RU2649607C2 RU 2649607 C2 RU2649607 C2 RU 2649607C2 RU 2015140136 A RU2015140136 A RU 2015140136A RU 2015140136 A RU2015140136 A RU 2015140136A RU 2649607 C2 RU2649607 C2 RU 2649607C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- histogram
- photon counter
- detector
- error signal
- peaks
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- RFVFQQWKPSOBED-PSXMRANNSA-N 1-myristoyl-2-palmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(=O)O[C@@H](COP([O-])(=O)OCC[N+](C)(C)C)COC(=O)CCCCCCCCCCCCC RFVFQQWKPSOBED-PSXMRANNSA-N 0.000 description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000000684 flow cytometry Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
- G01T1/248—Silicon photomultipliers [SiPM], e.g. an avalanche photodiode [APD] array on a common Si substrate
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/36—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry
- G01T1/40—Stabilisation of spectrometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
- G01J2001/4413—Type
- G01J2001/442—Single-photon detection or photon counting
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
- G01J2001/4446—Type of detector
- G01J2001/446—Photodiode
- G01J2001/4466—Avalanche
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к способу контроля коэффициента усиления и установки в ноль многопиксельного счетчика фотонов. Способ контроля коэффициента усиления многопиксельного счетчика фотонов содержит этапы, на которых сигналы, генерируемые устройством, принимают в течение заданных периодов, пока не будет достигнуто заданное суммарное время измерений, формируют гистограмму амплитуд на основе принятых сигналов, определяют позиции двух последовательных пиков, измеримых на этой гистограмме, генерируют сигнал ошибки, равный девиации между этими двумя пиками, и на основе этого сигнала ошибки регулируют напряжение, подаваемое на устройство, чтобы поддерживать девиацию, равную заданной величине. Технический результат – возможность управления коэффициентом усиления многопиксельного счетчика фотонов. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу контроля коэффициента усиления и установки в ноль многопиксельного счетчика фотонов, и в частности, в детекторе типа МРРС (зарегистрированная торговая марка компании «Хамамацу Фотоникс» (Hamamatsu Photonics K.K)), представляющем собой детектор типа многопиксельного счетчика фотонов.
Оно относится также к системе измерения света, реализующей этот способ.
Изобретение применимо, в частности, в области цитометрии в потоке, в физике высоких энергий и в области контрольно-измерительной аппаратуры для ядерной физики.
Уровень техники
Способ управления коэффициентом усиления детектора типа МРРС® уже известен из следующего документа под названием:
П.С. Маррочези и др., Способ активного управления коэффициентом передачи в кремниевом фотоэлектронном умножителе размером 3 мм × 3 мм (P.S. Marrocchesi et al., Active control of the gain of a 3 mm × 3 mm silicon photomultiplier, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 602 (2009), pp. 391-395).
Способ, известный из этого документа, содержит тепловое управление детектором типа МРРС®.
Этот известный способ имеет один недостаток: он не позволяет использовать детектор МРРС® в произвольной среде.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является преодоление указанного недостатка.
Для этого способ управления, являющийся объектом настоящего изобретения, не использует параметр «температура». И, как будет более понятно из последующего описания, этот способ использует даже недостаток детектора МРРС®, а именно одновременный подсчет термически возбужденных электронов.
Точнее, целью настоящего изобретения является создание способа управления коэффициентом усиления детектора МРРС® и, в более общем смысле, многопиксельного счетчика фотонов. Это устройство обычно содержит матрицу лавинных фотодиодов, работающих в режиме Гейгера, на устройство подают напряжение и оно генерирует сигнал, когда оно обнаруживает фотоны.
Способ характеризуется тем, что:
- сигналы, обеспечиваемые устройством, получают в течение заданных периодов, пока не достигнуто заданное суммарное время измерений,
- на основе принятых сигналов формируют гистограмму амплитуд, содержащую набор пиков,
- определяют соответствующие позиции двух последовательных пиков, выполненных с возможностью их измерения на этой гистограмме,
- генерируют сигнал ошибки, равный девиации между указанными последовательными пиками, и
- посредством указанного сигнала ошибки регулируют напряжение, подаваемое на устройство, так, чтобы обеспечить девиацию, равную заданной установленной величине.
Согласно предпочтительному варианту способа, являющегося объектом настоящего изобретения, указанные заданные периоды равны один другому, а их продолжительность выбирают в пределах от 50 до 500 нс.
Предпочтительно, продолжительность суммарного времени измерений выбирают в пределах от 0,5 до 10 с.
Согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения указанные два последовательных пика являются первым и вторым пиками гистограммы.
Настоящее изобретение относится также к системе измерения света, реализующей способ, являющийся объектом настоящего изобретения. Эта система содержит:
- счетчик фотонов,
- источник питания для подачи высокого напряжения на счетчик фотонов,
- усилитель для осуществления усиления сигналов, обеспечиваемых счетчиком фотонов, и обеспечения усиленных сигналов, и
- процессорное устройство для получения усиленных сигналов и обработки этих сигналов для подсчета фотонов и формирования гистограммы, определения двух последовательных пиков на гистограмме и генерирования сигнала ошибки, и
- устройство регулировки для контроля источника питания посредством регулирования указанного напряжения в соответствии с сигналом ошибки.
Настоящее изобретение относится также к другой системе измерения света, реализующей способ, являющийся объектом настоящего изобретения. Эта другая система содержит:
- счетчик фотонов,
- источник питания для подачи высокого напряжения на счетчик фотонов,
- первый и второй усилители, соединенные последовательно, для усиления сигналов, обеспечиваемых счетчиком фотонов и обеспечения усиленных сигналов,
- первое процессорное устройство для получения сигналов, усиленных первым усилителем, формирования гистограммы, определения двух последовательных пиков и генерирования сигнала ошибки, и
- устройство регулирования для контроля источника питания посредством регулировки указанного напряжения в соответствии с сигналом ошибки, и
- второе процессорное устройство для обработки усиленных сигналов от второго усилителя, для подсчета фотонов.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет лучше понято после прочтения приведенного далее описания примеров вариантов, служащего исключительно для индикации и никоим образом не ограничивающего объема изобретения, и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 иллюстрирует упрощенную электронную схему, содержащую детектор типа МРРС®, ассоциированный с усилителем,
фиг. 2 иллюстрирует другую упрощенную электронную схему, содержащую детектор типа МРРС® ассоциированный с двумя усилителями,
фиг. 3 схематично иллюстрирует пример осциллограммы сигнала, поступающего от детектора типа МРРС®,
фиг. 4 схематично иллюстрирует пример гистограммы амплитуд, используемой в настоящем изобретении,
фиг. 5 представляет график, иллюстрирующий зависимость таких гистограмм от напряжения, приложенного к детектору типа МРРС®, при фиксированной температуре детектора, и
фиг. 6 и 7 представляют схематичные изображения двух примеров системы, являющейся объектом настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Далее приведены несколько примеров способа, являющегося объектом настоящего изобретения и позволяющего стабилизировать коэффициент усиления и нулевой уровень детектора типа МРРС®. Напомним, что характеристика детектора зависит от высокого напряжения, поступающего к детектору, и температуры, воздействующей на этот детектор.
Известно также, что детектор типа МРРС® имеет дефект: он естественным образом и одновременно «подсчитывает» термически возбужденные электроны несколько сот тысяч раз в секунду. Этот дефект использован в настоящем изобретении для стабилизации коэффициента усиления детектора на уровне, выбранном пользователем, и для измерения нулевого уровня детектора (в отсутствие света или сигнала). Поэтому результат любых измерений, выполненных детектором типа МРРС®, может быть выражен, абсолютным образом, посредством числа поглощенных фотоэлектронов в широком диапазоне входных воздействий независимо от рабочей температуры.
Вспомним сначала некоторые характеристики детектора типа МРРС®. Об этих характеристиках можно узнать из следующего документа:
Многопиксельные счетчики фотонов типа МРРС®, оптико-полупроводниковые приборы с превосходной способностью подсчета фотонов (МРРС® Multi-pixel photon counter, compact opto-semiconductors with excellent photon counting capability, Hamamatsu, Cat. N° KAP D0002E09, May 2012).
Такой детектор содержит матрицу лавинных фотодиодов небольшого размера, физически отдельных один от другого, но выполненных на одной и той же кремниевой подложке. Когда падающий фотон взаимодействует с каким-нибудь из этих фотодиодов, он порождает электрический сигнал, заряд которого обладает очень высокой степенью воспроизводимости от одного взаимодействия к другому. В результате получен детектор типа МРРС® с превосходными характеристиками с точки зрения измерения «одиночных фотонов». Когда с поверхностью детектора типа МРРС® взаимодействуют одновременно N фотонов, попадающих в разные фотодиоды, на выходе детектора появляется сигнал, заряд которого, в среднем, в N раз выше заряда сигнала от единичного фотоэлектрона. Таким образом, этот детектор типа МРРС® может быть использован для измерения числа фотонов, одновременно достигающих его поверхности.
Трудности, с которыми сталкиваются при использовании такого детектора, связаны с физикой лавины, возникающей в фотодиодах. Эта лавина очень сильно зависит от напряжения обеднения, используемого для смещения детектора, а также от температуры самого детектора. Следовательно, в общем случае рекомендуется регулировать температуру детектора, чтобы устранить влияние температуры. Но это противоречит требованию обеспечить возможность использования детектора типа МРРС® в произвольной среде.
Кроме того, единичные фотодиоды в составе детектора МРРС® изготовлены из кремния. Поэтому, такие фотодиоды естественным способом выделяют, в результате термического возбуждения, электроны, обработка которых происходит таким же образом, как обработка фотоэлектронов, порождаемых падающим светом. Эти термоэлектроны, таким образом, имеют такие же характерные признаки («сигнатуру»), как и фотоэлектроны. Число термоэлектронов в единицу времени зависит от температуры и от приложенного высокого напряжения (но от последнего лишь в незначительной степени). Далее, детектор типа МРРС® в естественных условиях «подсчитывает» от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов отсчетов в секунду ниже однофотонного порога. Этот аспект может на первый взгляд показаться отрицательным, однако он используется, как это ни парадоксально, для управления коэффициентом усиления детектора типа МРРС®.
На фиг. 1 упрощенно показана схема, предложенная компанией Хамамацу (Hamamatsu) для использования детектора МРРС®. Последний на фиг. 1 обозначен поз. 2. На этом чертеже, как и на фиг. 2, поз. 4 обозначает разъемы байонетного типа (BNC). Поз. HV обозначает напряжение (порядка 70 В), подаваемое на детектор МРРС®. Ток, генерируемый детектором, поступает на вход усилителя поз. 6, имеющего коэффициент усиления 100 и согласованного по сопротивлению. Эта схема генерирует на выходе сигнал SPU с напряжением несколько милливольт (например, от 10 до 20 мВ), когда детектор МРРС® обнаружит фотоэлектрон или термически возбужденный электрон.
Из-за динамических ограничений, присущих схеме, показанной на фиг. 1, предпочтительно использовать схему, упрощенно представленную на фиг. 2 настоящей заявки.
Как можно видеть, схема содержит первый усилитель 8 с коэффициентом усиления 10, что позволяет схеме работать даже тогда, когда в детектор МРРС® попадает очень большое число фотонов. С выходом первого усилителя 8 соединен вход второго усилителя 10 с коэффициентом усиления 10. Этот усилитель 10 генерирует сигнал SPU, соответствующий одному фотоэлектрону и имеющий легко используемый уровень напряжения (от 10 до 20 мВ). С выхода первого усилителя 8 получают сигнал SS, уровень напряжения которого имеет величину от 1 до 2 мВ и который позволяет, например, измерять очень большое число фотоэлектронов, принимаемых в виде импульсов за очень короткое время.
Сигнал, получаемый на аналоговых выходах схем, представленных на фиг. 1 и 2, можно наблюдать на осциллографе. При этом получают сигнал такого типа, как показано на фиг. 3.
На этом чертеже представлена стандартная осциллограмма для детектора типа МРРС®, полученная на выходе предварительного усилителя напряжения с коэффициентом усиления 100, согласованного с сопротивлением 50 Ω. По оси абсцисс отложено время t, выраженное в наносекундах. По оси ординат отложено напряжение V, выраженное в милливольтах. Для каждого импульса можно измерить либо максимальную амплитуду сигнала, либо заряд, генерируемый детектором. Этот заряд соответствует интегрированию сигнала в продолжение промежутка времени, задаваемого пользователем обычно в пределах от нескольких наносекунд до запускающего события до примерно 100 наносекунд после этого события, запускающим событием здесь является событие, когда сигнал превышает пороговый уровень, заданный пользователем и составляющий обычно несколько милливольт над шумовым фоном.
Тем самым получают гистограммы амплитуд. Они соответствуют накоплению результатов измерений в течение заданного промежутка времени, обычно продолжительностью порядка 1 с, и представляют собой гистограммы такого типа, как показано на фиг. 4.
На фиг. 4 по оси абсцисс отложена амплитуда, обозначенная А (в произвольных единицах), а по оси ординат отложено число N отсчетов с соответствующей амплитудой, зафиксированных в течение указанного выше промежутка времени накопления продолжительностью 1 с.
На фиг. 4 можно видеть последовательность пиков. Первый пик соответствует фотоэлектрону или термически возбужденному электрону. Второй пик соответствует двум единицам, т.е. двум фотоэлектронам или двум термически возбужденным электронам и т.п. Запускающее событие для системы сбора данных (соответствующей устройству 18, показанному на фиг. 6), находится в представленном примере на уровне примерно 0,2 единицы.
Когда к детектору МРРС® приложено напряжение или изменяется температура этого детектора, регистрируемые гистограммы резко меняются. График на фиг. 5 иллюстрирует зависимость гистограмм от напряжения при фиксированной температуре детектора МРРС®.
На фиг. 5 по оси абсцисс отложен измеренный заряд С (в произвольных единицах), а по оси ординат отложено число N отсчетов с конкретной амплитудой, зафиксированных в течение указанного выше промежутка времени накопления продолжительностью 1 с. Кривые I, II, III, IV и V соответствуют напряжениям 70 В; 70,2 В; 70,4 В; 70,6 В и 70,8 В.
Отметим, в частности, что любое изменение влияющих величин (напряжения, приложенного к детектору МРРС®, или температуры этого детектора) приводит к сдвигу позиции пиков, равно как и числа отсчетов, представленного каждым пиком. Таким образом, например, «число отсчетов», полученное для канала 55000, будет соответствовать 8 фотоэлектронам при напряжении 70,6 В, тогда как при более высоком напряжении оно будет соответствовать 18 фотоэлектронам.
Эта зависимость также отражена, например, в виде приблизительно удвоения числа отсчетов при увеличении температуры детектора МРРС® на каждые 7 K, что сопряжено также с уменьшением коэффициента передачи этого детектора МРРС® на 40-50%. Если детектор не термостатирован, его использование требует управлять коэффициентом усиления этого детектора или, по меньшей мере, измерять этот коэффициент усиления, чтобы компенсировать указанную зависимость.
Далее приведены несколько примеров способа, являющегося объектом настоящего изобретения и позволяющего уменьшить эти вариации до приемлемого уровня, равного нескольким процентам при температурах, имеющих место в герметизированном боксе, где работают в перчатках, иными словами при температурах от приблизительно 20 до приблизительно 40°C.
Согласно одному из примеров способа управления коэффициентом передачи, являющегося объектом настоящего изобретения, любым способом (например, путем подстройки спектра по Гауссу или посредством поиска максимумов) измеряют позиции пиков, соответствующих 0, 1, 2 и т.д. усиленным электронам, и генерируют сигнал ошибки, на основе позиций этих пиков. Этот сигнал ошибки используют в качестве обратной связи по напряжению, прикладываемому к детектору МРРС®.
В зависимости от системы, использующей сигнал, генерируемый детектором МРРС®, измерение пика, соответствующего "0", т.е. соответствующего отсутствию сигнала, может быть произведено правильно или неправильно. Если измерение выполнено правильно, для коррекции характеристики измерительной системы, содержащей детектор МРРС®, достаточно определить позицию пика под номером 1 или первого пика. На деле, это хрестоматийный пример ситуации, где детекторы МРРС® работают плохо из-за большой интенсивности потока темновых отсчетов.
В противном случае можно одновременно использовать пик номер 1 или первый пик и пик номер 2 или второй пик, либо какое-либо сочетание пиков, которые можно легче измерить, чем первый и второй пики. Девиация между двумя последовательными пиками позволяет непосредственно определить коэффициент передачи детектора МРРС®, поскольку относительно расположение этих двух пиков дает возможность определить позицию нуля детектора МРРС® без того, чтобы измерять эту позицию.
Чтобы этот способ работал правильно, измерение пиков следует производить в должное время, когда температура детектора МРРС® не меняется вовсе или меняется в достаточной степени медленно, так что такое изменение можно не учитывать. Из-за наличия потока темновых отсчетов в детекторах типа МРРС® (несколько сотен тысяч отсчетов в секунду) измерения и коррекцию можно осуществлять в течение некоторой доли секунды при уровне неопределенности порядка 1%.
Поэтому пользователь может определить заданный уровень чувствительности. Вычислительный модуль, используемый для реализации способа, измеряет чувствительность путем определения девиации между двумя идентифицированными пиками и генерирует сигнал ошибки на основе разницы между заданным уровнем и результатом измерений. Сигнал ошибки затем направляют в корректирующее устройство, которое может представлять собой, например, простой пропорционально-интегрально-дифференциальный (PID (Proportional Integrate Derivate)) корректор и которое управляет величиной напряжения, прикладываемого к детектору МРРС®. Через некоторое время, определяемое регулировкой корректора, напряжение, прикладываемое к детектору МРРС®, устанавливается на таком уровне, когда девиация между соответствующими пиками соответствует заданной величине, установленной пользователем. В результате осуществляется управление чувствительностью детектора МРРС®, остающейся постоянной независимо от температуры, при которой работает измерительная система, содержащая этот детектор МРРС®.
Поскольку предлагаемый способ контроля позволяет регулировать чувствительность детектора МРРС® и измерять позицию нуля этого детектора, становится возможным выразить любой световой импульс в виде числа падающих фотоэлектронов вместо того, чтобы представлять его в произвольных единицах, что зависит и от температуры детектора МРРС®, и от приложенного к этому детектору напряжения. Тогда измерительную систему, содержащую такой детектор, калибруют по абсолютному числу фотоэлектронов.
В другом примере настоящего изобретения используется измерительная цепочка, содержащая детектор МРРС®, после которого следуют компоненты для усиления сигналов, генерируемых детектором, и далее располагаются компоненты для сбора данных. Сигналы, генерируемые детектором МРРС®, аккумулируют в течение промежутков времени продолжительностью от 50 до 500 нс каждый, например 100 нс, так что суммарное время сбора и накопления данных составляет от 0,5 до 10 с, например 1 с. Собранные таким способом данные позволяют построить гистограмму амплитуд. В этой гистограмме находят позиции пиков с номерами 1 и 2: например, пик номер 1 находится в канале 250, а пик номер 2 находится в канале 500.
Далее начинается процедура управления. Система генерирует сигнал ошибки, т.е. девиацию между пиками с номерами 1 и 2, которая в приведенном выше примере равна 500-250, т.е. 250. С другой стороны, для рассматриваемой девиации ранее была выбрана заданная величина, например, равная 300. Поскольку 250 меньше этой заданной величины, напряжение, прикладываемое к детектору МРРС®, увеличивают, чтобы увеличить девиацию между рассматриваемыми пиками. Точнее, используемый сигнал ошибки равен заданной величине девиации минус измеренная величина девиации между двумя пиками.
В общем случае, вместо двух первых пиков гистограммы амплитуд могут быть использованы любые два последовательных пика, которые можно легко измерить.
Компоненты для сбора данных, позволяющие получить гистограммы амплитуд, содержат вычислительный модуль, определяющий ошибку, равную заданной величине минус девиация между каналами, соответствующими двум пикам. Полученный в результате сигнал ошибки передают в регулирующие компоненты, которые управляют напряжением, прикладываемым к детектору МРРС®, таким образом, чтобы поддерживать постоянный коэффициент передачи этого детектора.
Только что разъясненный способ постоянно реализуется в рассматриваемой измерительной цепочке.
Выше также указано, что настоящее изобретение предпочтительно реализовать с применением схемы, приведенной на фиг. 2, а не схемы, показанной на фиг. 1: в последней схеме сигнал, представляющий подсчет нескольких сотен тысяч фотоэлектронов, достигающих поверхности детектора МРРС® одновременно или в течение очень короткого промежутка времени, окажется слишком велик, что сужает общий динамический диапазон системы.
На фиг. 6 представлена упрощенная схема первого примера системы измерения света, являющейся объектом настоящего изобретения, система содержит:
- счетчик 12 фотонов, например детектор МРРС® (матрица лавинных фотодиодов, работающих в режиме Гейгера, в составе этого детектора не показана),
- источник 14 напряжения питания, генерирующий напряжение питания для счетчика 12 фотонов,
- усилитель 16 для осуществления усиления сигналов, генерируемых счетчиком 12 фотонов, и
- процессорное устройство 18 для сбора усиленных сигналов, формирования гистограммы, определения двух последовательных пиков и генерирования сигнала ошибки, как было описано ранее.
Система, показанная на фиг. 6, содержит также регулирующее устройство 20, например, PID-типа, которое принимает сигнал ошибки и управляет источником 14 напряжения питания для регулирования напряжения на основе сигнала ошибки.
Далее, в примере, показанном на фиг. 6, процессорное устройство 18 обрабатывает усиленные сигналы для определения числа фотонов. Это устройство 18 снабжено устройством 22 для представления результатов на устройстве отображения.
На фиг. 7 представлена упрощенная схема второго примера фотометрической системы, являющейся объектом настоящего изобретения. Она содержит:
- счетчик 12 фотонов,
- источник 14 напряжения питания, обеспечивающий напряжение питания для счетчика 12 фотонов,
- первый и второй усилители 24 и 26, соединенные последовательно, для усиления сигналов, обеспечиваемых счетчиком 12 фотонов,
- первое процессорное устройство 28 для получения сигналов, усиленных первым усилителем 24, формирования гистограммы, определения двух последовательных пиков на гистограмме и генерирования сигнала ошибки, как было рассмотрено выше.
Система, показанная на фиг. 7, содержит также устройство 30 регулирования, например, PID-типа, которое принимает сигнал ошибки и управляет источником 14 напряжения питания для регулирования указанного напряжения в соответствии с сигналом ошибки.
Система, представленная на фиг. 7, содержит также второе процессорное устройство 32 для обработки усиленных сигналов, поступающих от второго усилителя 26, для определения числа фотонов. Это устройство 32 снабжено устройством 34 для представления результатов на дисплее.
Счетчик фотонов, обсуждаемый в примерах настоящего изобретения, может представлять собой детектор МРРС® или, в более общем случае, какое-либо устройство типа SiPM (кремниевый фотоэлектронный умножитель (Silicon PhotoMultiplier)), позволяющее осуществлять естественную генерацию сигнала, эквивалентного фотоэлектрону, а иногда - двум или трем фотоэлектронам, чтобы «инициировать» обратную связь, позволяющую запустить устройство.
Claims (23)
1. Способ контроля коэффициента усиления многопиксельного счетчика фотонов (12), содержащего матрицу лавинных фотодиодов, при этом подают напряжение на счетчик, выполненный с возможностью обеспечения сигнала, при обнаружении фотонов, причем способ содержит этапы, на которых:
получают сигналы, обеспечиваемые счетчиком (12), в течение заданных периодов, пока не достигнуто заданное суммарное время измерений,
формируют гистограмму амплитуд, содержащую набор пиков, на основе указанных полученных сигналов, при этом в гистограмме амплитуду откладывают по оси абсцисс, а число фотоэлектронов или термически возбужденных электронов откладывают по оси ординат,
определяют соответствующие позиции двух последовательных пиков, выполненных с возможностью их измерения на указанной гистограмме,
генерируют сигнал ошибки, равный девиации между указанными двумя последовательными пиками, и
регулируют, на основе указанного сигнала ошибки, напряжение, подаваемое на счетчик (12), так, чтобы обеспечить девиацию, равную заданной установленной величине.
2. Способ по п. 1, в котором указанные заданные периоды равны один другому, а их продолжительность выбирают в пределах от 50 до 500 нс.
3. Способ по п. 1, в котором продолжительность заданного суммарного времени измерений выбирают в пределах от 0,5 до 10 с.
4. Способ по п. 1, в котором указанные два последовательных пика являются первым и вторым пиками гистограммы.
5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором контролируют коэффициент усиления устройства, содержащего многопиксельный счетчик фотонов (12).
6. Система измерения света, реализующая способ по любому из пп. 1-5, содержащая:
счетчик фотонов (12), содержащий матрицу лавинных фотодиодов,
источник питания (14) для обеспечения напряжения питания для счетчика фотонов (12),
усилитель (16) для усиления сигналов, обеспечиваемых счетчиком фотонов (12), и обеспечения усиленных сигналов, и
процессорное устройство (18) для получения усиленных сигналов и обработки их для подсчета числа фотонов, и формирования гистограммы, при этом в гистограмме амплитуду откладывают по оси абсцисс, а число фотоэлектронов или термически возбужденных электронов откладывают по оси ординат, и определения двух последовательных пиков и генерирования сигнала ошибки, и
устройство (20) регулирования для контроля источника питания (14) посредством регулировки напряжения на основе сигнала ошибки.
7. Система измерения света, реализующая способ по любому из пп. 1-5, содержащая:
счетчик фотонов (12),
источник питания (14) для обеспечения напряжения питания для счетчика фотонов (12),
первый и второй усилители (24, 26), соединенные последовательно, для усиления сигналов, обеспечиваемых счетчиком фотонов (12), и обеспечения усиленных сигналов,
первое процессорное устройство (28) для получения сигналов, усиленных первым усилителем (24), формирования гистограммы, определения двух последовательных пиков на гистограмме и генерирования сигнала ошибки,
устройство (30) регулировки для контроля источника питания (14) посредством регулировки напряжения на основе сигнала ошибки и
второе процессорное устройство (32) для обработки усиленных сигналов от второго усилителя (26), для подсчета фотонов.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1351588A FR3002651B1 (fr) | 2013-02-22 | 2013-02-22 | Procede d'asservissement du gain et du zero d'un dispositif de comptage de photons a pixels multiples, et systeme de mesure de lumiere mettant en œuvre ce procede |
| FR1351588 | 2013-02-22 | ||
| PCT/EP2014/053074 WO2014128101A1 (fr) | 2013-02-22 | 2014-02-18 | Procede d'asservissement du gain et du zero d'un dispositif de comptage de photons a pixels multiples, et systeme de mesure de lumiere mettant en oeuvre ce procede |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015140136A RU2015140136A (ru) | 2017-03-30 |
| RU2649607C2 true RU2649607C2 (ru) | 2018-04-04 |
Family
ID=49001002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015140136A RU2649607C2 (ru) | 2013-02-22 | 2014-02-18 | Способ контроля коэффициента усиления и установки в ноль многопиксельного счетчика фотонов и система измерения света, реализующая указанный способ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9797772B2 (ru) |
| EP (1) | EP2959317B1 (ru) |
| JP (1) | JP6384874B2 (ru) |
| CN (1) | CN105074500B (ru) |
| FR (1) | FR3002651B1 (ru) |
| RU (1) | RU2649607C2 (ru) |
| WO (1) | WO2014128101A1 (ru) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3002651B1 (fr) * | 2013-02-22 | 2015-04-10 | Areva Nc | Procede d'asservissement du gain et du zero d'un dispositif de comptage de photons a pixels multiples, et systeme de mesure de lumiere mettant en œuvre ce procede |
| EP3143431B1 (en) * | 2014-05-11 | 2020-01-08 | Target Systemelektronik GmbH & Co. KG | Gain stabilization of detector systems utilizing photomultipliers with single photo electrons |
| FR3024379B1 (fr) | 2014-07-30 | 2020-08-14 | Areva Nc | Dispositif de separation cyclonique comprenant deux cyclones relies par une unite de canalisation optimisee |
| US20170083542A1 (en) * | 2015-09-21 | 2017-03-23 | Biometrics Technology International Inc. | Multi-variable signature verification |
| CN105572721B (zh) * | 2015-12-11 | 2019-03-22 | 中派科技（深圳）有限责任公司 | 用于测量传感器增益的装置、设备及方法 |
| CN105589092A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-05-18 | 沈阳东软医疗系统有限公司 | 一种探测器增益调整方法、装置及一种探测器 |
| RU2640957C2 (ru) * | 2016-03-09 | 2018-01-12 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Физики Высоких Энергий | Монитор |
| CN105737978B (zh) * | 2016-05-06 | 2017-12-19 | 天津倍肯生物科技有限公司 | 一种基于mppc增益可数字化调整的光子计数装置 |
| CN107526096B (zh) * | 2017-08-15 | 2019-06-25 | 江苏超敏仪器有限公司 | 一种修正温度对SiPM增益影响的方法 |
| FR3070210B1 (fr) * | 2017-08-18 | 2022-05-20 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif de retroaction sur la haute tension d'un detecteur gazeux |
| WO2019058438A1 (ja) * | 2017-09-20 | 2019-03-28 | オリンパス株式会社 | 光計測装置、光計測方法および走査型顕微鏡 |
| CN109283569B (zh) | 2018-11-20 | 2022-05-17 | 中派科技（深圳）有限责任公司 | 用于测量光子信息的装置和光子测量设备 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3800143A (en) * | 1972-02-16 | 1974-03-26 | Nucleonics Dev Co | Agc for radiation counter |
| US20040159792A1 (en) * | 1998-03-25 | 2004-08-19 | Cti Pet Systems, Inc. | Scintillation detector array for encoding the energy, position and time coordinates of gamma ray interactions |
| RU2006142684A (ru) * | 2004-05-03 | 2008-06-10 | Компани Женераль Де Матьер Нюклеэр (FR) | Способ коррекции двухпараметрических спектров |
| WO2009115956A2 (en) * | 2008-03-19 | 2009-09-24 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Single photon radiation detector |
| WO2012158922A2 (en) * | 2011-05-17 | 2012-11-22 | Schlumberger Canada Limited | System and method for gain regulation |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5972049A (ja) * | 1982-10-19 | 1984-04-23 | Horiba Ltd | 試料の発光寿命測定装置 |
| CN1028308C (zh) * | 1988-07-14 | 1995-04-26 | 清华大学 | 闪烁探测器温控自动稳定系统 |
| JPH02247555A (ja) * | 1989-03-20 | 1990-10-03 | Hitachi Ltd | パルスカウント式イオン測定方法 |
| US5532122A (en) * | 1993-10-12 | 1996-07-02 | Biotraces, Inc. | Quantitation of gamma and x-ray emitting isotopes |
| JP3474612B2 (ja) * | 1993-12-03 | 2003-12-08 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出装置 |
| US5677536A (en) * | 1996-06-19 | 1997-10-14 | Smv America | Gamma camera with on the fly calibration for PMT drift |
| JP2000201031A (ja) * | 1999-01-07 | 2000-07-18 | Nec Miyagi Ltd | 光受信回路 |
| JP2000275101A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Hamamatsu Photonics Kk | 光計測装置及び光計測方法 |
| US7868665B2 (en) * | 2002-03-05 | 2011-01-11 | Nova R&D, Inc. | Integrated circuit and sensor for imaging |
| JP2003322606A (ja) * | 2002-04-30 | 2003-11-14 | Sysmex Corp | 粒子分析装置および粒子分析装置の感度調整方法 |
| US7152002B2 (en) * | 2002-06-03 | 2006-12-19 | Sabia, Inc. | Method and apparatus for analysis of elements in bulk substance |
| US7283166B1 (en) * | 2002-10-15 | 2007-10-16 | Lockheed Martin Corporation | Automatic control method and system for electron bombarded charge coupled device (“EBCCD”) sensor |
| CN1228646C (zh) * | 2003-07-18 | 2005-11-23 | 华东师范大学 | 高计数率的单光子检测器 |
| CN1306281C (zh) * | 2004-05-27 | 2007-03-21 | 华东师范大学 | 一种平衡抑制的单光子探测电路模块 |
| US7312457B2 (en) * | 2005-05-02 | 2007-12-25 | Advanced Measurement Technology, Inc. | Spectrometer with charge-carrier-trapping correction |
| EP2076790B1 (en) * | 2006-10-04 | 2014-02-12 | CERN - European Organization For Nuclear Research | Readout circuit for use in a combined pet-ct apparatus |
| US7800052B2 (en) * | 2006-11-30 | 2010-09-21 | Schlumberger Technology Corporation | Method and system for stabilizing gain of a photomultipler used with a radiation detector |
| US20100044571A1 (en) * | 2008-08-19 | 2010-02-25 | University Of Washington | Method for determining the three-dimensional position of a scintillation event |
| US8022355B2 (en) * | 2009-08-04 | 2011-09-20 | Thermo Fisher Scientific Inc. | Scintillation detector gain control system using reference radiation |
| WO2012132919A1 (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-04 | 日本電気株式会社 | 光子検出回路および光子検出方法 |
| FR3002651B1 (fr) * | 2013-02-22 | 2015-04-10 | Areva Nc | Procede d'asservissement du gain et du zero d'un dispositif de comptage de photons a pixels multiples, et systeme de mesure de lumiere mettant en œuvre ce procede |
| CN203385483U (zh) * | 2013-08-09 | 2014-01-08 | 西安工程大学 | 基于多像素光子计数器的光子数分辨与计数装置 |
| JP6747774B2 (ja) * | 2015-03-19 | 2020-08-26 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | 集積回路、光子検出装置、及び放射線分析装置 |
-
2013
- 2013-02-22 FR FR1351588A patent/FR3002651B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2014
- 2014-02-18 JP JP2015558417A patent/JP6384874B2/ja active Active
- 2014-02-18 EP EP14704815.1A patent/EP2959317B1/fr active Active
- 2014-02-18 RU RU2015140136A patent/RU2649607C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2014-02-18 CN CN201480009461.3A patent/CN105074500B/zh active Active
- 2014-02-18 WO PCT/EP2014/053074 patent/WO2014128101A1/fr active Application Filing
- 2014-02-18 US US14/767,911 patent/US9797772B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3800143A (en) * | 1972-02-16 | 1974-03-26 | Nucleonics Dev Co | Agc for radiation counter |
| US20040159792A1 (en) * | 1998-03-25 | 2004-08-19 | Cti Pet Systems, Inc. | Scintillation detector array for encoding the energy, position and time coordinates of gamma ray interactions |
| RU2006142684A (ru) * | 2004-05-03 | 2008-06-10 | Компани Женераль Де Матьер Нюклеэр (FR) | Способ коррекции двухпараметрических спектров |
| WO2009115956A2 (en) * | 2008-03-19 | 2009-09-24 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Single photon radiation detector |
| WO2012158922A2 (en) * | 2011-05-17 | 2012-11-22 | Schlumberger Canada Limited | System and method for gain regulation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2959317A1 (fr) | 2015-12-30 |
| RU2015140136A (ru) | 2017-03-30 |
| JP2016516179A (ja) | 2016-06-02 |
| FR3002651B1 (fr) | 2015-04-10 |
| US9797772B2 (en) | 2017-10-24 |
| CN105074500B (zh) | 2018-04-20 |
| FR3002651A1 (fr) | 2014-08-29 |
| JP6384874B2 (ja) | 2018-09-05 |
| US20160003671A1 (en) | 2016-01-07 |
| WO2014128101A1 (fr) | 2014-08-28 |
| EP2959317B1 (fr) | 2016-11-23 |
| CN105074500A (zh) | 2015-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2649607C2 (ru) | Способ контроля коэффициента усиления и установки в ноль многопиксельного счетчика фотонов и система измерения света, реализующая указанный способ | |
| Otte et al. | Characterization of three high efficiency and blue sensitive silicon photomultipliers | |
| US9164144B2 (en) | Characterization and calibration of large area solid state photomultiplier breakdown voltage and/or capacitance | |
| US20150364635A1 (en) | Single photon counting | |
| JP4409764B2 (ja) | 高速対数光検出器 | |
| US6342701B1 (en) | Time correlated photon counting | |
| Gola et al. | The DLED algorithm for timing measurements on large area SiPMs coupled to scintillators | |
| WO2017097148A1 (zh) | 用于测量击穿电压的装置、设备及方法 | |
| US20050269513A1 (en) | Apparatus and method for temperature correction and expanded count rate of inorganic scintillation detectors | |
| CN110622415B (zh) | 放大器 | |
| Grodzicka et al. | Energy resolution of small scintillation detectors with SiPM light readout | |
| US6188473B1 (en) | Method and system for photodetection of photon-counting and current operation | |
| US7135669B2 (en) | Low-level light detector and low-level light imaging apparatus | |
| US20180348141A1 (en) | Photon counting in laser induced breakdown spectroscopy | |
| US11215503B2 (en) | Method for counting photons by means of a photomultiplier | |
| Dolinsky et al. | Timing resolution performance comparison of different SiPM devices | |
| Ellis et al. | Optimal use of photomultipliers for chemiluminescence and bioluminescence applications | |
| Ferri et al. | A comprehensive study of temperature stability of Silicon PhotoMultiplier | |
| Schneider et al. | Characterization of blue sensitive 3× 3 mm2 SiPMs and their use in PET | |
| WO2010034702A1 (fr) | Système de contrôle de dérive de gain de photomultiplicateur et procédé associé | |
| Ma et al. | Study on the time resolution limits of FPMT and SiPM under femtosecond laser | |
| Dolinsky | Novel approach for calibration breakdown voltage of large area SiPM | |
| US20180259391A1 (en) | Coincidence resolving time readout circuit | |
| Liu et al. | Ultra-Low Level Light Detection Based on the Poisson Statistics Algorithm and a Double Time Windows Technique With Silicon Photomultiplier | |
| Samain et al. | Time walk compensation of an avalanche photo-diode with a linear photo-detection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210219 |