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高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法及系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410154929.X

申請日:

2014.04.17

公開號:

CN103954986A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G01T 1/00申請日:20140417|||公開
IPC分類號: G01T1/00 主分類號: G01T1/00
申請人: 清華大學
發明人: 程建平; 曾鳴; 岳曉光; 王學武; 曾志; 王義; 趙自然; 羅志飛; 以恒冠; 于百蕙
地址: 100084 北京市海淀區100084-82信箱
優先權:
專利代理機構: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201 代理人: 張大威
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410154929.X

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.01.04|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提出一種高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法,包括以下步驟:通過復用讀出轉接板對高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條進行雙精細復用,并由復用讀出轉接板輸出處理后的信號;使用模擬或數字方法得到讀出轉接板輸出脈沖波形的幅度、時間以及電荷量;根據電荷量通過入射點位置重建算法重建高位置分辨MRPC探測器的入射點的位置。本發明實施例的方法能夠在實現高位置分辨能力的同時,大幅簡化讀出電子學系統。本發明還提供了一種高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統。

權利要求書

權利要求書
1.  一種高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法,其特征在于,包括以下步驟:
通過復用讀出轉接板對所述高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條進行雙精細復用,并由所述復用讀出轉接板輸出處理后的信號;
使用模擬或數字方法得到所述復用讀出轉接板輸出脈沖波形的幅度、時間及電荷量;
根據所述幅度、時間以及電荷量,通過入射點位置重建算法重建所述高位置分辨MRPC探測器的入射點的位置。

2.  根據權利要求1所述的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法,其特征在于,
所述高位置分辨MRPC探測器為二維讀出的探測器。

3.  根據權利要求1所述的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法,其特征在于,
所述復用讀出轉接板為兩組,每組包括兩塊復用讀出轉接板,分別對應地設置在所述高位置分辨MRPC探測器的兩個維度。

4.  根據權利要求3所述的高位置分辨率MPRC探測器的復用讀出方法,其特征在于,
每組復用讀出轉接板中的其中一塊包括2n+2個輸出端口,另一塊包括2n個輸出端口,每組復用讀出轉接板可復用讀出所述高位置分辨MRPC探測器一個維度上的(2n+2)*2n個讀出電極條。

5.  一種高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統,其特征在于,包括:
復用讀出轉接板,所述復用讀出轉接板用于對所述高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條進行雙精細復用,并輸出處理后的信號;
信號處理模塊,所述信號處理模塊用于對所述信號進行放大、成形和數字化處理后以生成波形數據;
獲取模塊,所述獲取模塊用于通過模擬或數字方法得到所述復用讀出轉接板輸出脈沖波形的幅度、時間及電荷量;
重建模塊,所述重建模塊根據所述幅度、時間及電荷量,通過入射點位置重建算法重建所述高位置分辨MRPC探測器的入射點的位置。

6.  根據權利要求5所述的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統,其特征在于,
所述高位置分辨MRPC探測器為二維讀出的探測器。

7.  根據權利要求5所述的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統,其特征在于,
所述復用讀出轉接板為兩組,每組包括兩塊復用讀出轉接板,分別對應地設置在所述高位置分辨MRPC探測器的兩個維度。

8.  根據權利要求7所述的高位置分辨率MRPC探測器的復用讀出系統,其特征在于,
每組復用讀出轉接板中的其中一塊包括2n+2個輸出端口,另一塊包括2n個輸出端口,每組復用讀出轉接板可復用讀出所述高位置分辨MRPC探測器一個維度上的(2n+2)*2n個讀出電極條。

說明書

說明書高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法及系統
技術領域
本發明涉及核輻射探測信號獲取技術領域,特別涉及一種高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法及系統。
背景技術
MRPC(Multi-gap resistive plate chamber,多氣隙電阻性板室)探測器具有很高的時間分辨能力,在很多大型實驗裝置中被用來測量飛行時間(TOF)。在此基礎上,世界上有多個研究組在嘗試設計、制造高位置分辨率的MRPC探測器。常規的MRPC探測器讀出方式是使用通道數與探測器讀出電極條數目相同的電子學處理、記錄探測器的每個讀出條的輸出信號。但是,由于大面積高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條尺寸更小、讀出電極條數目更多,使用常規的讀出方式就必然需要通道數與MRPC探測器讀出電極條數相當的讀出電子學系統。受限于讀出電子學的規模、復雜度及成本,大面積的高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條尺寸也無法做得太低。常規讀出方式對大規模電子學的需求成為了大面積高位置分辨MRPC探測器位置分辨能力提高的一個瓶頸。
發明內容
本發明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術中的技術問題之一。
為此,本發明的一個目的在于提出一種高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法,該方法能夠在實現高位置分辨能力的同時,大幅簡化讀出電子學系統。
本發明的另一個目的在于提供一種高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統。
為了實現上述目的,本發明第一方面的實施例提出了一種高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法,包括以下步驟:通過復用讀出轉接板對所述高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條進行雙精細復用,并由所述復用讀出轉接板輸出處理后的信號;使用模擬或數字方法得到讀出轉接板輸出脈沖波形的幅度、時間以及電荷量,根據所述幅度、時間以及電荷量,通過入射點位置重建算法重建所述高位置分辨MRPC探測器的入射點的位置。
根據本發明實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法,通過復用讀出轉接板對高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條進行雙精細復用,并輸出處理后的信號,通過模擬或數字方法得到復用讀出轉接板輸出脈沖波形的幅度、時間及電荷量;最后根據得到的幅 度、時間及電荷量,通過入射點位置重建算法重建高位置分辨MRPC探測器的入射點的位置。因此,該方法能夠在實現高位置分辨能力的同時,大幅簡化讀出電子學系統。
另外,根據本發明上述實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法還可以具有如下附加的技術特征:
在一些示例中,所述高位置分辨MRPC探測器為二維讀出的探測器。
在一些示例中,所述復用讀出轉接板為兩組,每組包括兩塊復用讀出轉接板,分別對應地在所述高位置分辨MRPC探測器的兩個維度。
在一些示例中,每組復用讀出轉接板中的其中一塊包括2n+2個輸出端口,另一塊包括2n個輸出端口,每組復用讀出轉接板可復用讀出所述高位置分辨MRPC探測器一個維度上的(2n+2)*2n個讀出電極條。
本發明第二方面的實施例提供了一種高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統,包括:復用讀出轉接板,所述復用讀出轉接板用于對所述高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條進行雙精細復用,并輸出處理后的信號;信號處理模塊,所述信號處理模塊用于對所述信號進行放大、成形和數字化處理后以生成波形數據;獲取模塊,所述獲取模塊用于根據所述波形數據通過模擬或數字方法得到所述復用讀出轉接板輸出的脈沖波形的幅度、時間及電荷量;重建模塊,根據所述幅度、時間及電荷量,通過入射點位置重建算法重建所述高位置分辨MRPC探測器的入射點的位置。
根據本發明實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統,通過復用讀出轉接板對高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條進行雙精細復用,并由輸出處理后的信號,對該信號進行放大、成形和數字化處理以生成波形數據,根據該波形數據通過模擬或數字方法得到復用讀出轉接板輸出的脈沖波形的幅度、時間及電荷量;最后根據得到的幅度、時間及電荷量,通過入射點位置重建算法重建高位置分辨MRPC探測器的入射點的位置。因此,該系統能夠在實現高位置分辨能力的同時,大幅簡化讀出電子學系統。
另外,根據本發明上述實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統還可以具備如下附加的技術特征:
在一些示例中,所述高位置分辨MRPC探測器為二維讀出的探測器。
在一些示例中,所述復用讀出轉接板為兩組,每組包括兩塊復用讀出轉接板,分別對應地設置在所述高位置分辨MRPC探測器的兩個維度。
在一些示例中,每組復用讀出轉接板中的其中一塊包括2n+2個輸出端口,另一塊包括2n個輸出端口,每組復用讀出轉接板可復用讀出所述高位置分辨MRPC探測器一個維度上的(2n+2)*2n個讀出電極條。
本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變得明 顯,或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解,其中:
圖1是根據本發明一個實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法的流程圖;
圖2是根據本發明另一個實施例的復用讀出轉接板與高位置分辨MRPC探測器四邊的對應關系示意圖;
圖3是根據本發明一個實施例高位置分辨MRPC探測器一個維度的讀出電極條的復用結構示意圖;
圖4是根據本發明一個實施例的入射點位置重建算法的原理示意圖;以及
圖5是根據本發明一個實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統的結構框圖。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例,所述實施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的,僅用于解釋本發明,而不能理解為對本發明的限制。
以下結合附圖描述根據本發明實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法及系統。
圖1是根據本發明一個實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法的流程圖。如圖1所示,根據本發明一個實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法,包括以下步驟:
步驟S101,通過復用讀出轉接板對高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條進行雙精細復用,并由復用讀出轉接板輸出處理后的信號。其中,在本發明的一個實施例中,該高位置分辨MRPC探測器為二維讀出的探測器,且每一個維度的所有讀出電極條間隔地引出到高位置分辨MRPC探測器的兩側。進一步地,復用讀出轉接板由四層PCB構成,其中中間兩層用于布線,實現復用讀出條的雙精細復用,外表兩層全部覆銅接地,以形成良好屏蔽。
更為具體地,本發明中使用的復用讀出轉接板為兩組,每組包括兩塊復用讀出轉接板,并分別對應在高位置分辨MRPC探測器的兩個維度。作為一個具體的例子,如圖2所示,為兩組復用轉接板與高位置分辨MRPC探測器四邊的對應關系圖。圖中的高位置分辨MRPC探測器為一種二維讀出的探測器,令一個維度為X維度,則另一個維度為Y維度。每個維度的讀出電極條可以使用一組兩塊復用讀出轉接板來實現復用讀出。其中復用讀出轉接板A 與復用讀出轉接板B的相對位置可以互換,但后面的入射點位置重建算法需要做相應的修改。
在本發明的一個示例中,上述每組復用讀出轉接板的其中一塊包括2n+2個輸出端口,另一塊包括2n個輸出端口,每組復用讀出轉接板可復用讀出高位置分辨MRPC探測器一個維度上的(2n+2)*2n個讀出電極條。作為一個具體的例子,如圖3所示,為高位置分辨MRPC探測器上一個維度的讀出電極條的復用讀出結構示意圖。其中,高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條間隔地引到探測器的兩邊,一邊全部是序號為奇數的讀出電極條,另外一邊則全部是序號為偶數的讀出電極條。圖中偶數讀出電極條與復用讀出轉接板A對應,奇數讀出電極條與復用讀出轉接板B對應。圖中只畫出了28個讀出電極條,實際上8*6的雙精度復用讀出組合可以復用讀出48根讀出電極條,此處不再贅述。
步驟S102,使用模擬或數字的方法得到脈沖波形的幅度、時間以及電荷量。具體而言,在一些示例中,利用波形采樣電子學對上述步驟S101中的輸出信號進行放大、成形、數字化,根據波形數據得到復用讀出轉接板輸出各通道的電荷量。
步驟S103,根據幅度、時間及電荷量通過入射點位置重建算法重建高位置分辨MRPC探測器的入射點的位置。其中,高位置分辨MRPC探測器對于每一個入射粒子電離產生的電子云,兩個維度上都有多個讀出電極條上有感應信號,滿足雙精度復用的前提。
綜上所述,本發明的有益效果是針對測量低通量粒子(如宇宙線繆子等)位置的高位置分辨MRPC探測器,常規的分立讀出方法需要2*(2n+2)*2n通道的電子學,而本方法只需要2*(2n+2+2n)通道的電子學,因而,可在實現高位置分辨能力的同時,大幅簡化讀出電子學系統。
以下結合圖4以一個具體示例說明本發明入射點位置重建算法的原理。具體而言,在低通量粒子(如宇宙線繆子等)位置測量時,在系統數據采集時間窗內同時有多個粒子入射的幾率很小,雙精細復用讀出方法對絕大部分事件都可用。如圖4所示,在數據采集時間窗內只有一個粒子穿過探測器的靈敏面積,該粒子電離產生的電子云在讀出電極條16~19上有感應輸出,靠近電子云中心的讀出電極條17、18的感應的電荷量要大于距離電子云中心較遠的讀出電極條16、19,與讀出電極條17、18相連的復用讀出通道分別為O1和E2通道,這兩個通道輸出的電荷量在各自所在的復用讀出轉接板的輸出中都是最大的。而根據雙精度復用的原理,兩個相鄰的讀出電極條組合唯一對應一個復用讀出輸出通道號組合。因此,重建入射點位置時,使用復用讀出轉接板A與復用讀出轉接板B輸出電荷最大通道號組合就可以確定距離電子云中心最近的兩個相鄰的讀出電極條,在根據其他復用讀出通道上的輸出,就可以準確重建出電子云在若干條讀出電極條上感應電荷的分布,再根據電荷中心法或相關函數擬合的方法確定入射點的位置。
根據本發明實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出方法,通過復用讀出轉接板對高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條進行雙精細復用,并使用模擬或數字的方法得到脈沖波形的幅度、時間以及電荷量;最后根據得到的幅度、時間及電荷量,通過入射點位置重建算法重建高位置分辨MRPC探測器的入射點的位置。因此,該方法能夠在實現高位置分辨能力的同時,大幅簡化讀出電子學系統。
本發明還提供了一種高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統。
圖5為根據本發明一個實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統的結構框圖。如圖5所示,根據本發明一個實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統500,包括:復用讀出轉接板510、信號處理模塊520、獲取模塊530和重建模塊540。
具體而言,復用讀出轉接板510用于對高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條進行雙精細復用,并輸出處理后的信號。其中,在本發明的一個實施例中,該高位置分辨MRPC探測器為二維讀出的探測器,且每一個維度的所有讀出電極條間隔地引出到高位置分辨MRPC探測器的兩側。復用讀出轉接板510由四層PCB構成,其中中間兩層用于布線,實現復用讀出條的雙精細復用,外表兩層全部覆銅接地,以形成良好屏蔽。更為具體地,本發明中使用的復用讀出轉接板為兩組,每組包括兩塊復用讀出轉接板,并分別對應在高位置分辨MRPC探測器的兩個維度。
在本發明的一個示例中,每組復用讀出轉接板的其中一塊包括2n+2個輸出端口,另一塊包括2n個輸出端口,每組復用讀出轉接板可復用讀出高位置分辨MRPC探測器一個維度上的(2n+2)*2n個讀出電極條。
信號處理模塊520用于對信號進行放大、成形和數字化處理后以生成波形數據。具體而言,在一些示例中,信號處理模塊520利用波形采樣電子學對對上述復用讀出轉接板510的輸出信號進行放大、成形、數字化并將波形數據保存。
獲取模塊530用于根據波形數據通過模擬或數字的方法得到復用讀出轉接板輸出的脈沖波形的幅度、時間及電荷量。更為具體地,即根據波形數據通過模擬或數字的方法得到復用讀出轉接板輸出各通道的電荷量。
重建模塊540用于根據幅度、時間及電荷量通過入射點位置重建算法重建高位置分辨MRPC探測器的入射點的位置。其中,高位置分辨MRPC探測器對于每一個入射粒子電離產生的電子云,兩個維度上都有多個讀出電極條上有感應信號,滿足雙精度復用的前提。
綜上所述,本發明的有益效果是針對測量低通量粒子(如宇宙線繆子等)位置的高位置分辨MRPC探測器,常規的分立讀出方法需要2*(2n+2)*2n通道的電子學,而本方法只需要2*(2n+2+2n)通道的電子學,因而,可在實現高位置分辨能力的同時,大幅簡化讀出電子學系統。
對本發明實施例的系統500的具體示例性描述參見本發明上述實施例的方法部分的描述,為了減少冗余,此處不再贅述。
根據本發明實施例的高位置分辨MRPC探測器的復用讀出系統,通過復用讀出轉接板對高位置分辨MRPC探測器的讀出電極條進行雙精細復用,并輸出處理后的信號,對該信號進行放大、成形和數字化處理以生成波形數據,根據該波形數據通過模擬或數字的方法得到復用讀出轉接板輸出脈沖波形的幅度、時間以及電荷量,最后根據得到的幅度、時間及電荷量通過入射點位置重建算法重建高位置分辨MRPC探測器的入射點的位置。因此,該系統能夠在實現高位置分辨能力的同時,大幅簡化讀出電子學系統。
在本發明的描述中,需要理解的是,術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系,僅是為了便于描述本發明和簡化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作,因此不能理解為對本發明的限制。
此外,術語“第一”、“第二”僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發明的描述中,“多個”的含義是至少兩個,例如兩個,三個等,除非另有明確具體的限定。
在本發明中,除非另有明確的規定和限定,術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或成一體;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系,除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言,可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
在本發明中,除非另有明確的規定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸,或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本說明書的描述中,參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中,對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且,描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外,在不相互矛盾的情況下,本領域的技術人員可 以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。
盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例,可以理解的是,上述實施例是示例性的,不能理解為對本發明的限制,本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。

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