微納CT系統(tǒng)探測器特性研究.pdf

1、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

2、，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CsI作為閃爍屏材料。通過理論分析建模與仿真，得出CsI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

3、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EP

4、2C70F896C6 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