[發明專利]一種電離室電荷信號讀出裝置

在審

• 申請號: 202011541982.7
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112671405A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 殷治國;黃鵬;牟雪兒
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10;H03M1/12
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 卓凡

本發明提出了一種電離室電荷信號讀出裝置，屬于加速器技術領域，包括電荷積分電路、布設在電荷積分電路輸出端的模擬轉換器ADC，特點是：在電荷積分電路輸入端和輸出端之間，還布設有用于實現自動放電的放電電路、以及用于校準差值的校準電路、及用于控制放電電路和校準電路的DSP控制單元，該DSP控制單元與電荷積分電路輸出端同側布設。本發明克服了傳統的偏見，即積分器采樣和放電必須將相關電路斷開才能進行采樣或放電的偏見。積分器自動放電過程利用了給積分器輸入端施加正向電流、反向電流的原理，使得正負電流形成的正負電荷相互抵消，通過自動校準電路，以及自動放電電路，解決了由于采樣斷路和放電短路造成的積分器丟失電荷的“死時間”問題。

技術領域

本發明屬于加速器領域，具體涉及一種電離室電荷信號讀出裝置。

背景技術

微弱信號的數字化讀出通常使用三種方法：第一種方法是電流電壓實時轉換+ADC，該方法可對信號的具體細節進行分析，但是數據量大、成本高、系統復雜；第二種方法是電流頻率轉換+計數器，這是一種時間段處理方法，將電流轉換成脈沖輸出，單個脈沖代表固定的電荷量，該方法實現成本低，但是技術難度大；第三種方法是門控積分器+ADC。電荷積分器利用放大器輸入虛地的概念，把電荷信號直接積分到電路中的積分電容，從而放大器的輸出，便是所有電荷量的總和的輸出。

第三種方法雖然是當前普遍被采用的方法，但仍然存在不理想性：當積分器在處于保持狀態或放電狀態時會產生“死時間”，“死時間”造成電離室電荷信號讀出不準確。

積分器采樣階段產生的“死時間”：任何電子放大器本身都存在偏置電壓偏置電流，積分電容本身也存在漏電流，這兩種原因導致了在電荷轉換出現誤差。這種誤差只有在積分器工作狀態下才會產生。現有技術解決的辦法是：當需要測量電荷總輸出時，讓積分器停止工作：讓積分器停止工作的方法是將積分電容和輸入電荷之間的通路斷開，這樣，積分器兩端的電壓就穩定了，從而可以準確地進行電荷的讀數。但積分器處于保持狀態的這段時間電荷的源頭并沒有掐斷，電荷只是不再流向積分器而是流向其他地方，這段時間的電荷被積分器漏掉了，稱這段時間稱為積分器處于保持狀態時的“死時間”。

積分器放電階段產生的“死時間”：如圖1所示，當積分器放電時，S1打開、S2關閉，S2關閉后電容短路產生放電，但是積分器放電這段時間，電荷輸入端的源頭沒有切斷，只是電荷通向積分器的分支通過S1的打開被斷路，但由于電荷源頭沒有斷，電荷沒有流向積分器而是流向了其它分支(其它分支圖1中未標注)，這段時間的電荷被積分器漏掉了，稱這段時間稱為積分器處于放電狀態時的“死時間”。

綜上，積分器處于保持狀態下的“死時間”，是因為當需要測量電荷總輸出時，讓積分器停止工作、將電容和電荷之間的通路斷開、導致電荷流向其它分支而產生“死時間”；積分器處于放電狀態下的“死時間”，是因為當需要電荷放電時，通向積分器的電荷分支電路被切斷，導致電荷流向其它分支而產生“死時間”。

發明內容

本發明為解決現有技術存在的問題，提出一種電離室電荷信號讀出裝置，目的在于解決現有技術下電荷積分電路在積分器處于保持狀態或放電狀態下出現“死時間”、造成電離室電荷信號讀出不準確的問題。

本發明為解決其技術問題提出以下技術方案

一種電離室電荷信號讀出裝置，包括電荷積分電路、布設在電荷積分電路輸出端的模擬轉換器ADC，其特征在于：在電荷積分電路輸入端和輸出端之間，還布設有用于實現自動放電的放電電路、以及用于校準差值的校準電路、以及用于控制放電電路和校準電路的DSP控制單元，該DSP控制單元與電荷積分電路輸出端同側布設。

所述的校準電路包括數模轉換器DAC、精密電阻、高絕緣阻抗繼電器及其開關控制電路；精密電阻、數模轉換器DAC分別布設在該校準電路的靠近電荷積分電路的輸入端側和靠近電荷積分電路的輸出端側。