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空间辐射传感器模拟信号处理及分析

空间辐射传感器模拟信号处理及分析

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作者：段凯南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着航天技术的日新月异,要求航天器具有长寿命、高可靠性的特点。而空间辐射环境正是制约这些要求的核心要素。空间辐射环境不仅会损坏航天器的电子系统,更会威胁到航天员的生命安全,因此测量空间辐射环境十分必要。而探测空间辐射环... 详细信息

随着航天技术的日新月异,要求航天器具有长寿命、高可靠性的特点。而空间辐射环境正是制约这些要求的核心要素。空间辐射环境不仅会损坏航天器的电子系统,更会威胁到航天员的生命安全,因此测量空间辐射环境十分必要。而探测空间辐射环境要实现测量准、测量快、测量稳定,离不开高采样率、低噪声、宽能谱的电子学系统,所以电子学系统的对于探测空间辐射环境的模拟信号获取以及数据处理尤为重要。本文中以塑料闪烁体和硅光电倍增管为核心的空间辐射传感器,可配套完成对空间辐射信号的采集、转换、放大、传输、记录和分析处理等工作。该传感器可实现较宽的能谱响应,和较宽的能量响应。文中模拟测试Si PM在部分电荷工作环境下选用不同接地电阻对信号参数的影响,设计并制备了电流反馈跨阻放大器,放大的增益为20d B,带宽1GHz,压摆率5500V/μs,经估算和测试前置放大器之后的总输出电压噪声在2m V的水平,并且给出两种可满足不同需求的两款前置放大器方案,研究了部分电荷读出信号的fom增强问题,并通过极零相消技术进一步提高信号的时间性能。本文首先实现了在部分电荷获取工作条件下,部分电荷读出的快信号在具有良好的定时性能的同时,仍然可以实现较好的粒子分辨能力。经过研究长门、短门变化对fom的影响,通过长短门的优化选择fom值可以提高到1.108(长门取250ns,短门取40ns),接近相同测试条件利用standard方式输出信号的结果。其次,通过选取多组长门和短门计算fom值,将结果拟合成连续的三维图像,并投影到二维平面上得到fom关于长门和短门的等高图。和以往标准输出信号相比,快信号在等高图存在两个峰值,第一个在长门大于300ns,短门0ns;第二个在长门20000ns,短门300ns。第一个峰值小于第二个峰值,且第一个峰值需要更长的长门门宽,纳入了更多的噪声,第二个峰值需要的长门相对短一些,噪声少更有利于计算fom值。而同样测试条件下的standard输出信号的fom二维等高图上只存在一个峰值。最后,极零相消电路结合部分电荷电路可以将脉冲时间宽度降到50ns的水平,进一步提高了信号的时间性能,同时可以实现粒子鉴别,但fom值有所下降,可将这种工作方式应用在高计数率的探测系统中。

关键词：模拟信号处理前置放大器 fom优化粒子鉴别硅光电倍增管

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