高分辨X射线面阵CCD探测器数据采集

摘要

CT技术已经在各行业，尤其是工业、医疗行业取得了重大发展，其显著特点是可以完整、准确的重建工件内部物理结构，并可对工件组成成分和几何结构进行定量评价。探测器数据采集系统是CT设备的重要组成部分，其功能是将透射过物体的X射线转换为数字信号并传输到上位机，为后续的图像处理和重建做准备。随着科学技术的发展，探测器的精度要求也越来越高。常用的探测器有闪烁体探测器和气体探测器，CCD探测器是闪烁体探测器中的一种，它具有分辨率高、动态范围宽和灵敏度高等优点，在微纳CT系统中的应用越来越广泛。因此，面阵CCD探测器数据采集系统的研发具有重大的意义。
　　本文基于课题要求和CCD的成像原理，完成了面阵CCD探测器数据采集系统的硬件和软件设计。首先，分析选定了基于FPGA的数据采集方案，同时对系统各个模块的主要器件进行合理选型。然后，通过研究面阵CCD传感器KAF-8300的应用需求，完成了CCD传感器模块的电路设计工作，采用Altera公司的EP1C3T144I7芯片作为时序控制器件，使得各路驱动信号的时序都能达到要求。最后，根据CCD信号的输出特性，设计了信号调理模块、A/D转换模块、数据缓存和上传模块，其中信号调理模块对CCD输出信号进行放大和滤波处理，A/D转换模块对信号进行相关双采样、放大和模数转换处理，数据缓存和上传模块将得到的数字信号存储在RAM中通过网络接口上传到上位机。
　　本文在最后介绍了系统的联合调试，主要包括CCD信号的输出测试和数据采集与传输测试。在数据采集与传输测试的过程中，对不同光照条件下CCD输出的信号进行了数据采集，数据分析的结果表明系统工作正常。

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1 绪 论

1.1课题背景及意义

1.2 CCD器件的发展和国内外现状

1.3课题研究内容

1.4论文结构安排

2 CCD探测器数据采集系统总体结构

2.1数据采集系统方案选择

2.2系统总体框架

2.3 CCD探测器

2.4面阵CCD

2.5系统控制芯片

2.6模数转换器件

2.7本章小结

3 数据采集系统硬件实现

3.1 CCD传感器模块电路设计

3.2信号调理模块电路设计

3.3 A/D转换模块电路设计

3.4本章小结

4 数据采集系统软件实现

4.1 CCD模块时序设计

4.2 A/D转换模块时序设计

4.3数据缓存和上传设计

4.4本章小结

5 采集系统测试结果及分析

5.1硬件测试

5.2 CCD传感器输出信号测试

5.3数据采集与传输测试

5.4本章小结

6 总结与展望

6.1论文总结

6.2课题展望

致谢

参考文献