工业CT光电二极管探测器特性研究

摘要

工业CT(IndustrialComputedTomography)是工业计算机断层扫描成像的简称。工业CT系统主要由射线源系统、探测系统、机械扫描与控制系统、数据采集与传输系统和计算机图像处理系统组成。探测系统是工业CT系统的关键子系统。探测系统的性能优劣将直接影响到整个工业CT系统的图像质量和性能指标。提高探测器性能是工业CT系统研究和开发的重要内容，分析和研究工业CT探测器的特性具有重要的工程应用价值和学术价值。
　　为了在工业CT系统设计过程中，对探测器的设计和器件选型做到有的放矢，同时为了有效提高和改善探测器性能，对影响探测器的灵敏度、线性范围及稳定性的诸多因素进行了分析和研究。首先分析比较了几种常用的辐射探测器的优缺点及其适用范围，重点分析了工业CT系统中应用最广泛的闪烁体光电二极管探测器的结构与工作原理，并对组成该探测器的两个关键器件——闪烁体与光电二极管的特性进行深入研究。分析了工业CT探测器中常用闪烁体的发光效率、发射光谱、衰减时间等特性，并采用蒙特卡洛方法对闪烁体的荧光收集效率进行仿真，给出了提高荧光收集效率的三点措施。设计了光电二极管的特性测试系统，包括光电二极管的低噪声放大电路设计与光路设计两个部分，并且使用该系统对光电二极管的特性进行了实验测试和分析。
　　在对闪烁体与光电二极管特性研究的基础之上，本文提出了改善探测器性能的三项措施：①提出了闪烁体与光电二极管的匹配度的概念，使闪烁体与光电二极管的选型有据可依；②在元器件采购时，可以采用本测试系统对光电二极管进行检测，确保其性能达到要求；③提出在必要的时候设计温度控制系统对探测系统的温度进行控制，提高探测器的性能。
　　最后本文对闪烁体光电二极管探测器的灵敏度进行了研究，得出了具有普遍意义的表达式，并验证了其正确性。探测器灵敏度的研究使我们对X射线源的剂量、探测器的动态范围及其他参数有了估算的依据。在工业CT系统设计过程中，对射线源的选型，探测器的设计，射线源到探测器的距离设计等具有重要指导意义。

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目录

1 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 课题研究现状

1.3 课题研究内容

2 工业CT及探测器介绍

2.1 工业CT简介

2.2 探测器的种类及特点

2.3 闪烁体光电二极管探测器

2.4 本章小结

3 工业CT探测器特性测试系统设计

3.1 闪烁体

3.2 光电二极管

3.3 光电二极管特性测试原理

3.4 光电二极管放大电路设计

3.5 光电二极管测试光路设计

3.6 本章小结

4 光电二极管特性测试及分析

4.1 暗电流测试

4.2 光谱响应度测试

4.3 线性范围

4.4 光电二极管响应温度特性测试

4.5 本章小结

5 探测器设计及应用中的几个关键问题

5.1 光电二极管选型

5.2 闪烁体光电二极管探测器灵敏度研究

5.3 探测器的温度特性研究

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

附录