高位置分辨mrpc探测器的复用读出系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出一种高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统，包括：用于对高位置分辨MRPC探测器的读出电极条进行双精细复用，并输出处理后的信号的复用读出转接板；与复用读出转接板相连，用于对信号进行放大、成形和数字化处理后以生成波形数据的信号处理模块；与信号处理模块相连，用于根据波形数据通过模拟或数字的方法得到复用读出转接板输出脉冲波形的幅度、时间及电荷量的获取模块；与获取模块相连，用于根据幅度、时间及电荷量通过入射点位置重建算法重建高位置分辨MRPC探测器的入射点的位置的重建模块。本实用新型的系统能够在实现高位置分辨能力的同时，大幅简化读出电子学系统。
【专利说明】高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及核辐射探测信号获取【技术领域】，特别涉及一种高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统。
【背景技术】
[0002]MRPC (Mult1-gap resistive plate chamber,多气隙电阻性板室)探测器具有很高的时间分辨能力，在很多大型实验装置中被用来测量飞行时间(TOF)。在此基础上，世界上有多个研究组在尝试设计、制造高位置分辨率的MRPC探测器。常规的MRPC探测器读出方式是使用通道数与探测器读出电极条数目相同的电子学处理、记录探测器的每个读出条的输出信号。但是，由于大面积高位置分辨MRPC探测器的读出电极条尺寸更小、读出电极条数目更多，使用常规的读出方式就必然需要通道数与MRPC探测器读出电极条数相当的读出电子学系统。受限于读出电子学的规模、复杂度及成本，大面积的高位置分辨MRPC探测器的读出电极条尺寸也无法做得太低。常规读出方式对大规模电子学的需求成为了大面积高位置分辨MRPC探测器位置分辨能力提高的一个瓶颈。
实用新型内容
[0003]本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0004]为此，本实用新型的目的在于提出一种高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统，该系统能够在实现高位置分辨能力的同时，大幅简化读出电子学系统。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统，包括:用于对所述高位置分辨MRPC探测器的读出电极条进行双精细复用，并输出处理后的信号的复用读出转接板；与所述复用读出转接板相连，用于对所述信号进行放大、成形和数字化处理后以生成波形数据的信号处理模块；与所述信号处理模块相连，用于根据所述波形数据通过模拟或数字的方法得到所述复用读出转接板输出脉冲波形的幅度、时间及电荷量的获取模块；与所述获取模块相连，用于根据所述幅度、时间及电荷量，通过入射点位置重建算法重建所述高位置分辨MRPC探测器的入射点的位置的重建模块。
[0006]根据本实用新型的高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统，通过复用读出转接板对高位置分辨MRPC探测器的读出电极条进行双精细复用，并输出处理后的信号，对该信号进行放大、成形和数字化处理以生成波形数据，根据该波形数据通过模拟或数字的方法得到复用读出转接板输出脉冲波形的幅度、时间及电荷量，最后根据得到的幅度、时间及电荷量，通过入射点位置重建算法重建高位置分辨MRPC探测器的入射点的位置。因此，该系统能够在实现高位置分辨能力的同时，大幅简化读出电子学系统。
[0007]另外，根据本实用新型上述的高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统还可以具备如下附加的技术特征:
[0008]在一些示例中，所述高位置分辨MRPC探测器为二维读出的探测器。
[0009]在一些示例中，所述复用读出转接板为两组，每组包括两块复用读出转接板，分别对应地设置在所述高位置分辨MRPC探测器的两个维度。
[0010]在一些示例中，每组复用读出转接板中的其中一块包括2n+2个输出端口，另一块包括2n个输出端口，每组复用读出转接板可复用读出所述高位置分辨MRPC探测器一个维度上的(2n+2)*2n个读出电极条。
[0011]本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0013]图1是根据本实用新型一个实施例的高位置分辨MRPC探测器的复用读出方法的流程图；
[0014]图2是根据本实用新型另一个实施例的复用读出转接板与高位置分辨MRPC探测器四边的对应关系示意图；
[0015]图3是根据本实用新型一个实施例高位置分辨MRPC探测器一个维度的读出电极条的复用结构示意图；
[0016]图4是根据本实用新型一个实施例的入射点位置重建算法的原理示意图；以及
[0017]图5是根据本实用新型一个实施例的高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0018]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0019]以下结合附图描述根据本实用新型实施例的高位置分辨MRPC探测器的复用读出方法及系统。
[0020]图1是根据本实用新型一个实施例的高位置分辨MRPC探测器的复用读出方法的流程图。如图1所示，根据本实用新型一个实施例的高位置分辨MRPC探测器的复用读出方法，包括以下步骤:
[0021]步骤S101，通过复用读出转接板对高位置分辨MRPC探测器的读出电极条进行双精细复用，并由复用读出转接板输出处理后的信号。其中，在本实用新型的一个实施例中，该高位置分辨MRPC探测器为二维读出的探测器，且每一个维度的所有读出电极条间隔地引出到高位置分辨MRPC探测器的两侧。进一步地，复用读出转接板由四层PCB构成，其中中间两层用于布线，实现复用读出条的双精细复用，外表两层全部覆铜接地，以形成良好屏蔽。
[0022]更为具体地，本实用新型中使用的复用读出转接板为两组，每组包括两块复用读出转接板，并分别对应的设置在高位置分辨MRPC探测器的两个维度。作为一个具体的例子，如图2所示，为两组复用转接板与高位置分辨MRPC探测器四边的对应关系图。图中的高位置分辨MRPC探测器为一种二维读出的探测器，令一个维度为X维度，则另一个维度为Y维度。每个维度的读出电极条可以使用一组两块复用读出转接板来实现复用读出。其中复用读出转接板A与复用读出转接板B的相对位置可以互换，但后面的入射点位置重建算法需要做相应的修改。
[0023]在本实用新型的一个示例中，上述每组复用读出转接板的其中一块包括2n+2个输出端口，另一块包括2n个输出端口，每组复用读出转接板可复用读出高位置分辨MRPC探测器一个维度上的(2n+2)*2n个读出电极条。作为一个具体的例子，如图3所示，为高位置分辨MRPC探测器上一个维度的读出电极条的复用读出结构示意图。其中，高位置分辨MRPC探测器的读出电极条间隔地引到探测器的两边，一边全部是序号为奇数的读出电极条，另外一边则全部是序号为偶数的读出电极条。图中偶数读出电极条与复用读出转接板A对应，奇数读出电极条与复用读出转接板B对应。图中只画出了 28个读出电极条，实际上8*6的双精度复用读出组合可以复用读出48根读出电极条，此处不再赘述。
[0024]步骤S102，通过模拟或数字的方法得到脉冲波形的幅度、时间及电荷量。具体而言，在一些示例中，利用波形采样电子学对对上述步骤SlOl中的输出信号进行放大、成形、数字化，并根据波形数据得到复用读出转接板输出各通道的电荷量。
[0025]步骤S103，根据幅度、时间及电荷量通过入射点位置重建算法重建高位置分辨MRPC探测器的入射点的位置。其中，高位置分辨MRPC探测器对于每一个入射粒子电离产生的电子云，两个维度上都有多个读出电极条上有感应信号，满足双精度复用的前提。
[0026]综上所述，本实用新型的有益效果是针对测量低通量粒子(如宇宙线缪子等)位置的高位置分辨MRPC探测器，常规的分立读出方法需要2* (2n+2) *2n通道的电子学，而本方法只需要2*(2n+2+2n)通道的电子学，因而，可在实现高位置分辨能力的同时，大幅简化读出电子学系统。
[0027]以下结合图4以一个具体示例说明本实用新型入射点位置重建算法的原理。具体而言，在低通量粒子(如宇宙线缪子等)位置测量时，在系统数据采集时间窗内同时有多个粒子入射的几率很小，双精细复用读出方法对绝大部分事件都可用。如图4所示，在数据采集时间窗内只有一个粒子穿过探测器的灵敏面积，该粒子电离产生的电子云在读出电极条16?19上有感应输出，靠近电子云中心的读出电极条17、18的感应的电荷量要大于距离电子云中心较远的读出电极条16、19，与读出电极条17、18相连的复用读出通道分别为01和E2通道，这两个通道输出的电荷量在各自所在的复用读出转接板的输出中都是最大的。而根据双精度复用的原理，两个相邻的读出电极条组合唯一对应一个复用读出输出通道号组合。因此，重建入射点位置时，使用复用读出转接板A与复用读出转接板B输出电荷最大通道号组合就可以确定距离电子云中心最近的两个相邻的读出电极条，在根据其他复用读出通道上的输出，就可以准确重建出电子云在若干条读出电极条上感应电荷的分布，再根据电荷中心法或相关函数拟合的方法确定入射点的位置。
[0028]根据本实用新型实施例的高位置分辨MRPC探测器的复用读出方法，通过复用读出转接板对高位置分辨MRPC探测器的读出电极条进行双精细复用，并由输出处理后的信号，并使用模拟或数字的方法得到脉冲波形的幅度、时间及电荷量，最后根据得到的幅度、时间及电荷量通过入射点位置重建算法重建高位置分辨MRPC探测器的入射点的位置。因此，该方法能够在实现高位置分辨能力的同时，大幅简化读出电子学系统。
[0029]本实用新型还提供了一种高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统。
[0030]图5为根据本实用新型一个实施例的高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统的结构框图。如图5所示，根据本实用新型一个实施例的高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统500，包括:复用读出转接板510、信号处理模块520、获取模块530和重建模块540。
[0031]具体而言，复用读出转接板510用于对高位置分辨MRPC探测器的读出电极条进行双精细复用，并输出处理后的信号。其中，在本实用新型的一个实施例中，该高位置分辨MRPC探测器为二维读出的探测器，且每一个维度的所有读出电极条间隔地引出到高位置分辨MRPC探测器的两侧。复用读出转接板510由四层PCB构成，其中中间两层用于布线，实现复用读出条的双精细复用，外表两层全部覆铜接地，以形成良好屏蔽。更为具体地，本实用新型中使用的复用读出转接板为两组，每组包括两块复用读出转接板，并分别对应在高位置分辨MRPC探测器的两个维度。
[0032]在本实用新型的一个示例中，每组复用读出转接板的其中一块包括2n+2个输出端口，另一块包括2n个输出端口，每组复用读出转接板可复用读出高位置分辨MRPC探测器一个维度上的(2n+2) *2n个读出电极条。
[0033]信号处理模块520用于对信号进行放大、成形和数字化处理后以生成波形数据。具体而言，在一些示例中，信号处理模块520利用波形采样电子学对对上述复用读出转接板510的输出信号进行放大、成形、数字化并将波形数据保存。
[0034]获取模块530用于根据波形数据通过模拟或数字的方法得到复用读出转接板输出脉冲波形的幅度、时间及的电荷量。更为具体地，即根据波形数据通过模拟或数字的方法得到复用读出转接板输出各通道的电荷量。
[0035]重建模块540用于根据幅度、时间及电荷量通过入射点位置重建算法重建高位置分辨MRPC探测器的入射点的位置。其中，高位置分辨MRPC探测器对于每一个入射粒子电离产生的电子云，两个维度上都有多个读出电极条上有感应信号，满足双精度复用的前提。
[0036]综上所述，本实用新型的有益效果是针对测量低通量粒子(如宇宙线缪子等)位置的高位置分辨MRPC探测器，常规的分立读出方法需要2* (2n+2) *2n通道的电子学，而本方法只需要2*(2n+2+2n)通道的电子学，因而，可在实现高位置分辨能力的同时，大幅简化读出电子学系统。
[0037]对本实用新型实施例的系统500的具体示例性描述参见本实用新型上述实施例的方法部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
[0038]根据本实用新型实施例的高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统，通过复用读出转接板对高位置分辨MRPC探测器的读出电极条进行双精细复用，并输出处理后的信号，对该信号进行放大、成形和数字化处理以生成波形数据，根据该波形数据通过模拟或数字的方法得到复用读出转接板输出脉冲波形的幅度、时间及电荷量，最后根据得到的幅度、时间及电荷量通过入射点位置重建算法重建高位置分辨MRPC探测器的入射点的位置。因此，该系统能够在实现高位置分辨能力的同时，大幅简化读出电子学系统。
[0039]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0040]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0041]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0042]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0043]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0044]尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【权利要求】
1.一种高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统，其特征在于，包括: 用于对所述高位置分辨MRPC探测器的读出电极条进行双精细复用，并输出处理后的信号的复用读出转接板； 与所述复用读出转接板相连，用于对所述信号进行放大、成形和数字化处理后以生成波形数据的信号处理模块； 与所述信号处理模块相连，用于根据所述波形数据通过模拟或数字的方法得到所述复用读出转接板输出脉冲波形的幅度、时间及电荷量的获取模块； 与所述获取模块相连，用于根据所述幅度、时间及电荷量，通过入射点位置重建算法重建所述高位置分辨MRPC探测器的入射点的位置的重建模块。
2.根据权利要求1所述的高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统，其特征在于， 所述高位置分辨MRPC探测器为二维读出的探测器。
3.根据权利要求1所述的高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统，其特征在于， 所述复用读出转接板为两组，每组包括两块复用读出转接板，分别对应地设置在所述高位置分辨MRPC探测器的两个维度。
4.根据权利要求3所述的高位置分辨MRPC探测器的复用读出系统，其特征在于， 每组复用读出转接板中的其中一块包括2n+2个输出端口，另一块包括2n个输出端口，每组复用读出转接板可复用读出所述高位置分辨MRPC探测器一个维度上的(2n+2) *2n个读出电极条。
【文档编号】G01T1/00GK203965629SQ201420187707
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】程建平, 曾鸣, 岳晓光, 王学武, 曾志, 王 义, 赵自然, 罗志飞, 以恒冠, 于百蕙 申请人:清华大学