用于测量传感器增益的装置、设备及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电路领域，具体地，涉及一种用于测量传感器增益的装置、设备及方法。
【背景技术】
[0002]在高能光子(X射线、伽玛光子等)测量系统中，经常采用诸如硅光电倍增管(Silicon Photomultipliers，SiPM)的光电传感器。SiPM是一种基于娃的光电传感器。SiPM由边长10?100微米左右的小的传感器微元(cell)组成。每个传感器微元都是工作在盖革(Geiger)模式下的雪崩式光电二极管。每个传感器微元每次都只能检测一个可见光子。成百上千的传感器微元组成传感器单元(pixel)。传感器单元的尺寸通常为I平方毫米至几十平方毫米。很多传感器单元组合在一起，又可以组成更大的传感器阵列(例如16x16个3毫米x3毫米的传感器单元组成的阵列)AiPM阵列和闪烁晶体阵列通过光导层耦合在一起，就构成了基于SiPM的前端检测器。基于SiPM的前端检测器广泛应用于高能光子的检测。相比于传统的光电倍增管(Photomultipliers，PMT)，SiPM具有尺寸小、偏置电压低、时间分辨率高、与核磁共振(MRI)磁场兼容等优点。SiPM的一个缺点是其增益受温度影响较大。SiPM增益的变化，对基于SiPM的前端检测器的许多性能有很大影响，并且会影响高能光子的测量结果。为了补偿SiPM的增益变化带来的影响，可以首先测量出SiPM的增益，以获知当前SiPM的增益变化情况。
[0003]因此，需要提供一种用于测量传感器增益的装置，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。
【发明内容】
[0004]为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供一种用于测量传感器增益的装置。该装置包括电流检测电路和处理电路。电流检测电路的输入端连接传感器单元的输出端。电流检测电路用于检测传感器单元输出的电流信号并生成相应的检测信号。处理电路的输入端连接电流检测电路的输出端。处理电路用于根据检测信号计算在传感器单元中发生的暗事件的能量，生成暗事件的能量谱图，并基于能量谱图计算传感器单元的增益。
[0005]根据本发明的另一方面，提供一种用于测量传感器增益的设备。该设备包括与传感器阵列中的多个传感器单元一一对应的多个如上所述的用于测量传感器增益的装置。
[0006]根据本发明的另一方面，提供一种用于测量传感器增益的方法。该方法包括:检测传感器单元输出的电流信号并生成相应的检测信号;根据检测信号计算在传感器单元中发生的暗事件的能量;生成暗事件的能量谱图；以及基于能量谱图计算传感器单元的增益。
[0007]根据本发明提供的用于测量传感器增益的装置、设备及方法，通过传感器单元中的暗事件的能量来确定传感器单元的增益，由于传感器单元中的暗事件率很高，因此可以在较短的时间内获得较大的参考数据量，从而可以快速、准确、高效地确定传感器单元的增益，有利于后续对传感器单元的增益变化进行补偿。
[0008]在
【发明内容】
中引入了一系列简化的概念，这些概念将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0009]以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
【附图说明】
[0010]本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
[0011]图1示出根据本发明一个实施例的传感器单元以及用于测量传感器增益的装置的示意性框图；
[0012]图2示出根据本发明一个实施例的电流检测电路的示意性框图；
[0013]图3示出根据本发明一个实施例的电流检测电路的电路示意图；
[0014]图4示出根据本发明一个实施例的暗事件的能量谱图；
[0015]图5示出根据本发明另一个实施例的暗事件的能量谱图；
[0016]图6示出根据本发明又一个实施例的暗事件的能量谱图；以及
[0017]图7a示出根据图6所示实施例测量得到的某特定型号的SiPM的增益随过压的变化曲线；
[0018]图7b示出根据图6所示实施例测量得到的该特定型号的SiPM的暗事件率随过压的变化曲线；
[0019]图8示出根据本发明一个实施例的传感器阵列以及用于测量传感器增益的设备的示意性框图；以及
[0020]图9示出根据本发明一个实施例的用于测量传感器增益的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021]在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本发明的较佳实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0022]根据本发明的一个方面，提供一种用于测量传感器增益的装置。图1示出根据本发明一个实施例的传感器单元110以及用于测量传感器增益的装置120的示意性框图。如图1所示，装置120包括电流检测电路122和处理电路124。
[0023]电流检测电路122的输入端连接传感器单元110的输出端。电流检测电路122用于检测传感器单元110输出的电流信号并生成相应的检测信号。
[0024]电流检测电路122可以是任何合适的能够检测传感器单元110输出的电流信号的电路。例如，电流检测电路122可以包括示波器，用于检测电流信号并对电流信号进行一些期望处理。可以理解的是，电流检测电路122检测的是传感器单元110在增益测量时段内输出的电流信号。在该增益测量时段内，可能发生有效事件或暗事件，也可能未发生任何事件。在没有事件发生的时段内，传感器单元输出的电流信号为0，电流检测电路122生成的检测信号也是O。
[0025]在本文中，有效事件是指高能光子(例如伽玛光子等)在与传感器单元相连的闪烁晶体中作用而引起的在传感器单元中产生电流信号的事件，暗事件是指噪声(通常是热电子)引起的在传感器单元中产生电流信号的事件。在发生有效事件或暗事件时，传感器单元110可以输出一个脉冲电流信号。为了描述方便，在本文中，将在发生有效事件时传感器单元110输出的脉冲电流信号称为有效电流信号，将在发生暗事件时传感器单元110输出的脉冲电流信号称为暗电流信号。有效电流信号的能量远大于暗电流信号的能量，前者通常是后者的几十至几千倍。因此，通过分析传感器单元110输出的电流信号的能量可以确定在传感器单元110中发生的是有效事件还是暗事件。
[0026]处理电路124的输入端连接电流检测电路122的输出端。处理电路124用于根据检测信号计算在传感器单元中发生的暗事件的能量，生成暗事件的能量谱图，并基于能量谱图计算传感器单元的增益。
[0027]光电传感器(尤其是SiPM)的增益(或增益及串扰率(Crosstalk rate))与温度以及施加到光电传感器上的偏置电压相关。在光电传感器正常工作时，偏置电压通常是不变的，因此其增益(或增益及串扰率)主要受温度影响。以SiPM为例，温度升高时，SiPM的增益(或增益及串扰率)降低，单位时间内暗事件的个数(暗电流的大小)增大。可以通过检测单个暗事件的能量来直接确定SiPM的增益变化情况。在一个示例中，可以根据经验或理论预先设定一个标准暗事件能量。例如，可以将在25度温度以及30V偏置电压下在SiPM内发生的一个暗事件的平均能量设定为标准暗事件能量，将该情况下的增益设定为标准增益。处理电路124通过分析暗事件的能量谱图可以获知在增益测量时段内发生的一个暗事件的能量相对于标准暗事件能量的变化，从而获知在增益测量时段内SiPM的增益相对于标准增益的变化。之后，可以基于增益的变化情况制定合适的补偿策略，以补偿增益变化带来的影响。
[0028]根据本发明提供的用于测量传感器增益的装置，通过传感器单元中的暗事件的能量来确定传感器单元的增益，由于传感器单元中的暗事件率很高，因此可以在较短的时间内获得较大的参考数据量，从而可以快速、准确、高效地确定传感器单元的增益，有利于后续对传感器单元的增益变化进行补偿。
[0029]可选地，检测信号是数字信号。数字信号由持续时间相等的高电平和低电平组成，数字信号中的所有高电平之和与电流信号对时间的积分成正比。在一个示例中，电流检测电路可以实现为图2所示的形式，以生成上述数字信号。图2示出根据本发明一个实施例的电流检测电路200的示意性框图。
[0030]电流检测电路200可以包括积分电路210、比较电路220、传输控制电路230和负反馈电路240。
[0031 ] 积分电路210连接传感器单元(如图1所示的传感器单元110)的输出端和负反馈电路240的输出端。积分电路210用于接收来自传感器单元的电流信号和来自负反馈电路240的反馈信号，对电流信号和反馈信号的差进行积分并且输出积分信号。
[0032]电流检测电路200是包括负反馈环节的电路，反馈信号被输入到积分电路210。同时，积分电路210还接收来自传感器单元的电流信号。电流信号和反馈信号的流动方向是相反的。例如，如果电流信号是从积分电路210流向传感器单元的，则可以将反馈信号设定为从负反馈电路240流向积分电路210。因此，对于积分电路210来说，实际上最终输入的是电流信号与反馈信号的差，积分电路210可以对二者的差进行积分。应该注意，图2