专利名称：辐射成像系统数字化探测器模块电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及辐射检测技术领域，特别是在辐射成像系统中获取探测器信号并将信号数字化的电路。
背景技术：
由于物体对射线的吸收与物体密度成指数关系，因此，辐射成像系统利用这一物理原理，在通过图像重建和后处理，可以无损的探测物体，获得整个物体的透射图像。辐射成像技术的主要应用包括医疗诊断、无损探测和工业探伤。
辐射成像系统包括射线源、探测器分系统、数据获取分系统、图像检查分系统、机械电控、安全连锁等分系统。其中，探测器分系统作为辐射成像系统的核心技术之一，它包括探测器模块及其控制电路等。探测器模块接受X、γ信号，并将其转化为电信号。现有技术中，探测器会直接将所得信号传输到放大、成形电路，信号经过处理后传输到采样保持电路，如图1所示。探测器模块仅对接收到的探测器信号进行放大、成形、采样保持，并通过多路模拟开关将各路模拟信号依次输出至图像获取分系统。这样的技术中存在一些缺点1、当辐射成像系统作为无损探测或工业探伤使用时，例如集装箱检查系统或大型工业CT，由于其体积庞大，探测器模块输出的信号需要传输数十米的距离才能送到下一级图像获取分系统。由于成像系统本身包含了加速器、电控等多种强电信号而会带来较大干扰，而探测器模块所输出是模拟信号，当射线穿过质量厚度极大的物质后，探测器模块的输出信号较弱，这时信噪比变小，干扰信号因此不能忽略，会直接影响到图像质量。
2、放大、成形等部分电路的多个参数是由多个电阻、电容件调节完成，由于阻容件的不一致性，所以会造成电路一致性变差，其中误差约为10％。
3、现有技术中的辐射成像系统，对于不同应用时其配置的系统参数调节极为复杂，因此对于探测器分系统移植不利。
4、现有技术中，探测器分系统可以是约千路的探测器，含有数十个探测器模块，这些探测器将由几十根长的同轴电缆连接到图像获取分系统，因此布线复杂，且成本高。
5、现有技术使用的模数转换精度为16Bit。但是，由于物体的不同，射线透射物体后信号变化范围大，因此对于射线信号较强的系统，现有16Bit的模数变化精度太低，不足以对各类物体进行准确描述。
发明内容
(一)要解决的技术问题本实用新型的目的是要克服目前现有技术的缺陷，提出一种可以将探测器信号数字化、可以大大增强信号在远距离传输时的抗干扰能力的辐射成像系统数字化探测器模块电路，而且其参数容易调节、电路的一致性更高，还可以降低布线复杂度。
(二)技术方案本实用新型提出一种辐射成像系统数字化探测器模块电路，它包括放大和模数转换电路，这个模块接收探测器信号进行放大和模数转换，经转换后的信号传输到数据和控制缓冲电路；数据和控制缓冲电路，这个模块接收模数转换电路发出的模数转换后的信号，进行缓冲并输出到差分电路；差分电路，这个模块接收数据和控制缓冲电路发出的信号，控制这些信号输出到数据获取模块；稳压电源电路，这个模块对各个电路进行供电；电压基准电路，这个模块为模数转换电路提供参考电压。
所述的模数转换电路中包括至少一片具有开关积分放大和模数转换功能的数字化芯片，这部分电路将接收到的模拟信号进行积分、放大并将信号转换成数字信号。
所述的数据和控制缓冲电路包括3态八路缓冲器，这部分电路接收模数转换电路发送的数字信号，进行缓冲并传输到差分电路。
一种优选方案是，所述差分电路采用RS485电路，具有控制数据输出和控制输入输出信号的功能，它包括至少一片RS485差分芯片。
所述差分电路还包括抗反射的匹配电阻或电阻串联上电容，并采用直流或交流耦合的方式连接在芯片的差分输入端。
所述电压基准电路用于产生模数转换电路所需的偏置电压，它包括电压基准芯片和由放大器构成的跟随器。
所述稳压电源电路包括宽输入稳压块，可重置保险丝，和滤波电路。
上述的探测器模块电路，其中模数转换电路中的开关积分放大和模数转换的多功能芯片型号可以是DDC112、DDC114或DDC118等；电压基准电路部分使用的电压基准芯片型号可以是REF3040，构成跟随器的放大器芯片型号可以是OPA350；数据和控制缓冲电路中的8路三态缓冲器的型号可以是74(54)LS244；差分电路中的具有数据输出和控制输入输出信号功能的RS485差分芯片型号可以是MAX3468；稳压电源电路中的稳压块的型号可以是7805，可重置保险丝的型号可以是0.5A。
上述探测器模块电路接收到探测器的脉冲或连续电荷信号后，由模数转换电路将信号转换成数字信号，数字信号在控制信号的作用下，通过数据和控制缓冲电路和差分电路输出至下一级电路如数据获取电路中。
(三)有益效果使用本实用新型的辐射成像系统数字化探测器模块电路，具有以下优点1、由于选用了含有开关积分放大器和模数转换功能的单块芯片，取代了现有技术中所使用的阻容件，使得电路的不一致性大大降低，电路参数的调节也更为方便，而且还提高了电路精度，使得模数转换后的信号能达到20Bit的精度，更适合高精度的作业。
2、由于采用宽范围的稳压电源，大大降低了对输入电源电压的要求。而使用可重置保险丝更提高电路的安全性。
3、由于采取了RS485差分电路芯片，因此输出信号为RS485差分信号，有别于现有技术中的模拟信号，能大大提高抗干扰能力，且便于远距离传送。
4、由于选用RS485差分方式，一个发送器可以搭载128个或更多的接收器，方便数据获取和控制模块同时控制几十个探测器模块，方便多个模块的互联，还允许数十个探测器模块互联后通过一根多芯综合电缆与数据获取和控制模块相连接，数据获取和控制模块可以通过以太网与图像检查站相连。这样既简化了布线，又便于系统的移植。
图1为现有技术的工作原理图；图2为本实用新型的工作原理图；图3为探测器信号数字化电路图；
图4为电压基准电路图；图5为数据和控制信号缓冲电路图；图6为数据和控制差分输入或输出电路图；图7为稳压电源电路图；图8为本实用新型的使用图。
具体实施方式
本实用新型提出的辐射成像系统数字化探测器模块电路结合附图和实施例说明如下。以下实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由各项权利要求限定。
参看说明书附图2。实现本实用新型的辐射成像系统数字化探测器模块电路，即接收阵列探测器传输来的信号，处理并传输到数据获取和控制电路的电路部分，包括依次连接的具有对探测器信号进行开关积分放大和模数转换功能的模数转换电路、数据和控制缓冲电路、以及具有数据输出和控制信号输入输出功能的差分电路，以及产生数字化芯片所需的偏置电压基准电路和稳压电源电路。
参看图3，是具有对探测器信号进行开关积分放大和模数转换功能的模数转换电路。其中数字化芯片的型号可以是DDC112、DDC114或DDC118，在本实施例中，芯片U1-U8的型号均为DDC112。电容C1-C16就近分别连接在U1-U8的VCC对应的管脚7和GND对应的管脚2、27之间，用于对模拟信号电源进行滤波。电容C17-C32就近分别连接在U1-U8的+5V对应的管脚14和DGND对应的管脚15之间，用于对数字信号电源进行滤波。电容C48-C55就近分别连接在U1-U8的VREF对应的管脚22和GND对应的管脚21之间，用于对电压基准信号进行滤波。上拉电阻R1-R3和三位开关用来设置数字化芯片的增益，其中三位开关型号本实施例中为SW DIP-3。IN1-1N16为探测器信号，分别连接到U1-U8的管脚1和28。U1-U8的管脚10和11是时钟信号CLK、DCLK，U1-U8的管脚9、8、22、12和17分别是控制信号CONV、TEST、VREF、DXMIT、DVALID，U1-U8的管脚16是数据信号DOUT。时钟与控制信号共同作用将探测器信号数字化并串行通过DOUT输送到下一级缓冲电路。U1-U8的管脚18、19、20分别连接到上拉电阻R1、R2、R3和三位开关的3、2、1触点。三位开关的4、5、6触点连接到数字地。U1-8的管脚13为DIN。根据不同应用可以选择芯片DDC112、DDC114、DDC118的具体数量。U1-U8外置电容C10A、C10B等分别连接在U1-U8的管脚3和4之间、5和6之间，另外在管脚23和24之间、25和26之间也可以相应的使用外置电容。这些电容都可根据实际情况进行取舍。
参看图4。在本实施例中，电压基准电路包括型号为REF3040的精密电压基准芯片U9，和由型号为OPA350的运算放大器U10构成的跟随器，以及由电容C33-C39构成的多级滤波电路，提供U1-U8芯片所需的基准电压。其中U9的管脚1连接到VCC；U9的管脚3和U10的管脚4连接到模拟地；U9的管脚2和U10的管脚3分别连接限流电阻R6的两端，本实施例中R6的型号为10K；U10的管脚1、5、8悬空；U10的管脚2和6相连接到VREF；U10的管脚7连接到电容C38和C39。
参看图5，数据和控制缓冲电路由8路三态缓冲器U11构成，本实施例中所用的芯片型号为74(54)LS244。由于U11本身的回滞功能和强驱动能力，能对数据信号和控制进行整形并增强驱动能力。其中管脚2、4、6、8分别连接到DVALID、DOUT、TEST-IN、CONV-IN；管脚11、13、15、17分别连接到DXMIT-IN、DCLK-IN、CLK-IN、DIN；管脚18、16、14、12分别连接到DVALID1、DOUT1、TEST、CONV；管脚9、7、5、3分别连接到DXMIT、DCLK、CLK、DIN1；管脚1和19连接到数字地。
参看图6，具有数据输出和控制信号输出出入功能的差分电路由RS485芯片和相对应的滤波电容构成。本实施例中，所用的RS485芯片具体型号为MAX3468，分别是U12-U19共8片，以及滤波电容C40-C47。其中U12-U19的管脚8接电源+5V，管脚5接数字地；滤波电容C40-C47分别连接在U12-U19的管脚8和5之间，即电源和数字地之间，用于对数字信号电源进行滤波；U12的管脚4是DVALID1，管脚6、7分别为DVALID+、DVALID-；U13的管脚4是DOUT1，管脚6、7分别为DOUT+、DOUT-；U14的管脚1是CONV-IN，管脚6、7分别为CONV+、CONV-；U15的管脚1是DCLK-IN，管脚6、7分别为DCLK+、DCLK-；U16的管脚1是DIN-IN，管脚6、7分别为DIN+、DIN-；U17的管脚1是DXMIT-IN，管脚6、7分别是DXMIT+、DXMIT-；U18的管脚1是TEST-IN，管脚6、7分别是TEST+、TEST-；U19的管脚1是CLK-IN，管脚6、7分别为CLK+、CLK-。U12的管脚3和U13的管脚3接高电平；U14的管脚2、U16-U19的管脚2均连接数字地。本实施例中，在远离数据获取和控制模块的最后一个模块的所有芯片MAX3468管脚6和7之间都装了匹配电阻R7(图6中仅画出了U16的匹配电阻，其余U12-U15、U17-U19均没有画出)。经过这部分电路，可以将需要远距离传输的信号转化为RS485差分信号，系统的抗干扰能力大大增强。
参看图7，本实施例中的稳压电源电路包括型号为7805的稳压块U20，可重置保险丝F1，以及各级滤波电感L1，电容C48-C55，和隔离电阻R4、R5，分别提供模拟电路所用的电源VCC和地GND，数字电路所用的高电平电源+5V和数字地DGND，使用铁氧体L2将数字地和模拟地连接起来。其中U20的管脚1连接到L1，管脚3连接到R5，管脚2连接到模拟地。
参看图8，数字化探测器模块电路通过互连线方便的连接到数据获取和控制模块，数据通过互连线串行输送到下一级，由于采用上述差分传送模式，数据和控制模块的控制、时钟信号可以同时发送到各个数字化模块，根据成像的要求可以选择数字化模块的数量、是否需要多台数据获取和控制模块并行提高传送速率。
由此，采用本实施例后的辐射成像系统数字化探测器模块电路，其抗干扰能力大大增强，且便于远距离传送；电路的不一致性大大降低，电路参数的调节也更为方便，而且还提高了电路精度；降低了对输入电源电压的要求；还可以简化了布线，便于系统的移植。
权利要求1.一种辐射成像系统数字化探测器模块电路，其特征在于，它包括放大和模数转换电路，它接收探测器信号进行放大并模数转换，经转换后的信号传输到数据和控制缓冲电路；数据和控制缓冲电路，它接收模数转换电路发出的模数转换后的信号，进行缓冲并输出到差分电路；差分电路，它接收数据和控制缓冲电路发出的信号，控制这些信号输出到数据获取模块；稳压电源电路，它对各个电路进行供电；电压基准电路，它为模数转换电路提供参考电压。
2.如权利要求1所述的辐射成像系统数字化探测器模块电路，其特征在于，放大和模数转换电路包括至少一片具有放大和模数转换功能的数字化芯片。
3.如权利要求1所述的辐射成像系统数字化探测器模块电路，其特征在于，数据和控制缓冲电路包括3态八路缓冲器。
4.如权利要求1-3之一所述的辐射成像系统数字化探测器模块电路，其特征在于，差分电路是RS485电路，具有控制数据输出和控制输入输出信号的功能，它包括至少一片RS485差分芯片。
5.如权利要求4所述的辐射成像系统数字化探测器模块电路，其特征在于，差分电路还包括抗反射的匹配电阻或电阻串联上电容，并采用直流或交流耦合的方式连接在芯片的差分输入端。
6.如权利要求5所述的辐射成像系统数字化探测器模块电路，其特征在于，所述电压基准电路包括电压基准芯片和由放大器构成的跟随器，用于产生模数转换电路所需的偏置电压。
7.如权利要求6所述的辐射成像系统数字化探测器模块电路，其特征在于，稳压电源电路包括宽输入稳压块，可重置的保险丝，和滤波电路。
专利摘要本实用新型涉及一种辐射成像系统数字化探测器模块电路，包括对探测器信号进行放大和模数转换的电路、电压基准电路、数据和控制缓冲电路、差分电路、和稳压电源电路，其中放大和模数转换电路接收探测信号并进行积分放大和模数转换，信号由数据和控制缓冲电路接收，再发送到差分电路进行差分，并由差分电路控制数据的输出和控制信号输入输出，稳压电源电路为模块电路供电，电压基准电路为模数转换电路提供基准参考电压。这样的探测器模块电路增强了系统的抗干扰能力，降低电路的不一致性，提高了电路精度，还可以简化布线。
文档编号G01N23/08GK2833583SQ20052011461
公开日2006年11月1日 申请日期2005年11月9日 优先权日2005年11月9日
发明者李元景, 张清军, 李建华, 江年铭 申请人:清华大学, 清华同方威视技术股份有限公司