[发明专利]一种修正温度对SiPM增益影响的方法

说明书

本发明涉及一种修正温度对SiPM增益影响的方法，该方法通过一种SiPM暗计数测量算法计算得到SiPM输出信号中的暗计数率，利用暗计数率与SiPM工作温度之间的固定关系，确定SiPM的当前温度，并在此基础上确定SiPM需要调节的工作偏压增量参数。从而有效地修正温度对SiPM增益的影响，提高了系统的稳定性，降低了硬件成本，并提高了系统效率。

【技术领域】

本发明属于辐射探测技术领域，具体涉及一种修正温度对SiPM(silicon photonmultiplier)增益影响的新方法。

【背景技术】

随着半导体技术的发展，新型硅基光子探测器SiPM得到了快速进步。相较于传统PMT(photon multiplier tuber)，SiPM具有很多优点，例如：磁场不灵敏特性、体积小、位置分辨率高，以及工作偏压低等。因此其在很多涉及辐射探测的研究方向，包括高能物理实验、宇宙射线观测、核医学成像和核安全等，有着广泛的应用前景。但是SiPM也存在一些缺点，例如暗计数和温度效应。其中温度效应主要是指SiPM的增益会随着其自身温度变化而变化，这将造成其输出信号的非线性。因此如何修正温度对SiPM增益的影响成为人们研究的热点之一。

现有技术中可以直接监视SiPM工作电流以代表SiPM的暗电流，通过暗电流与温度之间的对应关系得到SiPM的工作温度。再结合SiPM增益与工作温度的关系，和SiPM增益与工作电压的关系，通过调节SiPM工作电压的方式实现稳定其增益的目的，修正温度对增益的影响。但是由于SiPM的工作电流特别小约为几十uA，因此对其实现精确监测是较为困难的；另外当SiPM的计数率较高时，SiPM的工作电流主要由其正常放电引起，不能用于直接代表其暗电流。因此该种温度效应修正方法存在其困难和缺点。现有技术的另一种方法是直接监测SiPM周围的环境温度。同样通过调节SiPM工作电压的方式实现稳定其增益的目的。该方法实施较为容易，但同样存在一些缺点。例如SiPM周围的环境温度并不能准确代表SiPM自身的工作温度，导致修正存在一定的误差；另外增加一个温度测量电路会增加电路的复杂性和成本。现有技术中的第三种方法是直接监测SiPM暗计数信号的幅度变化以获得SiPM增益的变化情况，同样通过调节SiPM工作电压的方式实现稳定其增益的目的。该方法工作的困难在于SiPM暗计数信号通常只有几毫伏，在低噪声电路中只略微高出基线噪声信号，对其幅度进行精确监测本身困难重重。

【发明内容】

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种修正温度对SiPM增益影响的新方法。

本发明采用的技术方案具体如下：

一种修正温度对SiPM增益影响的方法，包括以下步骤：

(1)SiPM探测器输出模拟电压信号到SiPM信号处理电路，所述SiPM信号处理电路包括一个ADC和一个FPGA，所述ADC以1GHz的时钟频率将所述模拟电压信号数字化，数字化过程中的每一个采样点用14bit的数据表达，从而获得信号波形数据序列；

(2)所述ADC将数字化得到信号波形数据序列发送到所述FPGA芯片；

(3)所述FPGA对输入的信号波形数据序列进行实时处理获得SiPM暗计数率；

(4)所述FPGA基于暗计数率与温度之间的对应关系计算得到SiPM的当前温度；再结合SiPM增益与温度之间的对应关系计算得到SiPM增益的变化量；然后结合SiPM增益与工作偏压的对应关系，代入SiPM增益的变化量计算得到需要调节的工作偏压增量参数；

(5)所述FPGA将得到的工作偏压增量参数通过控制总线发送到SiPM偏压电路；

(6)所述SiPM偏压电路接收FPGA发送的工作偏压增量参数，实时调节其输出到SiPM探测器的电压，最终实现稳定SiPM增益的功能。