[发明专利]一种电离室电荷信号读出装置

说明书

本发明提出了一种电离室电荷信号读出装置，属于加速器技术领域，包括电荷积分电路、布设在电荷积分电路输出端的模拟转换器ADC，特点是：在电荷积分电路输入端和输出端之间，还布设有用于实现自动放电的放电电路、以及用于校准差值的校准电路、及用于控制放电电路和校准电路的DSP控制单元，该DSP控制单元与电荷积分电路输出端同侧布设。本发明克服了传统的偏见，即积分器采样和放电必须将相关电路断开才能进行采样或放电的偏见。积分器自动放电过程利用了给积分器输入端施加正向电流、反向电流的原理，使得正负电流形成的正负电荷相互抵消，通过自动校准电路，以及自动放电电路，解决了由于采样断路和放电短路造成的积分器丢失电荷的“死时间”问题。

技术领域

本发明属于加速器领域，具体涉及一种电离室电荷信号读出装置。

背景技术

微弱信号的数字化读出通常使用三种方法：第一种方法是电流电压实时转换+ADC，该方法可对信号的具体细节进行分析，但是数据量大、成本高、系统复杂；第二种方法是电流频率转换+计数器，这是一种时间段处理方法，将电流转换成脉冲输出，单个脉冲代表固定的电荷量，该方法实现成本低，但是技术难度大；第三种方法是门控积分器+ADC。电荷积分器利用放大器输入虚地的概念，把电荷信号直接积分到电路中的积分电容，从而放大器的输出，便是所有电荷量的总和的输出。

第三种方法虽然是当前普遍被采用的方法，但仍然存在不理想性：当积分器在处于保持状态或放电状态时会产生“死时间”，“死时间”造成电离室电荷信号读出不准确。

积分器采样阶段产生的“死时间”：任何电子放大器本身都存在偏置电压偏置电流，积分电容本身也存在漏电流，这两种原因导致了在电荷转换出现误差。这种误差只有在积分器工作状态下才会产生。现有技术解决的办法是：当需要测量电荷总输出时，让积分器停止工作：让积分器停止工作的方法是将积分电容和输入电荷之间的通路断开，这样，积分器两端的电压就稳定了，从而可以准确地进行电荷的读数。但积分器处于保持状态的这段时间电荷的源头并没有掐断，电荷只是不再流向积分器而是流向其他地方，这段时间的电荷被积分器漏掉了，称这段时间称为积分器处于保持状态时的“死时间”。

积分器放电阶段产生的“死时间”：如图1所示，当积分器放电时，S1打开、S2关闭，S2关闭后电容短路产生放电，但是积分器放电这段时间，电荷输入端的源头没有切断，只是电荷通向积分器的分支通过S1的打开被断路，但由于电荷源头没有断，电荷没有流向积分器而是流向了其它分支(其它分支图1中未标注)，这段时间的电荷被积分器漏掉了，称这段时间称为积分器处于放电状态时的“死时间”。

综上，积分器处于保持状态下的“死时间”，是因为当需要测量电荷总输出时，让积分器停止工作、将电容和电荷之间的通路断开、导致电荷流向其它分支而产生“死时间”；积分器处于放电状态下的“死时间”，是因为当需要电荷放电时，通向积分器的电荷分支电路被切断，导致电荷流向其它分支而产生“死时间”。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提出一种电离室电荷信号读出装置，目的在于解决现有技术下电荷积分电路在积分器处于保持状态或放电状态下出现“死时间”、造成电离室电荷信号读出不准确的问题。

本发明为解决其技术问题提出以下技术方案

一种电离室电荷信号读出装置，包括电荷积分电路、布设在电荷积分电路输出端的模拟转换器ADC，其特征在于：在电荷积分电路输入端和输出端之间，还布设有用于实现自动放电的放电电路、以及用于校准差值的校准电路、以及用于控制放电电路和校准电路的DSP控制单元，该DSP控制单元与电荷积分电路输出端同侧布设。

所述的校准电路包括数模转换器DAC、精密电阻、高绝缘阻抗继电器及其开关控制电路；精密电阻、数模转换器DAC分别布设在该校准电路的靠近电荷积分电路的输入端侧和靠近电荷积分电路的输出端侧。