一种基于硅漂移探测器的X射线能谱测量的方法

【作者】 徐能； 陈琛； 盛立志； 赵宝升；

【机构】 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室； 中国科学院大学研究生院；

【摘要】 硅漂移探测器(Silicon Drift Detector,SDD)对1~10keV软X射线具有较高的探测效率和较高的能量分辨,将其应用于X射线脉冲星导航中微弱X射线探测,可以减小探测器面积同时提高信噪比。本文提出了一种易于实现的基于SDD的能谱测量方法。分析了将SDD探测器输出的原始阶梯信号整形成负指数脉冲信号的优势,并讨论了采样速率、光子计数率和负指数脉冲时间常数之间的关系。负指数脉冲信号经过AD采样后进行数字信号处理,其中重点介绍了梯形成形和基线恢复。讨论了数字梯形成形相对于模拟成形的优势,用Z变换的方法推导了如何将负指数脉冲变换成梯形,给出了用FPGA实时实现该算法的方法,并分析了梯形成形的特性,梯形成形具有一定低通滤波能力,梯形上升沿越宽滤波效果越好,可以用抗噪声性能强的慢梯形提取光子能量,用成形时间短的快梯形判断脉冲是否堆积。基线漂移直接影响梯形成形后的峰值,分析了引起漂移的因素及漂移的特性,给出了一种检测基线的统计算法,并分析了用平均值法恢复基线的可行性。列举出了几种可能的脉冲堆积情况,通过分析其对峰值的影响得出判别准则。通过基线恢复后且没有堆积的慢梯形峰值,即为光子的能量值,最后经过多道分析就能得到能谱信息。最后在光子计数率为500k cps的条件下做了实验,信号处理能在较高的速率下实时进行,抗噪声性能较强。更多还原