一种SiPM温度补偿电路

一种sipm温度补偿电路
技术领域
1.本发明涉及的是一种辐射探测装置，具体地说是补偿电路。


背景技术：

2.近些年来，sipm在辐射探测领域具有越来越广泛的应用。sipm是由工作在盖革模式下的雪崩二极管阵列所组成，其增益随温度变化明显，因此当温度变化时，由于sipm增益的变化会导致后续测量结果出现误差。
3.传统的温度补偿方法为信号幅度补偿，即通过温度传感器检测探测器能量测量结果随温度变化的曲线，并设定校正系数，通过校正系数达到温度补偿的效果，此类方法实现较为复杂且需要进行系数标定增加了仪器开发的时间成本。除此方法外，由于sipm的增益不仅与温度有关还与sipm的工作电压成正相关。基于此知识背景，通过在电路中引入正温度系数的热敏电阻，以抵消温度变化对sipm增益造成的影响，达到稳定增益的效果。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供通过引入正温度系数的热敏电阻,以抵消温度变化对sipm增益造成的影响的一种sipm温度补偿电路。
5.本发明的目的是这样实现的：
6.本发明一种sipm温度补偿电路，其特征是：包括升压电路单元、稳压电路单元、sipm、温度补偿电路单元，所述升压电路单元包括升压转换芯片，所述稳压电路单元包括线性稳压器、反馈电阻，升压转换芯片的电压调节反馈端连接线性稳压器，线性稳压器的反馈调压端连接反馈电阻的一端，线性稳压器的输出端连接反馈电阻的另一端以及sipm的阴极，所述温度补偿电路单元包括线性可调电位器、定值电阻、正温度系数热敏电阻，线性可调电位器、定值电阻、正温度系数热敏电阻串联并连接再线性稳压器的反馈调压端和地之间。
7.本发明还可以包括：
8.1、所述升压电路单元还包括电感、第一二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻，升压转换芯片的电源输入端和使能引脚分别与输入端口连接，电感连接在升压转换芯片的电源输入引脚和切换引脚之间，第一二极管的阳极接升压转换芯片的电源输入引脚，阴极接输出端口，第一电容与第一电阻并联连接在输出端口和升压转换芯片的电压调节反馈端，第二电阻连接在电压调节反馈端和地之间，第二电容连接在输入端口和地之间，第三电容连接在输出端口和地之间。
9.2、所述稳压电路单元还包括第二二极管、第四电容、第五电容、第六电容以及第四电阻，线性稳压器的电压输入端和输入端口连接，电压输出端与输出端口连接，反馈调压端与温度补偿电路单元连接，第二二极管与第五电容串联后再与第六电容并联，连接在输出端口和地之间，第四电容连接在输入端口和地之间。
10.3、温度补偿电路的电压输出端的输出电压为：
11.所述正温度系数热敏电阻的阻值rt＝r0+kδt，
12.所述sipm的偏置电压为：v＝v0+krδt，
[0013]vout2
表示温度补偿电路的电压输出端的输出电压，v
ref
是基准电压，r3表示定值电阻的阻值，rt表示机械可调电位器的阻值，ra表示热敏电阻的阻值，r4表示反馈电阻的阻值，r0为t0温度下热敏电阻阻值，k为热敏电阻的温度系数，δt为温度变化量，v为sipm偏置电压，v0表示基准温度时sipm的最佳工作电压，kr为sipm的温度系数。
[0014]
本发明的优势在于：本发明采用正温度系数热敏电阻设计温度补偿电路单元，进而利用温度补偿电路单元实现了对sipm偏置电压的补偿，使sipm偏置电压可随工作温度的变化而变化，使sipm增益的稳定性得以提高。
附图说明
[0015]
图1为本发明的结构示意图；
[0016]
图2为升压电路单元示意图；
[0017]
图3为稳压电路单元和温度补偿电路单元示意图。
具体实施方式
[0018]
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
[0019]
结合图1-3，本发明提供的sipm温度补偿电路包括升压电路单元1、稳压电路单元2、sipm 3、温度补偿电路单元4。
[0020]
其中，升压电路单元1包括升压转换芯片，所述升压转换芯片的电压调节反馈端作为所述稳压电路单元的输入端；
[0021]
所述稳压电路单元2包括线性稳压器以及反馈电阻，所述线性稳压器的反馈调压端接所述反馈电阻的一端，所述线性稳压器的输出端接所述反馈电阻的另一端以及所述sipm；
[0022]
其中，所述温度补偿电路单元4包括：线性可调电位器、定值电阻以及正温度系数热敏电阻，所述定值电阻和所述正温度系数热敏电阻、所述机械可调电位器串联，连接在线性稳压器的反馈调压端和地之间。
[0023]
如图2所示，本发明实例提供的sipm温度补偿电路中，升压电路单元1还可以包括电感l1、第一二极管d1、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3以及第一电阻r1、第二电阻r2。其中，升压转换芯片的电源输入端和使能引脚分别与输入端口连接，电感l1连接在升压转换芯片的电源输入引脚和切换引脚之间；第一二极管d1的阳极接升压转换芯片的电源输入引脚，阴极接输出端口；第一电容c1与第一电阻r1并联连接在输出端口和升压转换芯片的电压调节反馈端；第二电阻r2连接在电压调节反馈端和地之间；第二电容c2连接在输入端口和地之间；第三电容c3连接在输出端口和地之间。
[0024]
图2中，“fb”表示升压转换芯片的电压调节反馈引脚，“vin”表示升压转换芯片的电源输入引脚，“shdn”表示升压转换芯片的使能引脚，“sw”表示升压转换芯片的内部电源转换输出引脚，“gnd”表示升压转换芯片的接地引脚。
[0025]
所述升压电路单元1中的电源芯片u1可选用型号是lt1615b的电源芯片。
[0026]
所述升压电路单元1中的电源输入端口可由+5v的低压锂电池供电。
[0027]
如图3所示，本发明实例提供的sipm温度补偿电路中，稳压电路单元2还可以包括第二二极管d2、第四电容c4、第五电容c5、第五电容c6以及第四电阻r4。其中，线性稳压器的电压输入端和输入端口连接，电压输出端与输出端口连接，反馈调压端与温度补偿电路单元4连接；第二二极管d2与第五电容c5串联后再与第六电容c6并联，连接在输出端口和地之间；第四电容c4连接在输入端口和地之间。
[0028]
图3中，“input”表示线性稳压器的电压输入引脚，“output”表示线性稳压器的电压输出引脚，“adj”表示线性稳压器的反馈调压引脚。
[0029]
所述稳压电路单元2中的线性稳压调节器u2可选用型号是lm317l的线性稳压器。
[0030]
本发明实施例提供的sipm温度补偿电路中，所述稳压电路单元2的输出电压为：
[0031][0032]
式(1)中，v
out2
表示温度补偿电路的电压输出端的输出电压，v
ref
是基准电压，r3表示定值电阻的阻值，ra表示机械可调电位器的阻值，rt表示热敏电阻的阻值，r4表示反馈电阻的阻值。
[0033]
在本实施方式中，所述热敏电阻rt为线性正温度系数的热敏电阻，阻值与温度的拟合关系式为：
[0034]
rt＝r0+kδt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0035]
上述关系式(2)带入上述关系式(1)中，可得：
[0036][0037]
对关系式(4)化简后可得：
[0038]vout2
＝kδt+v1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0039]
式中，k为所述热敏电阻rt因温度变化产生的输出电压温度系数，v1为不随温度变化的电压部分。由关系式(4)可以看出，稳压电路单元2输出电压大小与温度变化量成线性关系。
[0040]
在本实施方式中,所述sipm 3的偏置电压为：
[0041]
v＝v0+krδt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0042]
式中，v表示偏置电压，v0表示基准温度时sipm的最佳工作电压，kr为sipm 3的温度系数,δt为温度变化量。
[0043]
在本实施方式中，所述sipm 3增益不仅与温度变化有关，还受到偏置电压影响。当温度升高时，sipm 3的增益会降低，这时通过适当提高sipm 3的偏置电压可以抵消温度变化造成的影响。同理，当温度降低时，sipm 3的增益也会增加，这时通过适当调低sipm 3的偏置电压可以抵消温度变化造成的影响。因此，只要通过选取热敏电阻的k使其满足sipm 3的温度系数即可。需要说明的是，sipm 3的温度系数及最佳工作电压可以通过设备手册获得，基准温度也可以根据设备手册里的相关参数进行设置，简便起见，可选择室温的(25℃)作为基准温度。
[0044]
示例性的，安美公司的arrayj-60035-4p的sipm对应的温度系数为21.5mv/℃。
[0045]
基于上述，本实施例提供的sipm温度补偿方法，通过在电路中引入正温度系数的热敏电阻,以抵消温度变化对sipm增益造成的影响，解决了温度变化对sipm探测器测量射线能量造成影响的问题。