CN114384099B - 用于检测硅光电倍增管阵列信号通断的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测硅光电倍增管阵列信号通断的装置及方法，装置包括：放射源、耦合待测SiPM阵列的标准晶体阵列、滤波电路、射频放大电路、ADC采集装置和处理装置；放射源激发标准晶体阵列使待测SiPM阵列输出两类信号；两类信号分别经由滤波电路和射频放大电路至ADC采集装置，ADC采集装置基于时间触发路的信号采集N路能量信息并将采集的N路能量信号传输至处理装置，以使处理装置基于N路能量信号生成用于判断待测SiPM阵列中每一SiPM芯片的时间触发路和能量路是否异常的二维位置影像。上述装置可以快速有效检测硅光电倍增管阵列的工作状态，满足当前大规模生产检测的需求，同时可有效降低人力成本。

Description

用于检测硅光电倍增管阵列信号通断的装置及方法

技术领域

本发明涉及硅光电倍增管测量技术，尤其涉及一种用于检测硅光电倍增管阵列信号通断的装置及方法。

背景技术

硅光电倍增管在组成阵列焊接时，可能由于焊接过程问题或者硅光电倍增管自身瑕疵导致无信号输出，或者信号输出异常，需要能够挑选并且定位硅光电倍增管阵列中的异常芯片的方法。

对于少量硅光电倍增管构成的阵列检测相对容易在电路设计时设置测试点进行测量排查确认问题芯片，并定位问题芯片位置。但是对于数量较大的硅光电倍增管阵列，特别是每个硅光电倍增管为双读出(时间触发路和能量路)，将判断检测数量直接翻倍。数量大规模增加后通过测试点一个个测试判断硅光电倍增管的两路输出电路是否能正常工作效率很低，当有大规模生产检测需求时，检测的时间人力成本很高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于检测硅光电倍增管阵列信号通断的装置及方法，其能够快速有效检测硅光电倍增管阵列的通断状态。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种用于检测硅光电倍增管阵列信号通断的装置，包括：

放射源、用于与待测SiPM阵列耦合的标准晶体阵列、滤波电路、射频放大电路、ADC采集装置和处理装置；

所述放射源用于激发耦合的待测SiPM阵列的标准晶体阵列中的闪烁晶体发光，以使待测SiPM阵列输出两类信号；

所述滤波电路的第一端连接所述待测SiPM阵列的能量路输出端，所述滤波电路用于将待测SiPM阵列中所有SiPM芯片的能量输出进行加合处理，输出为四路能量信号，所述射频放大电路的第一端连接所述待测SiPM阵列的时间触发路输出端，所述射频放大电路用于将待测SiPM阵列中所有SiPM芯片的时间路输出信号进行级联放大并加和处理，以输出一路时间触发信号；

所述ADC采集装置连接所述滤波电路的第二端、所述射频放大电路的第二端，并基于一路时间触发信号采集四路能量信号，将采集的四路能量信号传输至所述处理装置，以使所述处理装置基于所述四路能量信号生成用于判断待测SiPM阵列中每一SiPM芯片的两路输出是否异常的二维位置影像。

可选地，所述放射源为γ放射源；

所述滤波电路包括：用于对多个能量路输出端输出的信号进行加和处理的滤波电阻网络，所述滤波电阻网络输出四路能量信号。

可选地，所述处理装置，具体用于：

基于所述四路能量信号，利用欧拉方程生成标准晶体阵列的二维位置影像；所述二维位置影像上的每一位置的显示亮点对应的SiPM芯片的能量路是否异常；

若存在至少一个位置无亮点或者亮点异常，则确定该位置对应的SiPM芯片的能量路异常；

以及基于所述二维位置影像获取单个晶条的能谱信息；根据晶条的能谱信息确定对应的SiPM芯片的时间触发路是否异常。

可选地，所述射频放大电路包括：依次连接的级联电路、加和电路和比较器；所述比较器中预设设置有时间触发信号对应的第一设定值；

加和电路输出的时间触发信号大于第一设定值，则所述比较器输出，否则不输出；所述比较器输出的时间触发信号作为所述ADC采集装置用于采集能量信号的触发信号；

所述第一设定值为根据待测SiPM阵列中至少一个SiPM芯片的时间触发路异常时的触发值确定的，小于该触发值的数值。

可选地，所述标准晶体阵列和所述待测SiPM阵列结构相同；

或者，标准晶体阵列为一块15x15条组成的LSO类有自衰变特性的晶体阵列。

第二方面，本发明实施例提供一种基于第一方面任一所述的用于检测硅光电倍增管阵列信号通断的装置的检测方法，所述方法包括：

S10、采用标准晶体阵列与正常SiPM阵列耦合；并设置ADC采集装置中的时间触发路的时间触发阈值；所述ADC采集装置经由滤波电路和射频放大电路分别连接正常SiPM阵列的能量路输出端和时间触发路输出端；

在放射源激发后，ADC采集装置采集四路能量信号并传输处理装置，所述处理装置对所述四路能量信号的波形进行积分和基线扣，获取标准晶体阵列通过正常SiPM阵列的第一类二维位置影像和标准晶体阵列中单个晶条的能谱信息中能谱前沿的标准信息；

S20、采用所述标准晶体阵列与待测SiPM阵列耦合；

在放射源激发后，ADC采集装置采集四路能量信号并传输处理装置；所述ADC采集装置的两次采集的数据量是相同的；

所述处理装置对所述四路能量信号的波形进行积分和基线扣，获取标准晶体阵列通过待测SiPM阵列的第二类二维位置影像和标准晶体阵列中单个晶条的能谱信息；

S30、将第二类二维位置影像和第一类二维位置影像进行比对，确定待测SiPM阵列中每一SiPM芯片的能量路是否异常；

以及，将S20中单个晶条的能谱信息的能谱前沿信息与标准信息比对，确定对应的SiPM芯片的时间触发路是否异常。

可选地，S30包括：

计算出每个事例的四路能量值，并利用欧拉公式计算得到标准晶体阵列的二维位置影像；所述二维位置影像中每一个亮点代表标准晶体阵列对应的一根晶条；

将待测SiPM阵列对应的二维位置影像和正常SiPM阵列对应的二维位置影像比较，确定待测SiPM阵列中每一SiPM芯片的能量路是否异常；

以及，分割二维位置影像中每一个晶条的全部事件，并将每一晶条的N路能量加和，得到单个晶条的能谱信息。

可选地，在N为4时，S30包括：

第一步：将能量信号波形的固定长度进行积分，获得信号积分面积，积分面积中扣除波形信号的基线，获得A路、B路、C路和D路积分面积值；

第二步：采用积分扣基线获得的A路积分值、B路积分值、C路积分值和D路积分值，通过欧拉方程得到二维位置影像的x，y值；

具体地，欧拉公式为：

X＝(A+D)/(A+B+C+D)；

Y＝(C+D)/(A+B+C+D)；

或者，X＝(A+B)/(A+B+C+D)；

Y＝(A+D)/(A+B+C+D)；

第三步：分割二维位置影像图；二维影像图一个聚集亮点对应一根晶条，根据亮点位置将二维影像分成一个一个区域，并为区域编号，一个编号对应一根晶条；一个编号区域内的所有事件是对应编号晶条受放射源激发的所有事件；

若标准晶体阵列包括15x15晶条，二维位置影像有225个区域及编号，

第四步：采用A路、B路、C路和D路积分面积值，统计每个区域内的事件总计数，就是对应编号晶条受激发光后被对应SiPM芯片测量到的事件总计数；

将每个晶条区域内事件四路积分加合A+B+C+D是每次发生事件SiPM芯片实际测量到的晶条沉积能量，对沉积能量进行累谱；

第五步：判断能量路的方式：单晶条区域内总计数小于设定值则表征能量路有问题，在二维位置影像图上表现为明显暗淡或缺亮点；与所有单晶平均计数比较差异；

第六步：判断时间触发路的方式：统计每个单晶的能谱的前沿出现位置，能谱前沿出现位置偏大的晶体对应的SiPM芯片时间触发路输出有问题。

可选地，判断时间触发路的方式进一步包括：

每个位置晶条对应一个阈值，产生一个阈值矩阵；

首先产生一个标准前沿值矩阵，通过多次测量得到一个最大测试误差值，叠加在标准前沿值矩阵上；

P_阈值＝P_{标准前沿值}+X_{最大允许偏差值}*P_单位

P_阈值：表示一个M*M判断阈值矩阵

M*M表示：标准晶体阵列中晶条数；

P_{标准前沿值}：使用固定标准晶体阵列耦合W个不同正常SiPM阵列，得到一个M*M前沿位置的平均矩阵；

P_{最大允许偏差值}：使用固定的晶体阵列耦合W个不同正常SiPM阵列板，得到一个前沿位置的平均矩阵，并得到一组W*M*M数据，数据为每个晶条前沿位置与平均值差值x，统计这组差值的标准偏差σ和均值，X_{最大允许偏差值}＝均值+3σ；

P_单位是一个M*M单位矩阵；

高于阈值则晶条对应SiPM芯片时间触发路异常，低于阈值对应SiPM芯片时间触发路正常。

(三)有益效果

借助于本发明的检测装置，操作人员可以快速准确检测出SiPM阵列中每一个SiPM芯片的时间触发路和能量路各自通断状态，有效提高检测效率。

针对检测SiPM阵列电路信号通路检查，特别是有双路输出的SiPM阵列，降低了人工成本，提高了检测效率。

时间触发路或能量路无输出的SiPM芯片会影响SiPM阵列的整体探测效率和时间分辨性能，通过该方法能够把这类问题SiPM阵列筛选出来，进行修复，保证了SiPM阵列的性能；

基于较少的电子学通路采集，较低的硬件成本，单次测量可以检测整个SiPM阵列的时间触发路与能量路是否都正常有输出；

由于大幅提高检测效率，可以实现大批量自动检测判断，降低硅光电倍增管阵列的检验成本。

另外，增加一定单次测试时间的前提下，可以使用LYSO或LSO类有自衰变特性晶体阵列进行无源检测，降低用源成本和检测条件要求。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的用于检测硅光电倍增管阵列信号通断的装置的示意图；

图2是本发明一实施例示出的能量路异常和正常的二维位置影像图；

图3是a和b能量路正常、有部分SiPM的Fast out输出异常的二维位置影像图；

图4是a阵列单晶体能谱前沿位置值分布图；

图5是b阵列单晶体能谱前沿位置值分布图；

图6是a异常局部单晶能谱图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

为更好的理解，对部分词语进行解释，本实施例中的SiPM阵列是由多个SiPM单芯片焊接到电路板上形成SIPM阵列，电路板上除了SiPM芯片还有取信号用的电阻电容，每一SiPM芯片是直接有两路信号输出，信号的分路做在芯片内部，有的SiPM芯片只有一路信号输出，需要在最接近SIPM芯片位置把信号分为两路再分别处理。

也就是说，SiPM阵列由N个SiPM芯片组成,N大于等于4的正整数；

SIPM阵列上的每个SIPM芯片均有两路输出，一路能量输出，一路时间输出。

本实施例中主要测试的SIPM阵列中SiPM芯片输出两路信号的通断的状态。待测SiPM阵列也可称为待测的电路板，每一个SiPM芯片都采用双路读出，双路读出可以是硅光电倍增管自身具备双路信号输出，也可以是根据应用在后续电路中将SiPM芯片输出分为两路。

每一个SiPM芯片的一路输出为Fast out，该路信号上升时间快，波形相对窄，作为信号时间分辨测量和信号触发，称为时间触发路；SiPM芯片的另一路输出为Standard out，该路信号上升时间相对较慢，波形相对宽，作为信号的能量测量路，称为能量路。

本实施例中，单一SiPM芯片存在4种状态：

1)SiPM芯片Fast out(时间触发路的输出)有，standard out(能量路的输出)有，正常。

2)SiPM芯片Fast out有，standard out无，二维影像图有缺点。

3)SiPM芯片Fast out无，standard out无，二维影像图有缺点。

4)SiPM芯片Fastout无，standard out有，二维形象图无明显异常，通过晶条能谱前沿判断。

在本实施例中，测量上述四种情况。

实施例一

如图1所示，本发明一实施例提供的用于检测硅光电倍增管阵列信号通断的装置的示意图，本实施例的检测硅光电倍增管阵列信号通断的装置包括：

放射源、用于与待测SiPM阵列耦合的标准晶体阵列、滤波电路、射频放大电路、ADC采集装置和处理装置。

本实施例中待测SiPM阵列和标准晶体阵列之间可以加耦合剂硅油或者透光软硅胶垫实现耦合，以减少不同材料过度时空气层造成的全反射现象。

所述放射源用于激发耦合待测SiPM阵列的标准晶体阵列中的闪烁晶体发光。举例来说，本实施例的标准晶体阵列可为一块15x15条组成的LYSO晶体阵列。在其他实施例中，标准晶体阵列可为一块QxQ条组成的闪烁晶体阵列，该闪烁晶体阵列在测试中可能够完全覆盖SiPM阵列。

本实施例中放射源使用的γ源，放出单能光子，在晶体内产生的信号不是单一能量，因为有康普顿散射，对于LYSO和LSO类晶体，本身自带放射性，晶体内会发生自衰变，产生连续能量，从低能区一直覆盖到650KeV以上高能区。

所述滤波电路的第一端连接待测SiPM阵列的能量路输出端，所述滤波电路用于将待测SiPM阵列输出的多路能量信号进行加和处理，以输出预定的四路能量信号。

也就是说，滤波电路包括：用于对多个能量路输出端输出的信号进行加和处理的滤波电阻网络/电阻网络，如图1所示，本实施例的电阻网络可采用现有任何一个滤波电路实现。

所述射频放大电路的第一端连接待测SiPM阵列的时间触发路输出端，所述射频放大电路用于将待测SiPM阵列中所有SiPM芯片的时间路输出信号进行级联放大并加和处理，以输出一路时间触发信号。通常，射频放大电路可包括比较器，内部信号过比较器后的一路固定高电平的时间触发信号作为输出。

在本实施例中，针对射频放大电路用于将SiPM阵列中所有SiPM芯片的Fast out信号通过射频放大后级联，可以多级级联也可以一次级联，级联后通过比较器输出一个高电平作为时间触发信号，级联方式都不会影响算法判断结果。

本实施例中，时间触发信号通过比较器需要大于第一设定值，可通过预先定义的第一设定值进行比较，进而输出固定大小高电平信号作为时间触发信号。所述第一设定值贴近噪声基线高度。

所述ADC采集装置连接所述滤波电路的第二端、所述射频放大电路的第二端，并基于一路时间触发信号采集四路能量信号，将采集的四路能量信号传输至处理装置，以使处理装置基于四路能量信号生成用于判断待测SiPM阵列中每一SiPM芯片的时间触发路和能量路是否异常的二维位置影像。

可理解的是，处理装置基于所述四路能量信号，利用欧拉方程生成标准晶体阵列的二维位置影像；所述二维位置影像上的每一位置的显示亮点对应的SiPM芯片的能量路是否异常；若存在至少一个位置无亮点或者亮点异常，则确定该位置对应的SiPM芯片的能量路异常；

处理装置还基于所述二维位置影像获取单个晶条的能谱信息；根据晶条的能谱信息确定对应的SiPM芯片的时间触发路是否异常。

在实际应用中，一张二维位置影像由超过百万次事件累计，二维影像图是像素图，像素图中每一个像素点包含两个信息，一个是该点在整张图中的位置信息(x，y)，x和y为整型；另一个信息是用欧拉方程计算位置信息同样为(x，y)的事件总计数。二维位置影像实际显示的是每个像素计数值对应的色阶。针对本实施例中色阶选择黑白灰色阶显示表示计数。

特别地，针对前述第4)种情况：所有SiPM芯片Fast out经由射频放大电路级联加合为一路的电平信号，控制ADC采集装置的采集，所以当标准晶体阵列中一个晶条有信号时周围SiPM芯片都会有Fast out输出，当这个信号足够大时由于物理串扰原因，周围的SiPM芯片都会有很小的信号输出，很多小的信号Fast out通过加合也能够达到触发阈值，使得ADC采集装置采集到信号，因为SiPM芯片的Standard out是正常的，二维位置影像是有计数的。但是如果信号偏小，周围串扰信号加合起来也不能过预先设定的阈值(下述的第一设定值)，就不能让ADC采集装置的采集该信号。所以实际上如果比较器中的阈值(即第一设定值)放得足够小就能看到，这跟晶条上有一部分小信号丢失了。

基于本实施例的装置，操作人员可以快速准确检测出待测SiPM阵列中每一个SiPM芯片的时间触发路和能量路各自通断状态，有效提高检测效率。

针对待测SiPM阵列电路信号通路检查，特别是有双路输出的SiPM阵列，降低了人工成本，提高了检测效率。

图1所示的使用标准闪烁晶体阵列与SiPM阵列耦合，通过γ放射源激发标准闪烁晶体阵列发光，当γ射线入射到标准闪烁晶体阵列的闪烁晶体内，产生的光子经待测SiPM阵列转化为电信号。待测SiPM阵列输出的信号经由滤波电路进行加和处理(本实施例仅对能量路进行加和处理，即Standard out出来的信号，通过加合滤波后变成4路)，可以大规模减小输出通道数量。

本实施例中不限定放射源，通常标准晶体自带放射性,如LYSO和LSO，本身自带β衰变，可以不用额外放射源，但是由于自带放射性低，故在具体使用中若不额外使用放射源，则采集同样量级数据需要的时间比有额外放射源长。

也就是说，待测SiPM阵列的Standard out信号通过滤波电路加和最后输出4路读出；待测SiPM阵列中所有SiPM芯片的Fast out通过射频放大电路级联放大后加和为一路作为采集的时间触发信号。

待测SiPM阵列的能量路通过时间触发信号控制ACD采集，采集的四路信号波形进行积分得四路信号大小，利用欧拉方程可以计算得到标准晶体阵列的二维位置影像如图2，二维位置影像中每一个聚集亮点对应一根晶条多次受激发产生的光信号。如图2右图当晶体阵列对应位置的SiPM芯片中Standard out信号无输出时，对应的二维位置影像就会出现少点或者点异常暗计数异常少，从而能快速判断出SiPM芯片能量路的通断状态，以及问题SiPM芯片位置。也就是说，从二维位置影像的编号可以确定哪个位置晶条的计数或者能谱有异常，与问题晶条对应的SIPM芯片出现异常。

当同一个SiPM芯片出现损坏Standard out与Fast out同时处于无输出时，二维位置影像对应位置也会出现明显暗区计数异常少。

图2的左图是一个SiPM的能量路无输出时，二维位置影像图对应位置的晶条总计数极低，应有亮点处，在图2中显示为黑。

图3是a和b能量路正常、有部分SiPM芯片的Fast out输出异常的二维位置影像图，白框对应的SiPM时间路输出有异常，但从二维位置影像图明暗度不能明显识别出异常。a图白框内晶条对应SiPM被有意截断Fast out路输出，b图为有意短路了一组SiPM芯片，；

图4是a阵列单晶体能谱前沿位置值分布图，SiPM阵列的二维影像图说明所有阵列中所有SiPM片子的Standard out正常输出，但是影像白框处对应表格加黑体数字位置的SiPM芯片的Fast out读出是无输出；图4中显示整个阵列225颗单晶体的前沿位置值，其中中心偏左下位置加黑字体显示是一颗单晶前沿位置异常高，与图3左图的二维位置影像图中白框位置点对应，二维影像图同位置点，有一点小，明暗无明显差异，在图3上增加示意白框。

图5是b阵列单晶体能谱前沿位置值分布图；图5中显示整个阵列225颗单晶体的前沿位置，其中9个加黑字体显示是9颗晶体前沿位置异常高，与图3右图的二维位置影像图中白框内9点对应。

图6是a异常局部单晶能谱图，给出异常能谱状态和正常能谱状态对比，用于理解能谱前沿偏大状态，异常能谱形态仅仅是康普顿平台前沿位置靠后，一般依然能够看到γ光子的光电峰，出问题SiPM对应晶条和上下左右8颗正常晶条的能谱图。

实施例二

本实施例中采用固定标准闪烁晶体对硅光电倍增管阵列进行测试，通过固定标准闪烁晶体对应的二维位置影像快速准确判断出SiPM阵列的电路板上所有硅光电倍增管双路信号都有输出，输出信号大小和形状都在固定范围内。

本实施例提供一种基于实施例一的检测装置的检测方法，该方法包括：

S10、采用标准晶体阵列与正常SIPM阵列耦合；并设置ADC采集装置中的时间触发路的时间触发阈值；所述ADC采集装置经由滤波电路和射频放大电路分别连接所述待测SIPM阵列的能量路输出端和时间触发路输出端；

在放射源激发后，ADC采集装置采集四路能量信号并传输处理装置，所述处理装置对所述四路能量信号的波形进行积分和基线扣，获取标准晶体阵列通过正常SIPM阵列的第一类二维位置影像和标准晶体阵列中单个晶条的能谱信息中能谱前沿的标准信息；

S20、采用所述标准晶体阵列与待测SIPM阵列耦合；

在放射源激发后，ADC采集装置采集四路能量信号并传输处理装置；所述ADC采集装置的两次采集的数据量是相同的。

所述处理装置对所述四路能量信号的波形进行积分和基线扣，获取标准晶体阵列通过待测SIPM阵列的第二类二维位置影像和标准晶体阵列中单个晶条的能谱信息。

本实施例中，可以通过固定放射源激发时间的方式实现采集，也可以固定采集数据量的方式实现，根据需要选择。

S30、将第二类二维位置影像和第一类二维位置影像进行比对，确定待测硅SIPM阵列中每一SIPM芯片的能量路是否异常；

以及，将S20中单个晶条的能谱信息的能谱前沿信息与标准信息比对，确定对应的SIPM芯片的时间触发路是否异常。

举例来说计算出每个事例的四路能量值，并利用欧拉公式计算得到标准晶体阵列的二维位置影像；所述二维位置影像中每一个亮点代表标准晶体阵列对应的一根晶条；

将待测SIPM阵列对应的二维位置影像和正常标准的SIPM阵列对应的二维位置影像比较，确定待测SIPM阵列中每一SIPM芯片的能量路是否异常；

以及，分割二维位置影像中每一个晶条的全部事件，并将每一晶条的N路能量加和，得到单个晶条的能谱信息。

在具体应用中，为更好的理解上述S30的过程，下面进行详细说明。

第一步：将能量信号波形的固定长度进行积分，获得信号积分面积，积分面积中扣除波形信号的基线，获得A路、B路、C路和D路积分面积值；

第二步：采用积分扣基线获得的A路积分值、B路积分值、C路积分值和D路积分值(即ABCD四路波形扣减基线后的积分值)，通过欧拉方程得到二维位置影像的x，y值；

具体地，欧拉公式为：

X＝(A+D)/(A+B+C+D)；

Y＝(C+D)/(A+B+C+D)；

或者，X＝(A+B)/(A+B+C+D)；

Y＝(A+D)/(A+B+C+D)；

第三步：分割二维位置影像图；二维影像图一个聚集亮点对应一根晶条，根据亮点位置将二维影像分成一个一个区域，并为区域编号，一个编号对应一根晶条；一个编号区域内的所有事件是对应编号晶条受放射源激发的所有事件；

若标准晶体阵列包括15x15晶条，二维位置影像有225个区域及编号，

第四步：采用A路、B路、C路和D路积分面积值，统计每个区域内的事件总计数，就是对应编号晶条受激发光后被对应SIPM芯片测量到的事件总计数；

将每个晶条区域内事件四路积分加合A+B+C+D是每次发生事件SIPM芯片实际测量到的晶条沉积能量，对沉积能量进行累谱。

在本实施例中，一个区域对应一个晶条。

第五步：判断能量路的方式：单晶条区域内总计数小于设定值则表征能量路有问题，在二维位置影像图上表现为明显暗淡或缺亮点；与所有单晶平均计数比较差异；

第六步：判断时间触发路的方式：统计每个单晶的能谱的前沿出现位置，能谱前沿出现位置偏大的晶体对应的SIPM芯片时间触发路输出有问题。

在第六步中，可预先产生一个阈值矩阵，每个位置晶条对应一个阈值；

首先产生一个标准前沿值矩阵，通过多次测量得到一个最大测试误差值，叠加在标准前沿值矩阵上；

P_阈值＝P_{标准前沿值}+X_{最大允许偏差值}*P_单位

P_阈值：表示一个M*M判断阈值矩阵

M*M表示：标准晶体阵列中晶条数；

P_{标准前沿值}：使用固定标准晶体阵列耦合W个不同正常SiPM阵列，得到一个M*M前沿位置的平均矩阵；

P_{最大允许偏差值}：使用固定的晶体阵列耦合W个不同正常SiPM阵列板，得到一个前沿位置的平均矩阵，并得到一组W*M*M数据，数据为每个晶条前沿位置与平均值差值x，统计这组差值的标准偏差σ和均值，X_{最大允许偏差值}＝均值+3σ；

P_单位是一个M*M单位矩阵；

高于阈值则晶条对应SiPM芯片时间触发路异常，低于阈值对应SiPM芯片时间触发路正常。

在具体应用中，如图2和图6所示，如果对应SiPM芯片实际无standard out输出，对应位置的二维位置影像图是个计数显示会是接近黑色，百万量级计数中有极低概率的错误计数进入区域，但是与正常位置相比差异量级巨大，所以在二维位置影像图上肉眼可分的差别，基本可以不做后续算法计算就可以判断出问题Sipm芯片位置。

但是当某个SiPM芯片的能量路处于通路状态，仅时间触发路无信号输出，由于所有SiPM芯片触发路通过级联放大后全部加合，晶体阵列发光后在阵列中有光串扰现象，通过周围晶体串扰光，大信号的串扰能让周围SiPM芯片的Fast out产生小信号，由于所有的Fast out加合，最终大部分信号能被其他SiPM芯片处触发所以从二维位置影像上很难通过明暗状态直接判断出芯片的Fast out是否都正常。

靠串扰叠加得到的触发信号高度总是会低于同样光子量没有问题的完整信号，当触发阈值足够低时，从单晶条的能谱上可以分辨出问题芯片对应的晶条能谱其前沿出现的位置明显比正常晶条高，如图6所示，图6中展示了a阵列靠近中心的问题单晶条的累谱图和问题晶条周边正常晶条累谱图，为只切断右下角的一个个SiPM芯片的时间触发路信号输出，能量路信号还能正常读出。

标样晶体阵列耦合到SiPM阵列，通过二维位置影像识别每个单晶条范围，在每个单晶范围内事例/事件进行累谱，通过对单晶条的能谱计数以及能谱前沿位置可以判断出SiPM阵列中是否有芯片的时间触发路或者能量触发路无输出信号，并能够判断出芯片在阵列中的位置。

如果使用的晶体类似LYSO或者LSO具有自衰变性能，通过调整电路放大倍数，进一步放低时间触发阈值，延长采集时间，保证采集事例量，也可以不使用放射源进行检测。具体测试中可使用一块15x15条组成的LYSO晶体阵列作为标准晶体用于和SiPM阵列耦合，将时间路触发阈值设置尽量低，用时间触发路控制ADC采集卡采集输出的四路能量路。

本实施例中，SiPM阵列中的SiPM芯片输出的信号进行分路再分辨进行加和处理，可以大规模减小输出通道数量。

具体实施方式中将时间路触发阈值设置尽量低，用时间触发路控制ADC采集卡采集输出的四路能量路，通过计算机控制对四路信号波形进行积分和基线扣，计算出每个事例的四路能量值，利用欧拉公式计算得到晶体阵列的二维位置影像，如图2。图2中每一个白色聚集亮点代表晶体阵列对应的一根晶条，图2右图为一个正常SiPM阵列测量标样晶体阵列，所以图中一共有225个亮点。通过分割二维位置影像图得到每一个单晶的全部事例。将事例的四路能量加合值累谱，即可得到每个单晶能谱。

从图3中可以看到a和b硅光电倍增管阵列二维位置影像与图2右图正常二维位置影像几乎无特别差异。其中a阵列影像白框内晶条影像略微小一点计数略低一点，该点对应的SiPM芯片的Fast out被有意断路。b阵列影像白框内影像无任何异常，但该区域对应的一组级联SiPM芯片的Fast out被短路。

由于能量路都能够正常工作，如图6所示，a阵列二维位置影像中被白框圈住的异常晶条(No.126)和它周围的正常晶条能谱图，图中每个晶条累出的能谱大尖峰对应的是γ光子能峰，γ峰位值都正确没有明显偏移。编号NO.126(这里的编号是二维位置影像分割225个晶条区域，每个晶条按位置给编号)晶条能谱最前沿起点出现位置明显后移，能够看到康普顿平台被卡，前沿位置后退最厉害大约在14道左右，而其四周晶条能谱前沿都在8道左右，No.111和No.127感觉能谱前沿轻微受到影响，其余正常晶条可以看到康普顿平台完整露出。对比单晶累谱的能峰高度和单晶条能谱的前沿出现位置道数，可以看到正常晶条能谱与异常晶条能谱在这两处有比较大的差异。所以通过统计单晶的能谱计数和能谱前沿出现的道数可以判断单晶对应SiPM芯片的时间触发路和能量触发路是否工作正常。

判断的具体实施时通过卡阈方式：能谱前沿高度大于定值，则该位置道数为能谱前沿位置出现道数。图4和图5给出a和b阵列整个晶体阵列单晶条能谱前沿位置出现道数。从图4和图5能谱前沿位置道数值可以看到由于晶条所处位置具有一定差异，四角边缘和中心位置前沿道数具有一定分布。为了排除人为干扰和统计干扰，可以通过固定标准晶体耦合不同硅光电倍增管阵列多次测量，将测量得到的能谱前沿值进行平均，获得一个平均前沿道数分布阵列，采用与平均分布阵列差异百分比作为判据判断，该方法可以排除位置分布差异与不同晶体差异带来的干扰。

由此，事件触发路或能量路无输出的SiPM芯片会影响SiPM阵列的整体探测效率和时间分辨性能，通过上述方法能够把这类问题芯片筛选出来，进行修复，保证了SiPM阵列性能；

基于较少的电子学通路采集，较低的硬件成本，单次测量可以检测整个SiPM阵列的时间触发路与能量路是否都正常有输出；

由于大幅提高检测效率，可以实现大批量自动检测判断，降低硅光电倍增管阵列的检验成本；

增加一定单次测试时间的前提下，可以使用LYSO或LSO类有自衰变特性晶体阵列进行无源检测，降低用源成本和检测条件要求。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (8)

1.一种用于检测硅光电倍增管阵列信号通断的装置，其特征在于，包括：

放射源、用于与待测SiPM阵列耦合的标准晶体阵列、滤波电路、射频放大电路、ADC采集装置和处理装置；

所述放射源用于激发耦合的待测SiPM阵列的标准晶体阵列中的闪烁晶体发光，以使待测SiPM阵列输出两类信号；

所述滤波电路的第一端连接所述待测SiPM阵列的能量路输出端，所述滤波电路用于将待测SiPM阵列中所有SiPM芯片的能量输出进行加和处理，输出为四路能量信号，所述射频放大电路的第一端连接所述待测SiPM阵列的时间触发路输出端，所述射频放大电路用于将待测SiPM阵列中所有SiPM芯片的时间路输出信号进行级联放大并加和处理，以输出一路时间触发信号；

所述ADC采集装置连接所述滤波电路的第二端、所述射频放大电路的第二端，并基于一路时间触发信号采集四路能量信号，将采集的四路能量信号传输至所述处理装置，以使所述处理装置基于所述四路能量信号生成用于判断待测SiPM阵列中每一SiPM芯片的两路输出是否异常的二维位置影像；

所述处理装置，具体用于：基于所述四路能量信号，利用欧拉方程生成标准晶体阵列的二维位置影像；所述二维位置影像上的每一位置的显示亮点对应的SiPM芯片的能量路是否异常；

若存在至少一个位置无亮点或者亮点异常，则确定该位置对应的SiPM芯片的能量路异常；

以及基于所述二维位置影像获取单个晶条的能谱信息；根据晶条的能谱信息确定对应的SiPM芯片的时间触发路是否异常。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放射源为γ放射源；

所述滤波电路包括：用于对多个能量路输出端输出的信号进行加和处理的滤波电阻网络，所述滤波电阻网络输出四路能量信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射频放大电路包括：依次连接的级联电路、加和电路和比较器；所述比较器中预设设置有时间触发信号对应的第一设定值；

加和电路输出的时间触发信号大于第一设定值，则所述比较器输出，否则不输出；所述比较器输出的时间触发信号作为所述ADC采集装置用于采集能量信号的触发信号；

所述第一设定值为根据待测SiPM阵列中至少一个SiPM芯片的时间触发路异常时的触发值确定的，小于该触发值的数值。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标准晶体阵列和所述待测SiPM阵列结构相同；

或者，标准晶体阵列为一块15x15条组成的LSO类有自衰变特性的晶体阵列。

5.一种基于权利要求1至4任一所述的用于检测硅光电倍增管阵列信号通断的装置的检测方法，其特征在于，所述方法包括：

S10、采用标准晶体阵列与正常SiPM阵列耦合；并设置ADC采集装置中的时间触发路的时间触发阈值；所述ADC采集装置经由滤波电路和射频放大电路分别连接正常SiPM阵列的能量路输出端和时间触发路输出端；

在放射源激发后，ADC采集装置采集四路能量信号并传输处理装置，所述处理装置对所述四路能量信号的波形进行积分和基线扣除，获取标准晶体阵列通过正常SiPM阵列的第一类二维位置影像和标准晶体阵列中单个晶条的能谱信息中能谱前沿的标准信息；

S20、采用所述标准晶体阵列与待测SiPM阵列耦合；

在放射源激发后，ADC采集装置采集四路能量信号并传输处理装置；所述ADC采集装置的两次采集的数据量是相同的；

所述处理装置对所述四路能量信号的波形进行积分和基线扣除，获取标准晶体阵列通过待测SiPM阵列的第二类二维位置影像和标准晶体阵列中单个晶条的能谱信息；

S30、将第二类二维位置影像和第一类二维位置影像进行比对，确定待测SiPM阵列中每一SiPM芯片的能量路是否异常；

以及，将S20中单个晶条的能谱信息的能谱前沿信息与标准信息比对，确定对应的SiPM芯片的时间触发路是否异常。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，S30包括：

计算出每个事例的四路能量值，并利用欧拉公式计算得到标准晶体阵列的二维位置影像；所述二维位置影像中每一个亮点代表标准晶体阵列对应的一根晶条；

将待测SiPM阵列对应的二维位置影像和正常SiPM阵列对应的二维位置影像比较，确定待测SiPM阵列中每一SiPM芯片的能量路是否异常；

以及，分割二维位置影像中每一个晶条的全部事件，并将每一晶条的N路能量加和，得到单个晶条的能谱信息。

7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，在N为4时，S30包括：

第一步：将能量信号波形的固定长度进行积分，获得信号积分面积，积分面积中扣除波形信号的基线，获得A路、B路、C路和D路积分面积值；

第二步：采用积分扣除基线获得的A路积分值、B路积分值、C路积分值和D路积分值，通过欧拉方程得到二维位置影像的x，y值；

具体地，欧拉公式为：

X＝(A+D)/(A+B+C+D)；

Y＝(C+D)/(A+B+C+D)；

或者，X＝(A+B)/(A+B+C+D)；

Y＝(A+D)/(A+B+C+D)；

第三步：分割二维位置影像图；二维影像图一个聚集亮点对应一根晶条，根据亮点位置将二维影像分成一个一个区域，并为区域编号，一个编号对应一根晶条；一个编号区域内的所有事件是对应编号晶条受放射源激发的所有事件；

若标准晶体阵列包括15x15晶条，二维位置影像有225个区域及编号，

第四步：采用A路、B路、C路和D路积分面积值，统计每个区域内的事件总计数，就是对应编号晶条受激发光后被对应SiPM芯片测量到的事件总计数；

将每个晶条区域内事件四路积分加合A+B+C+D是每次发生事件SiPM芯片实际测量到的晶条沉积能量，对沉积能量进行累谱；

第五步：判断能量路的方式：单晶条区域内总计数小于设定值则表征能量路有问题，在二维位置影像图上表现为明显暗淡或缺亮点；与所有单晶平均计数比较差异；

第六步：判断时间触发路的方式：统计每个单晶的能谱的前沿出现位置，能谱前沿出现位置偏大的晶体对应的SiPM芯片时间触发路输出有问题。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，判断时间触发路的方式进一步包括：

每个位置晶条对应一个阈值，产生一个阈值矩阵；

首先产生一个标准前沿值矩阵，通过多次测量得到一个最大测试误差值，叠加在标准前沿值矩阵上；

P_阈值＝P_{标准前沿值}+X_{最大允许偏差值}*P_单位

P_阈值：表示一个M*M判断阈值矩阵

M*M表示：标准晶体阵列中晶条数；

P_{标准前沿值}：使用固定标准晶体阵列耦合W个不同正常SiPM阵列，得到一个M*M前沿位置的平均矩阵；

P_{最大允许偏差值}：使用固定的晶体阵列耦合W个不同正常SiPM阵列板，得到一个前沿位置的平均矩阵，并得到一组W*M*M数据，数据为每个晶条前沿位置与平均值差值x，统计这组差值的标准偏差σ和均值，X_{最大允许偏差值}＝均值+3σ；

P_单位是一个M*M单位矩阵；

高于阈值则晶条对应SiPM芯片时间触发路异常，低于阈值对应SiPM芯片时间触发路正常。