專利名稱：用于檢測事件的時(shí)間分辨記錄的檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測事件的時(shí)間分辨記錄(temporallyresolved recording)的檢測器。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種包括這樣一種檢測器的成像設(shè)備。本發(fā)明也涉及一種用于檢測事件的時(shí)間分辨記錄的方法。
當(dāng)時(shí)間信息對于檢測器數(shù)據(jù)的評(píng)估很重要時(shí)，或者當(dāng)要找到在時(shí)間方面屬于彼此的檢測事件時(shí)，用于檢測事件的時(shí)間分辨記錄的檢測器被使用。這是例如在正電子發(fā)射斷層攝影(PET)中的情況。這種PET設(shè)備被用于測量在正電子發(fā)射情況下出現(xiàn)的湮滅量子對。正電子發(fā)射體(例如包含原子序數(shù)18的氟同位素的氟混合物)例如被注入到一個(gè)患者體中，并以一種特定方式分布在患者的體內(nèi)，這依賴于包含正電子發(fā)射體的化學(xué)混合物的類型。在正電子發(fā)射的情況下，正電子通常將在1毫米(mm)的十分之幾后與一個(gè)電子湮滅，同時(shí)兩個(gè)各具有511千電子伏特(keV)能量的伽馬量子以基本上相反的方向被輻射。所述量子通過配置在患者周圍的一個(gè)檢測器被記錄，所述檢測器組成了PET設(shè)備的一部分。如果兩個(gè)檢測器事件位于具有幾納秒(ns)長度的一致時(shí)間窗內(nèi)，則這兩個(gè)檢測器事件被指定給單個(gè)湮滅過程。被注入的正電子發(fā)射體在患者體內(nèi)的分布能通過被測量的一致事件而被重建出來。
如果湮滅的點(diǎn)能夠被確定(近似地)，那么測量的質(zhì)量、相關(guān)的正電子發(fā)射體分布的重建以及能夠隨后從測得的分布得出的診斷的意義能夠被提高。為了這個(gè)目的，需要達(dá)到0.1ns或者甚至更短時(shí)間的時(shí)間分辨率。這樣一種方法的一個(gè)例子是“渡越時(shí)間(Time of Flight)”PET(TOF PET)。
美國專利申請US 2001/0017352公開了一種用于提高在正電子發(fā)射斷層攝影中的圖像質(zhì)量的一種設(shè)備。這種設(shè)備包括被分別連接到一個(gè)放大器的多個(gè)光電倍增器，該放大器后面跟隨著一個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。通過一個(gè)以2ns周期操作的中心數(shù)字時(shí)鐘，在所述ADC之后將一個(gè)所謂的時(shí)間標(biāo)記添加到一個(gè)檢測事件的數(shù)字信號(hào)中以用于進(jìn)一步評(píng)估的目的。
為了確保高時(shí)間分辨率(其允許將檢測事件空間指定到一個(gè)湮滅點(diǎn))，在千兆赫(GHz)范圍內(nèi)(大約1-10GHz)的高頻時(shí)間信息或觸發(fā)器信號(hào)必須通過整個(gè)檢測器被傳送到各個(gè)檢測器通道，或者從各個(gè)通道被傳送到一個(gè)中心時(shí)間獲取單元。為了確保這種頻率在檢測器配置中的高度準(zhǔn)確、精確且無損失的傳送，存在對高技術(shù)和資金費(fèi)用的需求。作為例子，需要有快速數(shù)字存儲(chǔ)器。此外，來自其它部件(例如放大器)的高頻率信號(hào)可能導(dǎo)致干擾。
因此本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種檢測器，其允許高時(shí)間分辨的檢測同時(shí)避免上述問題。
這個(gè)目標(biāo)通過一種用于檢測事件的時(shí)間分辨記錄的檢測器來實(shí)現(xiàn)，其包括一個(gè)在操作狀態(tài)下當(dāng)一個(gè)檢測事件發(fā)生時(shí)提供一個(gè)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器設(shè)備以及評(píng)估電子裝置，所述評(píng)估電子裝置具有至少一個(gè)觸發(fā)器，該觸發(fā)器被耦合到該轉(zhuǎn)換器設(shè)備并被設(shè)計(jì)成提供一個(gè)觸發(fā)器信號(hào)，該觸發(fā)器信號(hào)在時(shí)間上被指定給該電信號(hào)；至少一個(gè)時(shí)間信號(hào)源，該時(shí)間信號(hào)源提供第一模擬時(shí)間信號(hào)；以及至少一個(gè)第一采樣器，該采樣器被耦合到該觸發(fā)器并被設(shè)計(jì)成提供該第一模擬時(shí)間信號(hào)的第一瞬時(shí)值，所述第一瞬時(shí)值在時(shí)間上被指定給該觸發(fā)器信號(hào)。
這樣一種檢測器提供這樣的優(yōu)勢沒有非常高頻率的時(shí)間信號(hào)(例如非?？焖儆?jì)數(shù)的數(shù)字時(shí)鐘)必須被傳送。在根據(jù)本發(fā)明的檢測器中使用一個(gè)模擬時(shí)間信號(hào)，其頻率分布能被控制。代替一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)，在這種情況下傳送一個(gè)模擬信號(hào)，例如一個(gè)斜坡信號(hào)或一個(gè)正弦信號(hào)。然后能從所采樣的模擬瞬時(shí)值中計(jì)算得到一個(gè)時(shí)間值。高頻率僅僅局部地發(fā)生在多個(gè)樣本的快速觸發(fā)期間(采樣保持級(jí))。這種檢測器配置從而避免了能影響其它部分的非常高頻率分量的發(fā)生。
有利地，所述時(shí)間信號(hào)是周期性的，例如Z1＝A sin(ω1t)的正弦或余弦時(shí)間信號(hào)特別適合，因?yàn)樗鼈儾话魏尉哂懈哂趂1＝ω1/2π的頻率的信號(hào)分量。其它模擬信號(hào)類型也是可行的，例如鋸齒信號(hào)或三角信號(hào)，因?yàn)殡m然這些信號(hào)確實(shí)包含高頻率部分，但后者能通過一個(gè)長周期而被抑制。
在本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例中有一個(gè)時(shí)鐘，其以第一模擬信號(hào)的唯一性間隔(uniqueness interval)為單位來測量時(shí)間。這個(gè)唯一性間隔是在其中所采樣的瞬時(shí)值是唯一的時(shí)間間隔，換句話說，在其中這個(gè)瞬時(shí)值僅出現(xiàn)一次。所能夠獲得的時(shí)間分辨率由采樣的準(zhǔn)確性確定。通過以一個(gè)低頻率計(jì)數(shù)的該時(shí)鐘，其中可以對檢測事件進(jìn)行時(shí)間上的指定的時(shí)間跨度能通過可能的時(shí)鐘值的數(shù)量而被增加。
根據(jù)本發(fā)明的檢測器的另一個(gè)實(shí)施例具有多個(gè)檢測器通道，并且每個(gè)檢測器通道具有一個(gè)相關(guān)的觸發(fā)器和一個(gè)相關(guān)的采樣器。通過使用多個(gè)檢測器通道，多個(gè)檢測事件能被同時(shí)記錄在不同的位置。借助于精確的時(shí)間指定，對應(yīng)時(shí)間值的比較成為可能。這例如在TOF PET中是有優(yōu)勢的，因?yàn)閮蓚€(gè)檢測事件必須被指定到一個(gè)時(shí)間窗，并且在任何情況下各個(gè)事件必須以高精度被記錄(例如以0.1ns的精度)。
當(dāng)存在第二時(shí)間信號(hào)源時(shí)給出本發(fā)明的另一個(gè)有利實(shí)施例，從該時(shí)間信號(hào)能夠采樣得到第二瞬時(shí)值。如果存在不同的時(shí)間信號(hào)曲線，則一個(gè)瞬時(shí)值元組(tuple)被提供(瞬時(shí)值元組在這種情況下是指兩個(gè)所測量的瞬時(shí)值的組合)，其能用于進(jìn)一步計(jì)算一個(gè)時(shí)間值。在兩個(gè)相同頻率的相移正弦信號(hào)的情況下，其結(jié)果是所述瞬時(shí)值元組的一個(gè)唯一性間隔，其對應(yīng)于所述正弦時(shí)間信號(hào)的周期。如果所述相移導(dǎo)致正交信號(hào)(也就是說如果一個(gè)信號(hào)處于過零點(diǎn)而另外一個(gè)信號(hào)處于最大值或最小值)，則時(shí)間確定仍然是可能的，因?yàn)橐粋€(gè)信號(hào)仍然處于具有與零顯著不同的斜率的狀態(tài)，而另外一個(gè)信號(hào)則處于具有與零稍微不同的斜率的狀態(tài)或者處于具有零斜率的狀態(tài)。因此這是有優(yōu)勢的，這是由于時(shí)間確定的準(zhǔn)確性不被其中一個(gè)時(shí)間信號(hào)的低斜率區(qū)域內(nèi)的信號(hào)采樣的準(zhǔn)確性所限制。
在具有兩個(gè)時(shí)間信號(hào)的實(shí)施例中，第二時(shí)間信號(hào)源也可以被耦合到第一時(shí)間信號(hào)源。于是這允許一個(gè)這樣的設(shè)計(jì)其具有一個(gè)例如提供給不同檢測器通道的中間時(shí)間信號(hào)源并且具有另一個(gè)局部配置的時(shí)間源，該局部配置的時(shí)間源產(chǎn)生作為所述第一時(shí)間信號(hào)的函數(shù)的第二時(shí)間信號(hào)。
當(dāng)提供一個(gè)從時(shí)間信號(hào)的采樣瞬時(shí)值中計(jì)算一個(gè)時(shí)間值的時(shí)間計(jì)算單元時(shí)，給出另一個(gè)有利實(shí)施例。隨后可以將各個(gè)檢測事件的時(shí)間值直接相互比較，并且/或者可以將其用于另外的計(jì)算步驟。當(dāng)要在一個(gè)與時(shí)間分辨率相比非常大的時(shí)間間隔上對各時(shí)間值進(jìn)行比較時(shí)，這尤其具有優(yōu)勢，因?yàn)槔缒軐⒛M時(shí)間信號(hào)的瞬時(shí)值與一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘的時(shí)鐘值相組合以便計(jì)算一個(gè)時(shí)間值。
在一個(gè)僅具有一個(gè)中心時(shí)間計(jì)算單元或具有幾個(gè)時(shí)間計(jì)算單元的實(shí)施例中，在采樣器和時(shí)間計(jì)算單元之間安排一個(gè)多路復(fù)用器是很有利的。該多路復(fù)用器例如可以以一種有序的方式將來自于其它檢測器通道的采樣器的瞬時(shí)值前送到時(shí)間計(jì)算單元。然而，該多路復(fù)用器也可以以串行方式將來自于單個(gè)檢測器通道的不同采樣器的瞬時(shí)值前送到時(shí)間計(jì)算單元。相應(yīng)的計(jì)算單元?jiǎng)t不需要被并行安排在所述時(shí)間計(jì)算單元中。
本發(fā)明也涉及一種成像設(shè)備，其中利用了上述類型的檢測器。該設(shè)備可以是一個(gè)PET或者TOF PET掃描儀或者另一種核醫(yī)療設(shè)備。此外，通過X射線輻射操作的醫(yī)療成像設(shè)備也可以有利地裝配這樣一個(gè)檢測器。這種設(shè)備也可以被用于檢查動(dòng)物、植物或無生命事物。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于檢測事件的時(shí)間分辨記錄的方法。
下面將參考附圖中所示的實(shí)施例實(shí)例來進(jìn)一步描述本發(fā)明，然而本發(fā)明并不限于附圖。


圖1展示了在核醫(yī)療中使用的醫(yī)療成像設(shè)備的實(shí)施例。
圖2展示了用于檢測伽馬量子的檢測器的實(shí)施例。
圖3展示了具有多路復(fù)用器和時(shí)間計(jì)算單元的評(píng)估電子裝置，其使用一個(gè)時(shí)間信號(hào)。
圖4展示了具有多路復(fù)用器和時(shí)間計(jì)算單元的評(píng)估電子裝置，其使用兩個(gè)時(shí)間信號(hào)。
圖5展示了相同頻率的兩個(gè)彼此正交的時(shí)間信號(hào)的時(shí)間曲線，其中示出了一個(gè)實(shí)例以說明一個(gè)二值元組的唯一性。
圖6展示了具有多路復(fù)用器和時(shí)間計(jì)算單元的評(píng)估電子裝置，其使用兩個(gè)時(shí)間信號(hào)，其中一個(gè)信號(hào)通過到另外一個(gè)時(shí)間信號(hào)的耦合而被產(chǎn)生。
圖7展示了具有相關(guān)聯(lián)的多路復(fù)用器和時(shí)間計(jì)算單元的評(píng)估電子裝置，其使用四個(gè)時(shí)間信號(hào)。
圖8展示了兩對彼此正交的不同頻率的時(shí)間信號(hào)的時(shí)間曲線，其中示出了一個(gè)實(shí)例以說明一個(gè)四值元組的唯一性。
圖1展示了被用于醫(yī)療目的的成像設(shè)備的一種可能的實(shí)施例，其在這種實(shí)施例中具有被安裝在一個(gè)框架結(jié)構(gòu)31上的兩個(gè)檢測器30、30’。通過一個(gè)患者臺(tái)床32，任何將被檢查的患者身體能被放置在兩個(gè)檢測器之間。為了此目的，要么患者臺(tái)床32是可移位的，要么框架結(jié)構(gòu)31被設(shè)計(jì)成能夠被移動(dòng)。其它實(shí)施例僅具有一個(gè)檢測器30，其以一個(gè)環(huán)的形式閉合，或者有三個(gè)檢測器被配置在將被檢查的身體周圍。替代一個(gè)連續(xù)的框架結(jié)構(gòu)31，檢測器也可以通過臂而被單獨(dú)裝配，例如在屋頂或在地板上。在所示的實(shí)施例中，框架結(jié)構(gòu)31被設(shè)計(jì)為可旋轉(zhuǎn)的，以便能夠記錄斷層攝影數(shù)據(jù)(例如用于重構(gòu)正電子發(fā)射體分布的PET數(shù)據(jù))。
圖2展示了在核醫(yī)療中被使用來檢測伽馬量子的檢測器30的實(shí)施例。在檢測器30之前(或者集成在其中)通常有一個(gè)準(zhǔn)直器(collimator)33，其例如通過鉛壁的方式攔截來自非期望方向的量子。在其它實(shí)施例中這樣一個(gè)準(zhǔn)直器是不需要的，例如在一個(gè)PET檢測器中不需要該準(zhǔn)直器，其中可以通過對沿相反方向輻射的兩個(gè)量子的一致檢測來確定發(fā)射方向。所述檢測器通常具有一個(gè)閃爍器(scintillator)34。一個(gè)閃爍器將輸入量子轉(zhuǎn)換為光。此閃爍器例如可以是晶體的(由壓制或者噴涂的粉末組成)或者是陶瓷的。在所示的實(shí)施例中有一個(gè)充當(dāng)擴(kuò)散器的光耦合35，其在閃爍器34和配置在其后的光電倍增器36之間。光電倍增器將輸入光轉(zhuǎn)換為一個(gè)電信號(hào)。被連接到光電倍增器36下游的是處理電子裝置37，其確定諸如在檢測器上的檢測點(diǎn)、所檢測的能量以及檢測時(shí)間之類的參數(shù)。這些檢測器可以具有一維或者兩維的光電倍增器配置。在另外一個(gè)實(shí)施例中，光電二極管被配置在閃爍器34下方，所述光電二極管同樣將輸入光轉(zhuǎn)換為一個(gè)電信號(hào)。檢測器的另外一個(gè)實(shí)施例由一種配置在兩個(gè)電極之間的直接轉(zhuǎn)換材料組成，其中所述直接轉(zhuǎn)換材料將輸入量子轉(zhuǎn)換為電載荷，而加在所述電極之間的電場則產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。這些實(shí)施例的一個(gè)共同特征是一個(gè)一級(jí)或者多級(jí)轉(zhuǎn)換器設(shè)備，其將檢測事件(即量子到達(dá)與該轉(zhuǎn)換器設(shè)備交互的檢測器)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。替代在所述實(shí)施例中已經(jīng)展示的內(nèi)容，所述檢測器也可以被彎曲，以便使檢測器本身是一個(gè)環(huán)或者可以包括多個(gè)檢測器以構(gòu)成一個(gè)環(huán)。例如可以設(shè)想一個(gè)形成球形配置的二維彎曲。
圖3展示了根據(jù)本發(fā)明在一個(gè)具有一個(gè)模擬時(shí)間信號(hào)的實(shí)施例中的評(píng)估電子裝置1。模擬時(shí)間信號(hào)Z1(也可參考圖5和圖8)通過一個(gè)時(shí)間信號(hào)源10產(chǎn)生。在具有多個(gè)檢測通道的情況下，時(shí)間信號(hào)源10有利地被用作中心時(shí)間信號(hào)源，其提供多個(gè)檢測器通道。經(jīng)過輸入端2，評(píng)估電子裝置從轉(zhuǎn)換器設(shè)備接收當(dāng)一個(gè)檢測事件發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的電信號(hào)。這樣一個(gè)電信號(hào)通常具有伸展的曲線，其反映多個(gè)參數(shù)，例如閃爍器的速度、施加在一個(gè)直接轉(zhuǎn)換器的電極之間的電壓、轉(zhuǎn)換材料的厚度等等。電信號(hào)通常首先上升到一個(gè)最大值，以便然后以一個(gè)較其上升速率為低的速率減小。一個(gè)積分放大器3具有一個(gè)輸出端4，該輸出端提供一個(gè)與積分的電信號(hào)成比例并且與檢測事件的總能量能量成比例的信號(hào)。當(dāng)例如將要通過確定其較低總能量而區(qū)分散射量子與511keV的非散射量子時(shí)，這樣一個(gè)信號(hào)是非常重要的。積分放大器3具有另一個(gè)輸出端，經(jīng)由該輸出端前送一個(gè)觸發(fā)器信號(hào)5。例如當(dāng)電信號(hào)到達(dá)一個(gè)預(yù)定義強(qiáng)度或者當(dāng)積分的信號(hào)超過一個(gè)預(yù)定義閾值時(shí)產(chǎn)生這個(gè)觸發(fā)器信號(hào)5。在此情況下，可以利用不同的實(shí)現(xiàn)方式(例如一個(gè)CFD(常分?jǐn)?shù)鑒別器))，以便例如校正該觸發(fā)器信號(hào)的幅度依賴性。觸發(fā)器信號(hào)5觸發(fā)一個(gè)采樣與保持電路6，該電路測量所述模擬時(shí)間信號(hào)的瞬時(shí)值E1(也參見圖5和圖8)并使得該瞬時(shí)值在其輸出端可獲得。一個(gè)適合于大約0.1ns的時(shí)間分辨率的快速采樣與保持電路對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟知的。一個(gè)多路復(fù)用器12可以被連接到采樣與保持電路6的下游。當(dāng)來自不同采樣與保持電路6的瞬時(shí)時(shí)間值E1將被饋送到一個(gè)目的地(例如一個(gè)時(shí)間計(jì)算單元23)時(shí)這是有利的。由于來自采樣與保持電路6的瞬時(shí)值E1沒有在預(yù)定義時(shí)間到達(dá)，所述多路復(fù)用器例如可以具有一個(gè)被規(guī)則讀取的存儲(chǔ)器。為了使得將模擬時(shí)間信號(hào)Z1的瞬時(shí)值E1與其它檢測事件的其它瞬時(shí)值直接作比較成為可能，瞬時(shí)值E1在時(shí)間計(jì)算單元23中被轉(zhuǎn)換為一個(gè)時(shí)間值。在所示的實(shí)施例中，在時(shí)間計(jì)算單元23中的瞬時(shí)值E1被饋送到一個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)18。ADC 18數(shù)字化模擬傳輸?shù)乃矔r(shí)值E1。ADC 18的比特深度(例如8比特或12比特)和速度適應(yīng)于期望的時(shí)間分辨率準(zhǔn)確度和預(yù)計(jì)的檢測速率(每單位時(shí)間的檢測事件)。在這方面需要提及的是，在這里所示的僅具有一個(gè)模擬信號(hào)的實(shí)施例中，準(zhǔn)確度被時(shí)間信號(hào)Z1的斜率所限制。例如如果模擬信號(hào)是正弦的，則其在極限值處具有非常小的斜率。因此在這種情況下，如果時(shí)間分辨率相比于正弦模擬時(shí)間信號(hào)的周期持續(xù)時(shí)間比較小，則對于ADC 18有較高要求。在ADC 18之后，數(shù)字化的瞬時(shí)值隨后通過一個(gè)查找表20被轉(zhuǎn)換為一個(gè)時(shí)間值。在這種情況下，假設(shè)所述模擬時(shí)間信號(hào)的曲線為已知的。已知的模擬時(shí)間信號(hào)曲線作為相對的時(shí)間值和幅度值的數(shù)值對而被存儲(chǔ)在查找表中。在此實(shí)施例中，將其表中幅度值與數(shù)字化瞬時(shí)值最接近的相對時(shí)間值指定給該數(shù)字化瞬時(shí)值，否則一個(gè)插值將被執(zhí)行以從表中相對時(shí)間值和幅度值中確定所述相對時(shí)間值。隨后可以將在一個(gè)唯一性時(shí)間間隔內(nèi)的相對時(shí)間直接相互比較，或者可以將其用于計(jì)算其它數(shù)據(jù)。作為對一個(gè)查找表的可替換方案，所述瞬時(shí)值的反正弦或反余弦也可以在一個(gè)相應(yīng)的處理單元中被直接計(jì)算。
為了確定絕對時(shí)間值以使得在大時(shí)間間隔上將由時(shí)間計(jì)算單元23確定的時(shí)間值作比較成為可能，在所示的實(shí)施例中，一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘C被連接到時(shí)間計(jì)算單元23。這個(gè)可以被耦合到時(shí)間信號(hào)源的數(shù)字時(shí)鐘C例如對各個(gè)唯一性間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。所述模擬時(shí)間信號(hào)因此可以是一個(gè)在其已經(jīng)達(dá)到最大值之后總是被帶回到起始值的斜坡信號(hào)。于是該數(shù)字時(shí)鐘對已經(jīng)通過的斜坡進(jìn)行計(jì)數(shù)。數(shù)字時(shí)鐘C從而是一個(gè)以低頻率計(jì)數(shù)的時(shí)鐘。如果一個(gè)斜坡的持續(xù)時(shí)間已知(持續(xù)時(shí)間I)，則時(shí)間計(jì)算單元23能從斜坡的數(shù)字化瞬時(shí)值(時(shí)間值M)和對應(yīng)于已經(jīng)通過的斜坡數(shù)量的數(shù)字值(數(shù)量值A(chǔ))確定一個(gè)絕對時(shí)間值T＝M+A*I。替代周期性斜坡信號(hào)，三角信號(hào)也可以有利地被使用。在三角信號(hào)中，高頻率部分以比周期性斜坡信號(hào)(鋸齒)更高的程度而被抑制，正如可以從信號(hào)的傅利葉展開所看到的那樣。在三角信號(hào)或正弦信號(hào)的情況下，所述時(shí)鐘以半周期為單位對時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)(在任何情況下是從一個(gè)極限值到另一個(gè)極限值)。
圖4展示了具有兩個(gè)時(shí)間信號(hào)源10、11的評(píng)估電子裝置1的實(shí)施例。所述時(shí)間信號(hào)源分別提供模擬時(shí)間信號(hào)Z1和模擬時(shí)間信號(hào)Z2。借助于觸發(fā)器信號(hào)5，兩個(gè)采樣與保持電路6和7隨后被觸發(fā)，它們分別確定模擬時(shí)間信號(hào)Z1的瞬時(shí)值E1和模擬時(shí)間信號(hào)Z2的瞬時(shí)值E1’。所述瞬時(shí)值然后被饋送到時(shí)間計(jì)算單元23。雖然時(shí)鐘C在這里未被示出，但可以理解的是該時(shí)鐘C也可以被使用在這個(gè)實(shí)施例或任意其它實(shí)施例中以獲得一個(gè)大的時(shí)間確定的唯一性范圍。
圖5展示了正弦時(shí)間信號(hào)Z1和Z2的時(shí)間信號(hào)曲線。E1表示通過在時(shí)間值t＝0.125處采樣模擬時(shí)間信號(hào)Z1而確定的瞬時(shí)值，并且所述瞬時(shí)值在時(shí)間信號(hào)曲線中以實(shí)菱形被展示。E2表示將在采樣時(shí)間t＝0.875處給出相同值E2＝E1的瞬時(shí)值。非常清楚的是，在根據(jù)圖3的僅具有一個(gè)正弦模擬時(shí)間信號(hào)Z1的實(shí)施例中，所述瞬時(shí)值的唯一性間隔P1/2為半個(gè)周期。時(shí)間分辨率作為ADC 18的比特深度和該正弦模擬時(shí)間信號(hào)的所選定頻率的函數(shù)而被獲得。正如已經(jīng)提及的那樣，在此實(shí)施例中的時(shí)間分辨率被正弦信號(hào)在其極限值處的斜率所限制。然而，在8比特ADC的情況下，仍然可以利用十倍于期望時(shí)間分辨率的模擬時(shí)間信號(hào)的周期持續(xù)時(shí)間，以使得這個(gè)實(shí)施例以有效劃算的方式達(dá)到所設(shè)定的目標(biāo)。由于在瞬時(shí)值和時(shí)間值之間的指定在兩個(gè)連續(xù)半周期中被鏡像，于是在具有一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘C的實(shí)施例中可以利用兩個(gè)查找表，其中依賴于時(shí)鐘的計(jì)數(shù)狀態(tài)是偶數(shù)還是奇數(shù)而在這兩個(gè)查找表之間進(jìn)行切換，或者可以在時(shí)間值計(jì)算本身中考慮所述鏡像。在這個(gè)實(shí)施例中，在時(shí)間計(jì)算單元23中也可以考慮這樣的事實(shí)在接近于最大值的瞬時(shí)值E1的情況下，在采樣中的不確定性(所謂的噪聲)可能導(dǎo)致在時(shí)間計(jì)算中的不定性，因此對位于具有更大斜率的區(qū)域內(nèi)的瞬時(shí)值E1’給予更多重視。
圖5也展示了與第一模擬時(shí)間信號(hào)Z1正交(即已經(jīng)被相移90度)且具有與Z1相同頻率的第二模擬時(shí)間信號(hào)Z2的時(shí)間信號(hào)曲線。在采樣時(shí)間t＝0.125，瞬時(shí)值E1’在模擬時(shí)間信號(hào)Z2中被測量。該過程也在采樣時(shí)間t＝0.375處被重復(fù)。因此可以看到，當(dāng)使用兩個(gè)相同頻率的正弦相移時(shí)間信號(hào)時(shí)，所述唯一性間隔通常是一個(gè)周期P1。如果兩個(gè)模擬時(shí)間信號(hào)彼此正交(如圖5中所示)，則在一個(gè)模擬時(shí)間信號(hào)的最大值或最小值處另外還找到另一個(gè)模擬時(shí)間信號(hào)的過零點(diǎn)。因此這兩個(gè)時(shí)間信號(hào)在同一時(shí)間從不會(huì)都處于同一個(gè)小斜率狀態(tài)中。在這個(gè)實(shí)施例中，可以令所述時(shí)間確定更加精確。當(dāng)使用8比特ADC時(shí)，可以使用100倍于期望時(shí)間分辨率的模擬時(shí)間信號(hào)的周期持續(xù)時(shí)間。因此與具有單個(gè)模擬時(shí)間信號(hào)的實(shí)施例相比，將被傳送的頻率再次被降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
圖6展示了評(píng)估電子裝置1的一個(gè)實(shí)施例，其對應(yīng)于圖4的實(shí)施例但是在其中第二時(shí)間信號(hào)源21被耦合到第一時(shí)間信號(hào)源10。在所示的實(shí)施例中，所述耦合經(jīng)由一個(gè)鎖相環(huán)路22發(fā)生，并且時(shí)間信號(hào)源10、21都是產(chǎn)生正弦時(shí)間信號(hào)Z1和Z2的振蕩器。替代正弦時(shí)間信號(hào)，也可以利用例如三角信號(hào)和鋸齒信號(hào)。在本例中的鎖相環(huán)路22確保振蕩器21產(chǎn)生一個(gè)對應(yīng)于第一時(shí)間信號(hào)源10的模擬時(shí)間信號(hào)Z1的模擬時(shí)間信號(hào)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，鎖相環(huán)路22被設(shè)置成使得第一時(shí)間信號(hào)源10和振蕩器21的模擬時(shí)間信號(hào)Z1和Z2是正交的。這樣一個(gè)實(shí)施例具有這樣的優(yōu)點(diǎn)時(shí)間信號(hào)源10能被用作中心時(shí)間信號(hào)源，其將模擬時(shí)間信號(hào)Z1提供給所有或部分檢測器通道。相對地，振蕩器21可以是檢測器通道局部的。于是不需要通過長距離將第二時(shí)間信號(hào)從中心第二時(shí)間信號(hào)源11饋送到各檢測器通道。
圖7展示了根據(jù)本發(fā)明的評(píng)估電子裝置1的另一個(gè)實(shí)施例。有四個(gè)時(shí)間信號(hào)源10、11、10’和11’，其饋送四個(gè)模擬時(shí)間信號(hào)Z1、Z2、Z3和Z4到采樣與保持電路6、7、6’和7’。當(dāng)觸發(fā)器3由于一個(gè)檢測事件而產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)器信號(hào)5時(shí)，所述四個(gè)模擬時(shí)間信號(hào)Z1、Z2、Z3和Z4的瞬時(shí)值被采樣并被前送到一個(gè)時(shí)間計(jì)算單元23，這里在適當(dāng)情況下使用多路復(fù)用器12、13、12’和13’。這里所示的時(shí)間計(jì)算單元23的實(shí)施例具有兩個(gè)時(shí)間計(jì)算電路25和25’，其各對應(yīng)于圖4的時(shí)間計(jì)算單元。每個(gè)時(shí)間計(jì)算電路25、25’具有兩個(gè)ADC 18、18’和一個(gè)查找表20、20’。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，模擬時(shí)間信號(hào)Z1和Z2是正弦且正交的，并且具有頻率f1；模擬時(shí)間信號(hào)Z3和Z4同樣是正弦且正交的，但具有頻率f2。如果這兩個(gè)頻率具有一個(gè)f1/f2＝m/n的比例，這里m和n為整數(shù)，則在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上采樣的時(shí)間信號(hào)的瞬時(shí)值的唯一性間隔擴(kuò)展到頻率f1的m個(gè)周期以及頻率f2的n個(gè)周期。這通過圖8被展示。已經(jīng)在時(shí)間計(jì)算電路25、25’中針對每個(gè)時(shí)間信號(hào)對Z1、Z2和Z3、Z4的瞬時(shí)值而計(jì)算的中間值被饋送到另一個(gè)查找表24，該查找表從兩個(gè)中間值確定單個(gè)時(shí)間值，所述單個(gè)時(shí)間值表示在所擴(kuò)展的唯一性間隔內(nèi)的時(shí)間。在這種情況下可以被理解的是，在該實(shí)施例中，時(shí)間信號(hào)源11和11’例如可以作為本地振蕩器被實(shí)現(xiàn)，正如在圖6中已經(jīng)針對一對時(shí)間信號(hào)所展示的那樣。使用例如產(chǎn)生一對正弦時(shí)間信號(hào)和一個(gè)斜坡時(shí)間信號(hào)的三個(gè)時(shí)間信號(hào)源10、11、10’也是可能的。
圖8展示了關(guān)于四個(gè)模擬時(shí)間信號(hào)Z1、Z2、Z3、Z4的例子，時(shí)間信號(hào)Z1和Z2相對于時(shí)間信號(hào)Z3和Z4的頻率比為4比5。在時(shí)間t被采樣的四個(gè)時(shí)間信號(hào)的瞬時(shí)值(由虛線表示)在時(shí)間信號(hào)曲線上以菱形被展示。對應(yīng)于在除了t的其它時(shí)間的各個(gè)時(shí)間信號(hào)的相應(yīng)瞬時(shí)值以實(shí)菱形被畫出。對于各個(gè)時(shí)間信號(hào)對，在每種情況下，瞬時(shí)值的一致二值元組通過實(shí)圓形在兩個(gè)時(shí)間信號(hào)曲線下方被示出。如在圖5中已經(jīng)展示的那樣，正弦、正交時(shí)間信號(hào)的二值元組在每種情況下對于時(shí)間信號(hào)的一個(gè)周期是唯一的。對于所有四個(gè)時(shí)間信號(hào)的瞬時(shí)值的四值元組，僅在所示的時(shí)間間隔中存在一致性，這通過一個(gè)垂直條紋圓形表示。所述唯一性間隔隨著時(shí)間信號(hào)的這種選擇以時(shí)間信號(hào)Z1和Z2的周期長度的五倍或者以時(shí)間信號(hào)Z3和Z4的周期長度的四倍增加。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測事件的時(shí)間分辨記錄的檢測器，包括-一個(gè)在操作狀態(tài)下當(dāng)一個(gè)檢測事件發(fā)生時(shí)提供一個(gè)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器設(shè)備(34，35，36)以及-評(píng)估電子裝置(1)，所述評(píng)估電子裝置具有-至少一個(gè)觸發(fā)器(3)，該觸發(fā)器被耦合到該轉(zhuǎn)換器設(shè)備(34，35，36)并被設(shè)計(jì)成提供一個(gè)觸發(fā)器信號(hào)(5)，該觸發(fā)器信號(hào)在時(shí)間上被指定給該電信號(hào)；-至少一個(gè)時(shí)間信號(hào)源(10)，該時(shí)間信號(hào)源提供第一模擬時(shí)間信號(hào)(Z1)；以及-至少一個(gè)第一采樣器(6)，該采樣器被耦合到該觸發(fā)器(3)并被設(shè)計(jì)成提供該第一模擬時(shí)間信號(hào)(Z1)的第一瞬時(shí)值(E1)，所述第一瞬時(shí)值在時(shí)間上被指定給該觸發(fā)器信號(hào)(5)。
2.如權(quán)利要求1中所要求的檢測器，其特征在于，所述第一模擬時(shí)間信號(hào)(Z1)具有一個(gè)周期。
3.如權(quán)利要求1或2中所要求的檢測器，其特征在于，所述檢測器具有至少一個(gè)時(shí)鐘(C)，該時(shí)鐘被提供來以所述第一模擬時(shí)間信號(hào)的唯一性間隔(P1/2，P1)為單位來測量時(shí)間。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一個(gè)所要求的檢測器，其特征在于，所述檢測器被劃分為至少兩個(gè)檢測器通道，并且在每一種情況下每個(gè)檢測器通道被指定給至少其中一個(gè)觸發(fā)器(3)和至少其中一個(gè)采樣器(6)。
5.如權(quán)利要求1中所要求的檢測器，其特征在于，所述評(píng)估電子裝置(1)具有提供第二模擬時(shí)間信號(hào)(Z2)的第二時(shí)間信號(hào)源(11，21)，并且存在被設(shè)計(jì)成提供該第二模擬時(shí)間信號(hào)(Z2)的第二瞬時(shí)值(E1’)的第二采樣器(7)，所述第二瞬時(shí)值在時(shí)間上被指定給所述觸發(fā)器信號(hào)(5)。
6.如權(quán)利要求5中所要求的檢測器，其特征在于，所述第二模擬信號(hào)源(Z2)被耦合到所述第一模擬信號(hào)源(Z1)。
7.如權(quán)利要求1至6中的任一個(gè)所要求的檢測器，其特征在于，所述評(píng)估電子裝置(1)具有一個(gè)被耦合到所述第一采樣器(6)的時(shí)間計(jì)算單元(23)，該時(shí)間計(jì)算單元(23)被設(shè)計(jì)成計(jì)算一個(gè)被指定給所述第一瞬時(shí)值(E1)的時(shí)間值。
8.如權(quán)利要求7中所要求的檢測器，其特征在于，至少一個(gè)多路復(fù)用器(12)被配置在所述采樣器(6)和所述時(shí)間計(jì)算單元(23)之間。
9.一種包括一個(gè)如權(quán)利要求1至8中的任一個(gè)所要求的檢測器的成像設(shè)備。
10.一種用于檢測事件的時(shí)間分辨記錄的方法，包括以下步驟-將一個(gè)檢測事件轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)；-產(chǎn)生一個(gè)在時(shí)間上被指定給該電信號(hào)的觸發(fā)器信號(hào)(5)；-與該觸發(fā)器信號(hào)(5)在時(shí)間上相關(guān)聯(lián)地對至少一個(gè)第一模擬時(shí)間信號(hào)(Z1)進(jìn)行采樣；-提供該第一模擬時(shí)間信號(hào)(Z1)的第一瞬時(shí)值(E1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測事件的時(shí)間分辨記錄的檢測器，包括一個(gè)在操作狀態(tài)下當(dāng)一個(gè)檢測事件發(fā)生時(shí)提供一個(gè)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器設(shè)備(34，35，36)以及評(píng)估電子裝置(1)，所述評(píng)估電子裝置具有至少一個(gè)觸發(fā)器(3)，該觸發(fā)器被耦合到該轉(zhuǎn)換器設(shè)備(34，35，36)并被設(shè)計(jì)成提供一個(gè)觸發(fā)器信號(hào)(5)，該觸發(fā)器信號(hào)在時(shí)間上被指定給該電信號(hào)；至少一個(gè)時(shí)間信號(hào)源(10)，該時(shí)間信號(hào)源提供第一模擬時(shí)間信號(hào)(Z1)；以及至少一個(gè)第一采樣器(6)，該采樣器被耦合到該觸發(fā)器(3)并被設(shè)計(jì)成提供該第一模擬時(shí)間信號(hào)(Z1)的第一瞬時(shí)值(E1)，所述第一瞬時(shí)值在時(shí)間上被指定給該觸發(fā)器信號(hào)(5)。
文檔編號(hào)G01T1/17GK1806184SQ200480016694
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月16日
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