【摘 要】
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江门中微子实验(Jiangmen Underground Neutrino Observatory,JUNO)是继大亚湾中微子实验后对中微子进行进一步探测的大型实验,通过探测中微子的能量谱,从而对中微子的质量顺序以及中微子的振荡参数进行精准测量,这对研究粒子的构成和宇宙的起源都有着深远的影响。JUNO核心部分是中心探测器(简称JUNO-CD),中微子通过与JUNO-CD中的液体闪烁体(置于内径为3
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江门中微子实验(Jiangmen Underground Neutrino Observatory,JUNO)是继大亚湾中微子实验后对中微子进行进一步探测的大型实验,通过探测中微子的能量谱,从而对中微子的质量顺序以及中微子的振荡参数进行精准测量,这对研究粒子的构成和宇宙的起源都有着深远的影响。JUNO核心部分是中心探测器(简称JUNO-CD),中微子通过与JUNO-CD中的液体闪烁体(置于内径为35.4m的亚克力球内)发生反应从而发出光子,光子被布置在探测器不锈钢网架上的25000只20英寸光电倍增管(PMT)接收转换为电信号,经电子学部分采集与处理,通过物理分析以获取中微子能量谱再对其进行研究。实验前需要对PMT进行标定,其方法是令标定源在探测器内指定坐标进行遍历,故需要对标定源进行定位,本文只讨论CCD视觉定位系统。本文的主要工作和研究内容包括:1)提出了“主动光源+CCD相机”的探测方案。令主动光源与标定源一起在探测器的亚克力球内运动,布置在不锈钢网架上的CCD相机对其进行观测以达到定位目的。确定了CCD探测目标,要求在亚克力球内对标定源的定位误差小于3cm。2)设计了主动光源电路。电路由无线光源单元和供电及控制单元电路组成,PLC主机通过RS485与供电及控制单元通信,供电及控制单元通过Ir DA转发主机命令,通过线圈发射能量,为无线光源中容量为3.7V/100m Ah聚合物锂电池进行充电。经验证无线光源在充满电后工作时间超过24小时,满足CCD视觉定位要求。3)分析了多介质环境下光源到CCD相机的光路。光源发出的光先通过球内液闪、亚克力球、球外纯水再进入CCD相机,折射现象改变了光路。通过理论分析、模拟仿真和实验,验证了CCD在液闪中和在空气中观测视角的关系,考虑观测视野、减小失真等因素选取了CCD相机与镜头,根据理论分析和实验,验证所选的相机和镜头符合要求。4)研究了多介质环境下图像畸变现象。针对非线性现象产生的原因,采用分段线性插值法和多项式插值法来解决该问题,通过理论分析,两种方法均能解决该问题,其中分段多项式插值法效果更好。通过模拟场景实验,对定位算法实验进行了初步研究,预期定位精度优于3cm,符合系统设计要求。
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