CN102135631B

CN102135631B - 小型高灵敏度紫外探测器

Info

Publication number: CN102135631B
Application number: CN 201010590131
Authority: CN
Inventors: 吴华夏; 胡海城; 唐勇; 邱祚良; 毕竞; 刘娟
Original assignee: Anhui East China Institute of Optoelectronic Technology
Current assignee: Anhui East China Institute of Optoelectronic Technology
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: CN102135631A

Abstract

一种小型高灵敏度紫外探测器，包括有上部拉制成圆锥状的钼组透紫玻壳，下部压扁并在两边分别安装一根阳极支杆引出线和一根阴极支杆引出线，阳极及阴极支杆引出线的一端均伸入钼组透紫玻壳中，另一端从钼组透紫玻壳下部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳中的阳极支杆引出线制成阳极，位于钼组透紫玻壳中的阴极支杆引出线上设置有一个阴极，且阴极与阳极相互平行，所述钼组透紫玻壳中还充有氖气、氦气和氢气的混合气体。本发明还公开了该小型高灵敏度紫外探测器的制作方法。本发明的优点在于：该小型高灵敏度紫外探测器灵敏度高、体积小、寿命长、响应速度快、对可见光和红外线不响应并且质量轻。

Description

小型高灵敏度紫外探测器

【技术领域】

本发明涉及光电管领域，尤其是作为炉火探测能探测5m的紫外探测器，具体为一种小型高灵敏度紫外探测器及其制作方法。

【背景技术】

现代光电子技术，不再局限于可见光波段，而是向可见光波段的两端伸展，即涉及到红外光波段和紫外光波段。80年代以来，红外光波段的军事应用研究搞得热火朝天，成绩卓著，各种红外军用装备相继服役，并投入战争，红外对抗和反对抗的研究也日趋成熟。与之对应的紫外光波段的军事应用也正在受到各国军方的重视，并积极研制紫外光波段的军用设备。近年来，紫外高速采集告警技术迅猛发展，研制出许多高性能的实用装备。紫外探测器是该探测系统中不可缺少的关键器件。但是，我们对紫外探测器的研制和生产无法跟进紫外高速采集告警技术的迅猛发展。为了尽快将紫外高速采集告警技术应用到飞机、舰艇、装甲车等军用设备上去，我们研制了一种小型高灵敏度紫外探测器。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种小型高灵敏度紫外探测器。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种小型高灵敏度紫外探测器，包括有钼组透紫玻壳，所述钼组透紫玻壳上部拉制成圆锥状，下部压扁并在两边分别安装一根阳极支杆引出线和一根阴极支杆引出线，所述阳极支杆引出线一端伸入钼组透紫玻壳中，另一端从钼组透紫玻壳下部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳中的阳极支杆引出线制成阳极，所述阴极支杆引出线一端伸入钼组透紫玻壳中，另一端从钼组透紫玻壳下部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳中的阴极支杆引出线上设置有一个阴极，且阴极与阳极相互平行，所述钼组透紫玻壳中还充有氖气、氦气和氢气的混合气体。

其中位于钼组透紫玻壳中的阳极支杆引出线弯制成椭圆盘香型制成阳极。

所述氖气、氦气和氢气的体积比为0.5∶1∶8.5。

所述阴极呈长方形片状。

本发明的优点在于：具有高灵敏度、体积小、寿命长、响应速度快、对可见光和红外线不响应以及质量轻等优点。能够应用于火焰报警系统、炉火探测系统以及点火监控系统等系统中。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1a为本发明小型高灵敏度紫外探测器的正视图。

图1b为本发明小型高灵敏度紫外探测器的左视图。

图1c为本发明小型高灵敏度紫外探测器的后视图。

图2为本发明小型高灵敏度紫外探测器的制作流程图。

图3a为本发明小型高灵敏度紫外探测器的光电极的阴极结构示意图。

图3b为本发明小型高灵敏度紫外探测器的光电极的阳极结构示意图。

图4为几种常见气体的击穿电压与Pd值的关系曲线——巴邢曲线图。

图5为高温烘烤钼组透紫玻壳的烘烤时间、温度曲线。

【具体实施方式】

请同时参阅图1a至图1c所示，一种小型高灵敏度紫外探测器，包括有钼组透紫玻壳1，钼组透紫玻壳1上部拉制成圆锥状，下部压扁并在两边分别安装一根阳极支杆引出线4和一根阴极支杆引出线5，阳极支杆引出线4一端伸入钼组透紫玻壳1中，另一端从钼组透紫玻壳1下部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳1中的阳极支杆引出线4弯制成椭圆盘香型制成阳极2，阴极支杆引出线5一端伸入钼组透紫玻壳1中，另一端从钼组透紫玻壳1下部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳1中的阴极支杆引出线5上设置有一个阴极3，且阴极3与阳极2相互平行，钼组透紫玻壳1中还充有氖气、氦气和氢气的混合气体，氖气、氦气和氢气的的体积比为0.5∶1∶8.5。

如图2所示，小型高灵敏度紫外探测器的制作步骤如下：

(1)将阳极支杆引出线弯制成椭圆盘香型制成阳极；

(2)将阴极电焊在阴极支杆引出线上；

(3)将阴极支杆引出线、阳极支杆引出线和钼组透紫玻壳封接在一起；

(4)调节阳极和阴极之间的距离；

(5)对已封接好的钼组透紫玻壳排充气并下排气台。

其中步骤(5)中，采取图5所示的烘烤曲线，长时间高温烘烤钼组透紫玻壳，即烘烤30min，使钼组透紫玻壳从常温升温至500度，然后保温2h，最后随炉降至常温，并应用电子轰击的方法处理阴极和阳极，轰击电压为1200V，轰击电流为100mA，气体在高压大电流环境中进行放电，放电过程中气体中的电子多次碰撞，通过电子碰撞后交出电子自身的能量来加热阴极、阳极和钼组透紫玻壳，使阴极、阳极和钼组透紫玻壳吸附的杂质气体释放出来。

本发明中：

1、光窗材料的选择：

由于紫外探测的特殊性，所以制造和测量对紫外灵敏的材料的技术显然不同于制造和测量探测可见光所用阴极制造技术。选择管壳材料或是输入光学窗材料的主要根据是：零件的准备，外壳的制造，装架，管子封口和光阴极制造，电真空器件生产中常用的普通玻璃能很好的透过可见光和红外线，但是波长短于300～350nm的紫外辐射确不能通过，在紫外探测辐射的光电管中，常用的是紫外玻璃，红斑玻璃，石英，蓝宝石或其他透紫材料制造管壳和光窗，透紫玻璃与普通玻璃不同，这两类玻璃中含杂质铁很少，因此分别能透紫到215纳米和280纳米的紫外线。紫外探测器的光窗材料需要能透过185nm紫外线的玻璃。石英玻璃虽然也能透过短波紫外线，但是加工比较困难，膨胀系数很小，不能与任何金属相匹配封接，要制作这种紫外探测器有一定的难度。因此我们选用能透过185nm紫外线的钼组透紫玻璃，该透短波紫外线玻璃的化学组成如表1所示，原料当中要严格控制氧化铁和氧化钛的含量，尤其是控制三氧化二铁的含量应低于0.006％，不然将严重影响玻璃紫外线的透过率。

表1透紫玻璃化学组成

2、日盲型光电阴极的选择：

制造选择高温紫外探测器首先要选择能抗离子轰击的材料，可根据爱因斯坦光电方程：λ₀＝1240(E_g+E_A)，式中λ₀为阴极材料的光电发射阈值(nm)；E_g为阴极材料的禁带宽度(eV)；E_A为阴极材料的电子亲和势(eV)。若将290nm的光电发射阈值代入上式中，则E_g+E_A的阈值必须在4.28eV附近。也就是说，要选择光电阴极的逸出功在4.28eV以上，量子产额随温度的变化越小越好。通过理论与实践相结合，金属钼的逸出功在4.37eV，同时金属钼的化学性质稳定，在任何温度下都不与紫外探测器的工作气体发生化学反应。而且金属钼的高熔点、高沸点温度(熔点2610℃、沸点4830℃)使得其在紫外探测器内不易发生溅射现象，有利于紫外探测器的稳定工作以及提高寿命。应用金属材料钼作为小型高灵敏度紫外探测器的电极是可行的。

3、光电阴极及阳极的结构设计：

光电阴极即钼电极的结构设计是光电管的重要设计之一，关系到光电管的光谱响应波长和光电效率。通过大量的试验，光电阴极的结构采用如图3a所示的长方形片状结构效果最佳。而阳极的结构采用如图3b所示的椭圆盘香型效果最佳。

4、紫外探测器的结构设计：采用充气光电二极管的方式。

5、填充气体的试验：

根据气体放电理论，光电管的工作电压的关键因素是电极间距离和气体密度。即在气体成分和电极材料一定，气体击穿电压是气体压强P和电极间距d乘积Pd的函数，且改变Pd时，起动电压有一最小值。

图4是几种常见气体的击穿电压与Pd值的关系曲线——巴邢曲线。

不同的气体巴邢曲线有明显的不同，因为气体击穿(着火)过程中起重要作用的r系数和a系数均与气体有关。不同的气体具有不同的电离电位，影响电子碰撞电离系数a；不同的电离电位还通过影响正离子的动能而影响正离子轰击阴极的表面电离系数r。通过试验我们采用氖气、氦气和氢气按一定的比例混合效果最好。

6、制作工艺的设计与实验：

紫外探测器工作是否稳定很大程度上决定于管内气体成分是否保持稳定。若光电管电极等管内金属零件、管壳除气不彻底，在光电管工作过程中，导致管内金属零件和管壳将吸附的杂质气体释放出来，使光电管气体受到污染，从而导致光电管失效。因此，制定合适的排气除气工艺非常关键。经试验，采取长时间高温烘烤管壳，使管子充分地出气，应用电子轰击的方法来处理阴极和阳极，既通过高压大电流的气体放电过程中通过气体中的电子多次碰撞，交出自身的能量来加阴极、阳极和钼组透紫玻壳，使吸附的杂质气体可以顺利地释放出来。高压大电流的气体放电还可将阴极和阳极的毛刺去除，阴极和阳极的处理结合在高真空下闪烧，以求获得原子清洁的表面，达到所需的光谱响应值和最佳的光电效率。

本发明的小型高灵敏度紫外探测器的光电参数如表2所示。

表2小型高灵敏度紫外探测器的光电参数

这种紫外探测器是采用日盲型光电阴极利用该阴极只对160nm～290nm光谱范围的紫外线辐射产生光电效应，当光电管受到紫外线辐射时，管内电极产生光电效应，逸出光电子，光电子在电场的作用下向阳极运动，高速运动的光电子与管内填充的工作气体原子碰撞而产生雪崩效应；从而可使光电管接收到的光子放大至上百万倍，因此形成有数倍于真空光电管的光电流。能很好的探测火焰中的紫外线辐射，而对日光和室内照明光源的辐射没有响应。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims

1.一种小型高灵敏度紫外探测器，其特征在于：包括有钼组透紫玻壳，所述钼组透紫玻壳上部拉制成圆锥状，下部压扁并在两边分别安装一根阳极支杆引出线和一根阴极支杆引出线，所述阳极支杆引出线一端伸入钼组透紫玻壳中，另一端从钼组透紫玻壳下部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳中的阳极支杆引出线制成阳极，所述阴极支杆引出线一端伸入钼组透紫玻壳中，另一端从钼组透紫玻壳下部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳中的阴极支杆引出线上设置有一个阴极，且阴极与阳极相互平行，所述钼组透紫玻壳中还充有氖气、氦气和氢气的混合气体。

2.如权利要求1所述的小型高灵敏度紫外探测器，其特征在于：其中位于钼组透紫玻壳中的阳极支杆引出线弯制成椭圆盘香型制成阳极。

3.如权利要求1所述的小型高灵敏度紫外探测器，其特征在于：所述氖气、氦气和氢气的体积比为0.5∶1∶8.5。

4.如权利要求1所述的小型高灵敏度紫外探测器，其特征在于：所述阴极呈长方形片状。