CN102856152B - 一种日盲型充气紫外探测器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种日盲型充气紫外探测器，其包括芯柱以及用于收容该芯柱且与该芯柱封接为一体的钼组透紫玻壳，该芯柱包括阳极、阴极、排气管以及安装该芯柱中的阳极支杆引出线与阴极支杆引出线。该阳极支杆引出线一端伸入该钼组透紫玻壳中且相连接有该阳极，该阴极支杆引出线一端伸入该钼组透紫玻壳中且相连接有该光电阴极。该光电阴极呈半球面型，该阳极支杆引出线上伸入该钼组透紫玻壳内的一端弯制成弯曲形状以制作成为该阳极。所述日盲型充气紫外探测器，由于其呈半球面型的光电阴极具有较大的接触面积，因而灵敏度较佳。本发明还涉及一种该日盲型充气紫外探测器的制作方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种探测器及其制作方法，尤其涉及一种日盲型充气紫外探测器及其制作方法。
背景技术
火焰的辐射是具有离散光谱的气体辐射和伴有连续光谱的固体辐射，其波长在0.1-10μm或更宽的范围，为了避免其他信号的干扰，常利用波长<300nm的紫外线，或者火焰中特有的波长在4.4μm附近的CO2辐射光谱作为探测信号。充气紫外探测器只对185nm～260nm狭窄范围内的紫外线进行响应，而对其它频谱范围的光线不敏感，利用它可以对火焰中的紫外线进行检测。到达大气层下地面的太阳光和非透紫材料作为玻壳的电光源发出的光波长均大于300nm，故火焰探测的220nm～280nm中紫外波段属太阳光谱盲区（日盲区）。紫外火焰探测技术，使系统避开了最强大的自然光源一太阳造成的复杂背景，使得在系统中信息处理的负担大为减轻。所以可靠性较高，加之它是光子检测手段，因而信噪比高，具有极微弱信号检测能力，除此之外，它还具有反应时间极快的特点。
充气紫外探测器是采用日盲型光电阴极，利用该阴极只对185nm～260nm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。然而，目前的充气紫外探测器的灵敏度不够佳，在实际探测中导致探测结果误差较大。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种灵敏度较佳的日盲型充气紫外探测器及其制作方法。
本发明是这样实现的，一种日盲型充气紫外探测器，其包括芯柱以及用于收容该芯柱且与该芯柱封接为一体的钼组透紫玻壳，该芯柱包括阳极、阴极、排气管以及安装该芯柱中的阳极支杆引出线与阴极支杆引出线。该阳极支杆引出线一端伸入该钼组透紫玻壳中且相连接有该阳极，该阴极支杆引出线一端伸入该钼组透紫玻壳中且相连接有该光电阴极。该光电阴极呈半球面型，该阳极支杆引出线上伸入该钼组透紫玻壳内的一端弯制成弯曲形状以制作成为该阳极。
进一步地，该排气管的一端延伸在该芯柱内以与该芯柱的中部相连接，该排气管的另一端延伸在该钼组透紫玻壳外。
进一步地，该钼组透紫玻壳中还充有氢气、氖气和氦气的混合气体，其比例为11：2：8。
进一步地，该阳极远离该阳极支杆引出线的一端包括弧形弯部，该光电阴极的顶部与该阳极的弧形弯部的拐点之间的距离为0.4mm。
进一步地，该光电阴极的顶部与该钼组透紫玻壳的底部之间的距离为8mm。
本发明还提供一种日盲型充气紫外探测器的制作方法，其包括如下步骤：
将阴极支杆引出线、阳极支杆引出线和排气管压封在一起制作成芯柱；
将该阳极支杆引出线弯制成弯曲形状作为阳极；
将光电阴极安置在该阴极支杆引出线上，其中该光电阴极呈半球面型；
调节该阳极与该光电阴极之间的距离；
将该芯柱和该钼组透紫玻壳封接在一起；
对已封接好的该排气管充氢气、氖气和氦气比例为11：2：8的混合气体，以形成上述日盲型充气紫外探测器。
进一步地，该芯柱和该钼组透紫玻壳封接时，需要通过控制该芯柱在该钼组透紫玻壳的深度从而控制该光电阴极顶部与该钼组透紫玻壳底部之间的距离，该距离为8mm。
进一步地，该日盲型充气紫外探测器的制作方法还包括如下步骤：
采取长时间高温烘烤该钼组透紫玻壳，并应用电子轰击的方法处理该光电阴极和该阳极，该钼组透紫玻壳内的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该热光电阴极、该阳极和该钼组透紫玻壳，使该光电阴极、该阳极和该钼组透紫玻壳吸附的杂质气体释放出来。
进一步地，采取长时间高温烘烤该钼组透紫玻壳时，前半个小时温度急剧增至500度，接下去的两个小时温度保持在500度，再接下去的时间进行随炉降温。
进一步地，该阳极远离该阳极支杆引出线的一端包括弧形弯部，该光电阴极的顶部与该阳极的弧形弯部的拐点之间的距离为0.4mm。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供的日盲型充气紫外探测器，由于光电阴极呈半球面型，因此与传统探测器的呈丝型的光电阴极相比，本发明的日盲型充气紫外探测器的光电阴极的接触面积大，故本发明的日盲型充气紫外探测器的灵敏度较高。另外，本发明的光电阴极的顶部与钼组透紫玻壳的底部之间的距离为一较佳值（8mm），从而具备较宽的探测角度。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的日盲型充气紫外探测器的组成结构示意图。
图2是图1中日盲型充气紫外探测器的阳极的结构示意图。
图3a与图3b是图1中日盲型充气紫外探测器的光电阴极的结构示意图。
图4是本发明实施方式提供的日盲型充气紫外探测器制作方法中的高温烘烤钼组透紫玻壳的烘烤时间、温度曲线示意图。
符号说明
日盲型充气紫外探测器 100
钼组透紫玻壳 10
芯柱 20
封闭端 12
开口端 14
阳极支杆引出线 30
阴极支杆引出线 40
阳极 50
光电阴极 60
排气管 70
连接部 61
弧形弯部 51
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，其为本发明实施方式提供的日盲型充气紫外探测器100的组成结构示意图。日盲型充气紫外探测器100包括钼组透紫玻壳10以及收容在钼组透紫玻壳10内的芯柱20。
钼组透紫玻壳10形状与普通试管相似，一端为冠球形的封闭端12，另一端为圆形的开口端14。钼组透紫玻壳10中还充有氢气、氖气和氦气的混合气体，其比例为11：2：8。
芯柱20收容在钼组透紫玻壳10内，且与钼组透紫玻壳10封接为一体，具体地，芯柱20封接于钼组透紫玻壳10的开口端14。芯柱20包括阳极支杆引出线30、阴极支杆引出线40、阳极50、光电阴极60以及排气管70。
阳极支杆引出线30安装在芯柱20中，且两端分别从芯柱20中穿出，其中一端伸入钼组透紫玻壳10中，并弯制成预定的特定形状制作成阳极50（如图2所示），另一端延伸在钼组透紫玻壳10外。阳极50远离阳极支杆引出线30的一端包括一个弧形弯部51。
阴极支杆引出线40也安装在芯柱20中，且两端分别从芯柱20中穿出，其中一端伸入钼组透紫玻壳10中且相连接有光电阴极60，另一端延伸在钼组透紫玻壳10外。光电阴极60呈半球面型（如图3a及图3b所示），并延伸有长条状的连接部61，连接部61与阴极支杆引出线40固定连接。由于光电阴极60呈半球面型，因此与传统探测器的呈丝型的光电阴极相比，日盲型充气紫外探测器100的光电阴极60的接触面积大，故日盲型充气紫外探测器100的灵敏度较高。
光电阴极60的顶部（指光电阴极60上半球面的顶部）与阳极50（指阳极50的弧形弯部501的拐点）相接近，优选地，之间的距离为0.4mm，光电阴极60的顶部距离钼组透紫玻壳10的底部（指钼组透紫玻壳10的冠球形封闭端12的底部）8mm，因此，日盲型充气紫外探测器100的探测角度很宽，能达到120度。然而由于在制作时会存在公差，因此光电阴极60的顶部与阳极50之间的距离大致为0.4mm左右，光电阴极60的顶部距离钼组透紫玻壳10的底部大致8mm左右。
排气管70的一端延伸在芯柱20内以与芯柱20的中部相连接，排气管70的另一端延伸在钼组透紫玻壳10外。光电阴极60的顶部、钼组透紫玻壳10的底部、弧形弯部51的拐点、芯柱20的中心线、以及排气管70的中心线位于同一条直线上，因此日盲型充气紫外探测器100具有较佳的同心度。
综上所述，本发明实施方式提供的日盲型充气紫外探测器100，由于光电阴极60呈半球面型，因此与传统探测器的呈丝型的光电阴极相比，日盲型充气紫外探测器100的光电阴极60的接触面积大，故日盲型充气紫外探测器100的灵敏度较高。另外，光电阴极60的顶部与钼组透紫玻壳10的底部之间的距离为一较佳值（8mm），从而具备较宽的探测角度。
本发明还提供一种上述日盲型充气紫外探测器100的制作方法，其包括以下步骤：
（1）将阴极支杆引出线40、阳极支杆引出线30和排气管70等压封在一起制作成芯柱20；
（2）将阳极支杆引出线30弯制成特定形状作为阳极50（如图2所示）；
（3）将光电阴极60安置在阴极支杆引出线40上，其中光电阴极60呈半球面型（如图3a及图3b所示），并延伸有连接部61，连接部61与阴极支杆引出线40固定连接；
（4）调节两电极（阳极50与光电阴极60）之间的距离，优选地，该距离为0.4mm；
（5）将芯柱20和钼组透紫玻壳10封接在一起；
（6）对已封接好的排气管70排充气并下排气台。
其中步骤（5）中，芯柱20和钼组透紫玻壳10封接时，需要通过控制芯柱20在钼组透紫玻壳10的深度从而控制光电阴极顶部60与钼组透紫玻壳10底部之间的距离，该距离优选为8mm。
其中步骤（6）中，采取长时间高温烘烤钼组透紫玻壳10，并应用电子轰击的方法处理光电阴极60和阳极50，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光电阴极60、阳极50和钼组透紫玻壳10，使光电阴极60、阳极50和钼组透紫玻壳10吸附的杂质气体释放出来。优选地采用如图3中的高温烘烤钼组透紫玻壳10的烘烤时间、温度曲线，其中，前半个小时温度急剧增至500度，接下去的两个小时温度保持在500度，再接下去的时间进行随炉降温。
进一步说明，光电阴极即钼电极的结构设计是光电管（即日盲型充气紫外探测器）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及图3b所示的效果最佳。
制造选择日盲型充气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(Eg+EA)，式中λ0为阴极材料的光电发射阈值(nm)；Eg为阴极材料的禁带宽度(eV)；EA为阴极材料的电子亲和势(eV)。若将260nm的光电发射阈值代入上式中，则Eg+EA的阈值必须在4.77eV附近。也就是说，要选择光电阴极的逸出功在4.77eV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4.70eV，同时金属镍的化学性质稳定，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。而且金属镍的高熔点、高沸点温度(熔点1453℃、沸点2732℃)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。应用金属材料镍作为日盲型紫外探测器的电极是可行的。
日盲型充气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。
本发明的日盲型充气紫外探测器100的光电参数如表1所示。
表1 日盲型紫外探测器的光电参数
| 光谱响应范围(nm) | 启动电压(VDC) | 管压降(VDC) | 灵敏度(cps) | 本底(cps) | 寿命(h) | 工作电压(VDC) | 平均输出电流(mA) | 最大工作电压(VDC) | 应用环境温度(℃) |
| 185~260 | <180 | <200 | >1000 | <10 | 10000 | 220±20 | 3 | 280 | -45~+70 |
综上所述，本发明提供的日盲型紫外探测器100及其制作方法，在日盲型紫外探测器100排气时，采取长时间高温烘烤钼组透紫玻壳10，并应用电子轰击的方法处理光电阴极60和阳极50，因而日盲型紫外探测器100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。日盲型紫外探测器100能够应用于火焰报警系统、燃烧监控系统和紫外线检测等系统中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种日盲型充气紫外探测器，其包括芯柱以及用于收容该芯柱且与该芯柱封接为一体的钼组透紫玻壳，该芯柱包括阳极、阴极、排气管以及安装该芯柱中的阳极支杆引出线与阴极支杆引出线，该阳极支杆引出线一端伸入该钼组透紫玻壳中且相连接有该阳极，该阴极支杆引出线一端伸入该钼组透紫玻壳中且相连接有该阴极，其特征在于，该光电阴极呈半球面型，该阳极支杆引出线上伸入该钼组透紫玻壳内的一端弯制成弯曲形状以制作成为该阳极；该钼组透紫玻壳中还充有氢气、氖气和氦气的混合气体，其比例为11：2：8。
2.如权利要求1所述的日盲型充气紫外探测器，其特征在于，该排气管的一端延伸在该芯柱内以与该芯柱的中部相连接，该排气管的另一端延伸在该钼组透紫玻壳外。
3.如权利要求1所述的日盲型充气紫外探测器，其特征在于，该阳极远离该阳极支杆引出线的一端包括弧形弯部，该光电阴极的顶部与该阳极的弧形弯部的拐点之间的距离为0.4mm。
4.如权利要求1所述的日盲型充气紫外探测器，其特征在于，该光电阴极的顶部与该钼组透紫玻壳的底部之间的距离为8mm。
5.一种日盲型充气紫外探测器的制作方法，其包括如下步骤：
将阴极支杆引出线、阳极支杆引出线和排气管压封在一起制作成芯柱；
将该阳极支杆引出线弯制成弯曲形状作为阳极；
将光电阴极安置在该阴极支杆引出线上，其中该光电阴极呈半球面型；
调节该阳极与该光电阴极之间的距离；
将该芯柱和钼组透紫玻壳封接在一起；
对已封接好的该排气管充氢气、氖气和氦气比例为11：2：8的混合气体，以形成如权利要求1所述的日盲型充气紫外探测器。
6.如权利要求5所述的日盲型充气紫外探测器的制作方法，其特征在于，该芯柱和该钼组透紫玻壳封接时，需要通过控制该芯柱在该钼组透紫玻壳的深度从而控制该光电阴极顶部与该钼组透紫玻壳底部之间的距离，该距离为8mm。
7.如权利要求5所述的日盲型充气紫外探测器的制作方法，其特征在于，该日盲型充气紫外探测器的制作方法还包括如下步骤：
采取长时间高温烘烤该钼组透紫玻壳，并应用电子轰击的方法处理该光电阴极和该阳极，该钼组透紫玻壳内的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该热光电阴极、该阳极和该钼组透紫玻壳，使该光电阴极、该阳极和该钼组透紫玻壳吸附的杂质气体释放出来；
采取长时间高温烘烤该钼组透紫玻壳时，前半个小时温度急剧增至500度，接下去的两个小时温度保持在500度，再接下去的两个小时随炉降温至室温。
8.如权利要求5所述的日盲型充气紫外探测器的制作方法，其特征在于，该阳极远离该阳极支杆引出线的一端包括弧形弯部，该光电阴极的顶部与该阳极的弧形弯部的拐点之间的距离为0.4mm。
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