CN103091073A - 一种多路光电倍增管的增益值相对测量法 - Google Patents
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Abstract
一种多路光电倍增管的增益值相对测量法，涉及光纤及传感器技术，将一照射光源通过遮光片均等地分成多路光源，每路光源的光用一根光纤引导并耦合到一个光电倍增管的光敏表面，在各光电倍增管上分别设置供电高压、分压电路、整形放大电路和数据采集电路。本发明通过控制工作电压变化和光源光通量变化，可以同时测量多路光电倍增管的增益，提高了测量效率。多路测量中的一路固定使用同一只光电倍增管，将该路定为标准路。每次测量其他路与标准路进行比较来修正外界因素产生的漂移，同时引入两个修正系数，即光路光通量修正系数和电子学通路修正系数来修正通路的固有差异，可以消除测量过程中各种环境影响，从而提高测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及光纤及传感器技术，特别是光电倍增管光电性能测量技术领域。
背景技术
光电倍增管是一种技术成熟，使用广泛的光探测器件，广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。
一般情况下，光电倍增管光谱响应特性的长波段取决于光阴极材料，光电倍增管出厂时仅为用户提供阴极和阳极的光照灵敏度。由于光电倍增管的生产和加工工艺决定，同工艺同批次的光电倍增管在相同工作电压下其电流放大倍数相差也可能是巨大的，可能存在两倍以上甚至更大差异。
在使用多光电倍增管精密测量的仪器设备中，必须在使用前对每一只光电倍增管的工作电压、增益、分辨以及其线性进行测量，包括筛选出不符合要求的光电倍增管。其测量结果的精度对后续组装生产的仪器设备的测量精度都会产生影响，在大规模工业生产时，需要进行测试挑选的光电倍增管数量也会比较庞大。
发明内容
本发明的目的是提供一种多路光电倍增管的增益值相对测量法，利用该方法在，可以进行同时多路测量，提高光电倍增管的测量效率，通过刻度和相对比较的方法，可以排除环境以及温度对测量系统的影响，提高测量精度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
将一照射光源通过遮光片均等地分成互不串扰的多路光源，每路光源的光用一根光纤引导并耦合到一个光电倍增管的光敏表面，在各光电倍增管上分别设置供电高压、分压电路，在各光电倍增管的输出端分别连接整形放大电路和数据采集电路；
再将以上多路光源中的其中一路光源确定为标准路，其余的则为其他通路，标准路上相连的光电倍增管定义为标准光电倍增管；
将标准光电倍增管先后偶合在每路光源的光纤输出端，固定标准管的测量电子学通路，并测量信号幅度，得到每路光源的光路光通量修正系数Ln，它刻度了各通路的光接收和传递差异；将标准的光源通路和标准电倍增管输出分别接在各个通道的电子学通路上测量信号幅度，得到每路光源的电子学修正系数Dn，它刻度了电子学线路的固有差异；
将标准光电倍增管与标准路耦合；将待测光电倍增管分别耦合到其他通路上，同时进行测量，分别得到标准光电倍增管的信号积分面积或峰位幅度值和其他路被测光电倍增管的信号积分面积或峰位幅度值，通过以下公式得到被测光电倍增管增益修正值：
被测光电倍增管的信号积分面积或峰位幅度值×Ln×Dn/标准光电倍增管的信号积分面积或峰位幅度值。
本发明通过控制工作电压变化和光源光通量变化，可以同时测量多路光电倍增管的增益，提高了测量效率。多路测量中的一路固定使用同一只光电倍增管，将该路定为标准路。每次测量其他路与标准路进行比较来修正外界因素产生的漂移，同时引入两个修正系数，即光路光通量修正系数和电子学通路修正系数来修正通路的固有差异，可以消除测量过程中各种环境影响，从而提高测量精度。
每批次测量结束后，保留标准通路的光电倍增管，只换下测量通路的各光电倍增管，测量各自的增益，并用电倍增管增益修正值进行修正。
本发明所述照射光源为发光二极管，使用脉冲产生器控制发光二极管发光强度和频率，以及信号的形状。
本发明还采用遮光片将一照射光源均等地分成互不串扰的多路光源，用光纤引出各路光源，所述光纤使用热缩管封装避光。
附图说明
图1为本发明测量系统示意图。
图2为多路光电倍增管相对测量系统流程图。
图3为12路分光情况下遮光片结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，整个系统分为四部分：光源及光源控制系统1、分光系统2、电子学测量系统3和刻度系统4：
光源及光源控制系统1包括产生光源的发光二极管LED和控制二极管发光的脉冲电路。发光二极管的选取应根据需要用该光电倍增管测量的物质其发光波长峰值与强度决定；通过脉冲电路控制发光二极管的发光频率与光通量；通过电脉冲的形状来控制光脉冲的形状。
根据需被检测的光电倍增管用途，例如光电倍增管用于测量LYSO晶体发光，发光二极管则选取蓝紫光二极管，其发光峰值波长为420nm，与LYSO晶体峰值波长一致。
分光系统2由磨砂光导、遮光片和光纤构成。
发光二极管嵌入圆柱型磨砂光导正中心；光导另一面与遮光片耦合。遮光片由圆形厚金属板构成。如系统共有12路测量，那么如图3所示，在遮光片的一个环状上排列12个孔，每个孔到遮光片的圆心距离相等，孔间间距相等。发光二级管由于结构本身造成发出的光在4π立体角内是非均匀的，为使发光二极管到达遮光片的光能够基本均匀，二极管轴心通过遮光片中心，并使用磨砂光导进行混光，并增加光源到遮光片适当距离，使光源光到达遮光片每个孔光通量尽量均匀且最大。每个孔的直径与传输光的光纤相当。
首先要对整个分光系统进行避光处理，遮光片上的12个小孔引出12根光纤，为保证各个光路不发生串扰，光纤使用黑色热缩管包装，光纤另一头耦合到一圆形光导固定，该圆形光导与光电倍增管端窗等大。使用同一只标准光电倍增管连接固定的电子学先后耦合到每一路的光纤输出端。在相同光源下，测出每一路的光通量大小，给出每一路的光路光通量修正系数Ln。该测量过程中发光二极管发光的光通量不宜过高或过低，应控制在通过遮光片单孔光通量能让标准光电倍增管工作在线性工作区间即可。
如图1、2所示，电子学测量系统3由供电高压、分压电路、整形放大电路和数据采集构成。在各光电倍增管上分别设置供电高压、分压电路，在各光电倍增管的输出端分别连接整形放大电路和数据采集电路。每路光路对应一路电子学测量系统和数据获取路，使用标准光源和标准光电倍增管连接不同电子学通道进行测量，可以得到每路的电子学系统的差异，即光源的电子学修正系数Dn，由该测量值得到每路的电子学差异修正系数提供刻度系统使用。测量光电倍增管性能时，通过控制供电高压，测量不同高压下光电倍增管的增益曲线，相同高压下不同光强光电倍增管的增益变化曲线。
刻度系统4是按两步来完成的，测量前通过使用标准光电倍增管进行比较测量，根据得到的光路光通量修正系数Ln和电子学修正系数Dn对测量结果进行通道之间固有差异的修正。测量中相对于标准管测量的修正可以消除环境温度，电阻热噪声和光源飘动等误差，提高整个系统的测量精度。
将12个测量通路中确定一路为标准路，将标准光电倍增管与标准路耦合，固定该光路以及后端测量电子学。将11只待测光电倍增管分别耦合到其他11通路的圆形光导上，改变光强度和光电倍增管的高压同时进行增益测量，每一批次测量只替换11通路的光电倍增管。
测量时得到标准光电倍增管的信号积分面积或峰位幅度值和其他路被测光电倍增管的信号积分面积或峰位幅度值，可以得到被测光电倍增管的增益修正值。
修正公式为：
被测光电倍增管增益=被测光电倍增管测量增益×被测光电倍增管的信号积分面积或峰位幅度值×Ln× Dn/标准光电倍增管的信号积分面积或峰位幅度值。
其中，Ln代表第n路光路光通量修正系数，Dn代表第n路电子学修正系数。
Claims (3)
1.一种多路光电倍增管的增益值相对测量法，其特征在于包括以下步骤：
将一照射光源均等地分成互不串扰的多路光源，每路光源对应一根光纤将光引导到光电倍增管的光敏表面，在各光电倍增管上分别设置供电高压、分压电路，在各光电倍增管的输出端分别连接整形放大电路和数据采集电路；
再将以上多路光源中的其中一路光源确定为标准路，其余的则为其他测量通路，标准路上相连的光电倍增管为标准光电倍增管；
将标准光电倍增管先后偶合在每路光源的光纤输出端，固定标准管的测量电子学通路，并测量信号幅度，得到每路光源的光路光通量修正系数Ln；将标准的光源通路和标准电倍增管输出分别接在各个通道的电子学通路上测量信号幅度，得到每路光源的电子学修正系数Dn；
将标准光电倍增管与标准路耦合；将待测光电倍增管分别耦合到其他通路上，同时进行测量，分别得到标准光电倍增管的信号积分面积或峰位幅度值和其他路被测光电倍增管的信号积分面积或峰位幅度值，通过以下公式得到被测光电倍增管增益修正值：
被测光电倍增管的信号积分面积或峰位幅度值×Ln×Dn/标准光电倍增管的信号积分面积或峰位幅度值。
2.根据权利要求1所述多路光电倍增管的增益值相对测量法，其特征在于：所述照射光源为发光二极管，使用脉冲产生器控制发光二极管发光强度和频率，以及信号形状。
3.根据权利要求1所述多路光电倍增管的增益值相对测量法，其特征在于：采用遮光片将一照射光源均等地分成互不串扰的多路光源，用光纤引出各路光源，所述光纤使用热缩管封装避光。
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