CN105606915A - 双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统，包括光源、恒流源、组合滤光片盒、积分球、测试暗箱、光阑、双片级联微通道板光电倍增管、高压电源系统、阳极光电流测试仪、阴极光电流测试仪、工控机和测量模块。本发明能够很好的完成大面积双片级联微通道板光电倍增管的静态性能的测试工作，同时本发明采用11路高压输出的高压电源系统，对两组双片级联微通道板光电倍增管施加高压，提高了系统的针对性，弥补了国内两组双片级联微通道板光电倍增管高压系统的空缺。

Description

双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统

技术领域

本发明属于中微子探测技术领域，特别是一种双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统。

背景技术

微通道板光电倍增管以其快速的时间响应、良好的脉冲分辨能力、优越的抗磁场性能以及结构紧凑、体积小、重量轻、能耗小等特点，在切伦科夫辐射探测、时间相关计数、等离子体诊断、时间谱仪等领域得到广泛应用。

当前，双片级联微通道板光电倍增管因其高增益低噪声的优越性能，被越来越多的实际运用到生活中和实验中，但是，国内主要以单片微通道板光电倍增管和打拿极光电倍增管测试系统为主，还没有针对双片级联微通道板光电倍增管进行测试的系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统，包括光源、恒流源、组合滤光片盒、积分球、测试暗箱、光阑、双片级联微通道板光电倍增管、高压电源系统、阳极光电流测试仪、阴极光电流测试仪、工控机和测量模块；

所述恒流源、光源、组合滤光片盒和积分球依次相连，恒流源向光源输出电流，光源向组合滤光片盒发射标准光源，光线通过组合滤光片盒产生设定通量和波长的光，光通过积分球后形成均匀照度的光；

积分球的光线出口密封设置在测试暗箱的一侧，与光阑贴合设置，所述测试暗箱中设置有用于放置双片级联微通道板光电倍增管的支撑架和用于沿光路方向水平移动支撑架的导轨，积分球输出的光线经光阑限定光强后照射到双片级联微通道板光电倍增管，所述高压电源系统向双片级联微通道板光电倍增管输入电压，双片级联微通道板光电倍增管将光转换放大成阴极信号和阳极信号，阴极信号和阳极信号分别与阴极光电流测试仪和阳极光电流测试仪相连，得到阴极电流和阳极电流，阴极电流和阳极电流通过工控机输出到测量模块，测量模块计算得到双片级联微通道板光电倍增管的静态性能。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)本发明首次提出了双片级联微通道板光电倍增管静态性能的具体测试系统，填补了国内双片级联微通道板光电倍增管静态性能测试系统技术的空白；

(2)本发明采用11路高压输出的高压电源系统，对两组双片级联微通道板光电倍增管施加高压，提高系统的针对性，弥补了国内两组双片级联微通道板光电倍增管高压系统的空缺；

(3)本发明的测试暗箱为前开门结构，外壳为软磁材料制成，实现磁屏蔽要求。

附图说明

图1为本发明的双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统原理框图。

图2为本发明实施例中双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统接线图。

具体实施方式

结合图1，一种双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统，包括光源、恒流源、组合滤光片盒、积分球、测试暗箱、光阑、双片级联微通道板光电倍增管、高压电源系统、阳极光电流测试仪、阴极光电流测试仪、工控机和测量模块；

所述恒流源、光源、组合滤光片盒和积分球依次相连，恒流源向光源输出电流，光源向组合滤光片盒发射标准光源，光线通过组合滤光片盒产生设定通量和波长的光，光通过积分球后形成均匀照度的光；

积分球的光线出口密封设置在测试暗箱的一侧，与光阑贴合设置，所述测试暗箱中设置有用于放置双片级联微通道板光电倍增管的支撑架和用于沿光路方向水平移动支撑架的导轨，积分球输出的光线经光阑限定光强后照射到双片级联微通道板光电倍增管，所述高压电源系统向双片级联微通道板光电倍增管输入电压，双片级联微通道板光电倍增管将光转换放大成阴极信号和阳极信号，阴极信号和阳极信号分别与阴极光电流测试仪和阳极光电流测试仪相连，得到阴极电流和阳极电流，阴极电流和阳极电流通过工控机输出到测量模块，测量模块计算得到双片级联微通道板光电倍增管的静态性能。

所述测试系统还设置有照度计，所述照度计与积分球相连，用于测量照度。

所述测试暗箱为前开门结构，外壳为软磁材料制成；暗箱外壳上设置有高压输入与信号输出的接口。

所述高压电源系统为11路输出，分别给双片级联微通道板光电倍增管内2组双片级联微通道板各部分输入高压，11路分别连接微通道板中的聚焦电极、阴极、阳极、第一组双片级联微通道板的两个输入接口和两个输出接口、第二组双片级联微通道板的两个输入接口和两个输出接口。

所述高压电源系统为7路输出，分别给双片级联微通道板光电倍增管内1组双片级联微通道板各部分输入高压，7路分别连接微通道板中的聚焦电极、阴极、阳极、双片级联微通道板的两个输入接口和两个输出接口。

所述测试系统还包括显示模块，所述显示模块与测量模块相连，用于显示双片级联微通道板光电倍增管的静态性能。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例

结合图2，本实施例的双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统，包括以及模块：

模块1，由光源和恒流源组成的光信号产生模块：光源选用12V/50W的卤素灯，用于产生2856K色温的光，因为积分球输出光色温为2856K时电流为2.15A，FLS7150精密程控恒流源输出2.15A电流。

模块2，由组合滤光片盒、积分球、光阑、双片级联微通道板光电倍增管、测试暗箱组成的光信号处理模块：组合滤光片盒内以光源一方为起始点，依次为挡板、10²倍中性衰减片、10⁴倍中性衰减片和410nm干涉滤光片共4块片子，具有对光源发出的光进行阻挡、单色、衰减等功能；尺寸直径310mm、出光尺寸100mm的积分球提供光均匀稳定输出；暗箱上可更换光阑控制入射到暗箱里的光通量，可更换光阑共5个，光阑直径分别为5mm、10mm、20mm、30mm和50mm；暗箱可以进行磁屏蔽并一定程度阻止外界光进入。通过光信号处理模块后提供弱光均匀稳定输出。

模块3，照度计：FLA1200智能多功能光度计，测试积分球输入输出照度。

模块4，高压电源系统模块：为专门研制，可为2组双片级联微通道板光电倍增管提供高压，共11路输出，也可用于1组双片级联微通道板光电倍增管。

模块5，阳极光电流测试仪模块：采用PH-5型智能光电流测试仪，将阳极光电流进行电压放大、滤波和模数转化送至单片机处理，再经过液晶屏进行直接显示，便于操作人员观察和记录。

模块6，阴极光电流测试仪模块：采用PH-3型智能光电流测试仪，将阴极光电流进行电压放大、滤波和模数转化送至单片机处理，再经过液晶屏进行直接显示，便于操作人员观察和记录。

模块7，工控机模块：采用研华科技610H，串口连接测量模块。

模块8，测量模块：基于VS2005设计，测量模块包含：

阴极灵敏度测试模块：用以测试、显示和保存双片级联微通道板光电倍增管阴极性能参数：如阴极积分灵敏度、辐射灵敏度、量子效率等，以及相关测试参考参数；

阳极灵敏度测试和增益测试模块：用以测试、显示和保存双片级联微通道板光电倍增管阳极性能参数如暗电流和阳极积分灵敏度；

数据库模块：用以显示和储存各个测试双片级联微通道板光电倍增管管号的最近一次的测试性能参数。

测试系统的工作过程为：

第一步：先选择好合适光阑，将双片级联微通道板光电倍增管置于测试暗箱中；

第二步:通过暗箱上接口用高压电源给双片级联微通道板光电倍增管的各部分加合适高压，关闭暗箱门，关闭外界光源；

第三步：卤素灯接2.15A恒流源，产生2856K色温的光；

第四步：光线通过组合滤光片盒(滤光片盒根据测试条件选择挡板、不同衰减片和410nm滤光片的不同组合)以产生不同的一定通量的光；

第五步：光通过积分球后形成均匀的光入射到暗箱中的光阑上从而进入测试暗箱照射到光电倍增管上；

第六步：双片级联微通道板光电倍增管产生电流，电流通过光电倍增管的底端的电极转换器输出给阴极光电流测试仪和阳极光电测试仪中；

第七步:阴极光电流测试仪和阳极光电测试仪的输出信号通过工控机输出到计算机中，通过测量模块进行参数计算和界面显示。

本发明中各项静态性能参数测试原理为：

(1)阴极量子效率：

$\mathrm{\η}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{I_{cathode}}{E}\·\frac{hc}{\mathrm{\λ}e}$

η(λ)为阴极量子效率，I_cathode为阴极电流，E为辐射功率，为光子的能量，e为一个电子所带电荷量；

测试步骤：

步骤1、将双片级联微通道板光电倍增管放入暗箱内支撑架上，关好暗箱门，关闭外界光源；

步骤2、打开恒流源进行2.15A电流输出，点亮卤素灯；

步骤3、推进组合滤光片盒中的410nm干涉滤光片和根据所需照度选择所需衰减片，抽出挡板和其余衰减片；

步骤4、手动调节PH-3型智能光电流测试仪高压、档位等按钮，观察测试仪上信号以及测量模块测得的数据。

(2)阴极积分灵敏度：

其单位为uA/lm，Φ为光通量；

测试步骤：

将阴极量子效率测试步骤3修改为：推进组合滤光片中的所需衰减片，抽出挡板、其余衰减片以及410nm干涉滤光片；其余步骤不变。

(3)阴极辐射灵敏度：

单位为mA/W，E₀为辐射通量；

测试步骤：

将阴极量子效率测试步骤中步骤3改为：推进组合滤光片中的410nm干涉滤光片、所需衰减片，抽出挡板、以及其余衰减片；其余步骤不变。

(4)阳极暗电流：

测试步骤：

步骤1、将双片级联微通道板光电倍增管放入暗箱内支撑架上，硬件连线连接好(包括高压电源系统)，关好暗箱门，关闭外界光源；

步骤2、打开恒流源2.15A输出点亮卤素灯；

步骤3、推进组合滤光片中的挡板和根据信号量程选择衰减片，抽出410nm滤光片和其余衰减片；

步骤4、根据测试需要，调节高压电源系统的电压值，调节PH-5型智能光电流仪电压/电流/灵敏度、倍率等按钮；

步骤5、观察PH-5型智能光电流测试仪的信号值以及测量模块测得的数据。

(5)阳极积分灵敏度：

单位为A/lm，Φ为光通量，I_anode为阳极电流；

测试步骤：

将阳极暗电流测试步骤中步骤3改为：推进组合滤光片中的所需衰减片，抽出挡板、其余衰减片以及410nm干涉滤光片；其余步骤不变。

(6)阳极辐射灵敏度：

阳极辐射灵敏度的定义为：

单位为mA/W，E₀为辐射通量；

测试步骤：

将阳极暗电流测试步骤中步骤3改为：推进组合滤光片中的410nm干涉滤光片、所需衰减片，抽出挡板以及其余衰减片；其余步骤不变。

(7)增益：

G＝S_anode/S_cathode

本发明能够很好的完成大面积双片级联微通道板光电倍增管的静态性能的测试工作，弥补了当前对双片级联微通道板光电倍增管进行测试的空白；同时本发明采用11路高压输出的高压电源系统，对两组双片级联微通道板光电倍增管施加高压，提高了系统的针对性，弥补了国内两组双片级联微通道板光电倍增管高压系统的空缺。

Claims (6)

1.一种双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统，其特征在于，包括光源、恒流源、组合滤光片盒、积分球、测试暗箱、光阑、双片级联微通道板光电倍增管、高压电源系统、阳极光电流测试仪、阴极光电流测试仪、工控机和测量模块；

所述恒流源、光源、组合滤光片盒和积分球依次相连，恒流源向光源输出电流，光源向组合滤光片盒发射标准光源，光线通过组合滤光片盒产生设定通量和波长的光，光通过积分球后形成均匀照度的光；

积分球的光线出口密封设置在测试暗箱的一侧，与光阑贴合设置，所述测试暗箱中设置有用于放置双片级联微通道板光电倍增管的支撑架和用于沿光路方向水平移动支撑架的导轨，积分球输出的光线经光阑限定光强后照射到双片级联微通道板光电倍增管，所述高压电源系统向双片级联微通道板光电倍增管输入电压，双片级联微通道板光电倍增管将光转换放大成阴极信号和阳极信号，阴极信号和阳极信号分别与阴极光电流测试仪和阳极光电流测试仪相连，得到阴极电流和阳极电流，阴极电流和阳极电流通过工控机输出到测量模块，测量模块计算得到双片级联微通道板光电倍增管的静态性能。

2.根据权利要求1的双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统，其特征在于，所述测试系统还设置有照度计，所述照度计与积分球相连，用于测量照度。

3.根据权利要求1的双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统，其特征在于，所述测试暗箱为前开门结构，外壳为软磁材料制成，暗箱外壳上设置有高压输入与信号输出的接口。

4.根据权利要求1的双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统，其特征在于，所述高压电源系统为11路输出，分别给双片级联微通道板光电倍增管内2组双片级联微通道板各部分输入高压，11路分别连接微通道板中的聚焦电极、阴极、阳极、第一组双片级联微通道板的两个输入接口和两个输出接口、第二组双片级联微通道板的两个输入接口和两个输出接口。

5.根据权利要求1的双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统，其特征在于，所述高压电源系统为7路输出，分别给双片级联微通道板光电倍增管内1组双片级联微通道板各部分输入高压，7路分别连接微通道板中的聚焦电极、阴极、阳极、双片级联微通道板的两个输入接口和两个输出接口。

6.根据权利要求1的双片级联微通道板光电倍增管静态性能的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括显示模块，所述显示模块与测量模块相连，用于显示双片级联微通道板光电倍增管的静态性能。