CN209264112U - 日盲紫外型探测器和日盲紫外型探测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了日盲紫外型探测器和日盲紫外型探测系统，涉及光电探测领域。该日盲紫外型探测器包括外壳，还包括依次间隔设置且与外壳连接的光阴极、微通道板组和多通道阳极，外壳内具有真空腔，微通道板组包括至少两块设于真空腔内的微通道板；光阴极、微通道板和阳极均设有电连接端子，电连接端子另一端穿过外壳，用于与外部电源连接；阳极上具有若干个电子接收区；阳极还设有与电子接收区电连接的引脚，引脚用于与外部的模数转换器连接；该日盲紫外型探测系统包括上述日盲紫外型探测器，还包括紫外光采集模块、模数转换器和信息处理终端。本实用新型具有灵敏度高、空间分辨率高、时间分辨率高和有利于信号处理的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电子器件和光电探测领域，尤其涉及一种日盲紫外型探测器和日盲紫外型探测系统。
背景技术
日盲紫外波段是波长在204nm～280nm的波段，在这个波段，太阳光在穿越地球大气层的过程中受到臭氧层的强烈吸收，基本上无法到达地面，故而，在地球表面到空中的一定高度范围内，一般不存在紫外波段。而在生活实践中，有些场合下存在发出紫外光的情形，例如导弹、飞行器、船舶和车辆等运行的过程中，由于其本身会产生火焰放射、电弧反射及紫外信标等可采集源，或者当目标物上设有紫外光光源时，可通过探测器实现对此类紫外光进行精确探测，就能够实现对信号源的精确定位和时时跟踪。
目前，具有日盲紫外波采集功能的技术主要为紫外ICCD(日盲紫外增强型电荷耦合器件)和固态面阵传感器两种。其中，固态面阵传感器由于成像距离近、工艺不稳定、时空分辨率低等问题，无法达到应用水平，还处在技术摸索阶段；紫外ICCD技术已经在军工或工业领域得到应用，工艺成熟。
但是，现有的用于探测日盲紫外光的紫外ICCD器件存在以下缺陷：
(1)系统灵敏度低：为了达到成像目的，传感器需要对信息进行多次转换(至少经过增强器、中继元件(中继耦合组件)和CCD的转换，且会通过荧光屏和中继光学系统等两种以上介质的处理)，导致信号利用度低(约1％)，灵敏度约为3×10-18W/cm2；
(2)空间分辨率低：由于ICCD通过MCP(微通道板，即增强器)放大后，为了保证高增益，来自阴极的高分辨率图像分辨率降低，而ICCD技术中需要通过CCD读取输出，因此分辨率降低；通常紫外ICCD的空间分辨率为15lp/mm，在增益较大时，分辨率极低；
(3)时间分辨率低：受限于CCD的输出，由于CCD的光电转换、读取电路等问题，导致ICCD器件的输出速度受限；由于CCD受限于图像传感的限制，时间分辨率通常为33ms；
(4)信号处理难：由于ICCD输出的为二维灰度数据，数据量大，每采集到一帧百万字节的数据才能进行一次处理，后续的信息处理终端对ICCD输出的数据进行处理时，还需要通过对图像进行分析，提取相关信息，算法复杂度高，实时性差；
(5)体积大：紫外ICCD由于紫外像增强器、中继光学系统和可见光成像系统组成，传感器整体封装后体积较大。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种日盲紫外型探测器，该日盲紫外型探测器灵敏度、空间分辨率、时间分辨率都较高，且后续信号处理简单的日盲紫外型探测器。
本实用新型的目的之二在于提供一种日盲紫外型探测系统，该系统灵敏度、空间分辨率、时间分辨率都较高，且信号处理过程简单。
本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：
日盲紫外型探测器，包括外壳，还包括依次间隔设置且与所述外壳连接的光阴极、微通道板组和阳极，所述外壳内具有真空腔，所述微通道板组包括至少两块设于所述真空腔内的微通道板；
所述光阴极、所述微通道板和所述阳极均设有电连接端子，所述电连接端子另一端穿过所述外壳，用于与外部电源连接；
所述光阴极用于接收日盲紫外光并产生光电子；所述微通道板用于接收光电子并产生增殖光电子；所述阳极上具有若干个电子接收区，所述电子接收区用于接收由所述微通道板发出的光电子；所述阳极还设有与电子接收区电连接的引脚，所述引脚用于与外部的模数转换器连接。
进一步地，所述阳极包括绝缘基底、金属铬镀层和所述引脚，所述金属铬镀层与所述绝缘基底相接，所述绝缘基底与所述外壳连接用于封闭所述真空腔，所述金属铬镀层设于所述真空腔内，所述金属铬镀层上设有均匀分布的电子接收区。
进一步地，还包括透光板，所述透光板与所述外壳连接并用于封闭所述真空腔，所述透光板接近所述真空腔的一侧设有所述光阴极。
进一步地，所述微通道板组包括第一微通道板和第二微通道板；还包括抽头式电源，所述抽头式电源包括多个抽头，且每个所述抽头之间具有电压压差，所述光阴极、所述第一微通道板的两侧、所述第二微通道板的两侧和所述阳极分别通过所述电连接端子与不同的所述抽头连接，在所述真空腔内，产生由所述阳极指向所述光阴极方向的电场。
进一步地，所述光阴极与所述第一微通道板之间具有10V的电势差，所述第一微通道板与所述第二微通道板之间具有100V的电势差，所述第二微通道板与所述阳极之间具有50V的电势差。
进一步地，所述光阴极包括抗反射层和激发层；所述激发层接近所述微通道板组设置。
进一步地，所述抗反射层为SiO抗反射层，所述激发层包括依次设置的AlGaAs缓冲层、GaAs活性层和CsO活化涂层，所述CsO活化涂层接近所述微通道板设置。
进一步地，还包括设于所述微通道板组与所述阳极之间的补偿电极，所述补偿电极为环形电极，所述补偿电极用于与外部的模数转换器电连接；所述补偿电极的内壁具有补偿接收面，所述补偿接收面用于接收光电子。
进一步地，所述补偿电极与所述微通道板、所述阳极同轴设置，所述补偿电极的内径大于或等于所述微通道板的直径。
本实用新型的目的之二采用如下技术方案实现：
日盲紫外型探测系统，包括上述方案的日盲紫外型探测器，还包括紫外光采集模块、模数转换器和信息处理终端；所述紫外光采集模块用于接收紫外光并将紫外光投射于所述日盲紫外型探测器，所述日盲紫外型探测器用于将光信号转化成若干路模拟信号并将模拟信号由引脚传输至所述模数转换器，所述模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号并将转换值传入信息处理终端；所述信息处理终端用于接收所述转换值并对其进行分析计算以实现对信号源的定位分析。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
(1)灵敏度提高：由于在简化了光电信号的转换过程，在对日盲紫外光源进行采集和处理时，直接将光信号转换成了电信号进行输出，只有两侧转换，无需经过多次转换或多个元器件转换，极大低提升了探测灵敏度，灵敏度可达到单光子探测水平，相对于ICCD的探测水平来说提升了2个数量级；
(2)空间分辨率提高：较小通过阳极结构的设置，有利于输出连续型模拟信号，不受限于图像传感，有利于提高空间分辨率；由于探测器可以对单光子成像，系统的空间分辨率可达到约300lp/mm(折算结果)，且高增益对空间分辨率影响较小；
(3)时间分辨率提高：传感器(阳极)采集结构(若干电子接收区和引脚)简单，有利于电路读取，可达到较高的时间分辨率；传感阳极输出为若干路模拟信号，信号连续，在使用中，通常采集频率为105fps，即时间分辨率达到0.01ms；
(4)有利于后期信号处理：使用每帧只有若干个电子接收区(n个通道数据)，通过简单计算，可转换成1个坐标点，在数据处理的时候可进行边读边做的处理，而不需要单次大量数据处理，因此算法简单，实时性高；传感阳极信号为模拟信号，通过ADC转换，将转换值传入计算机系统，进行简单数值计算，即可得到可用信息，与图像处理相比，对信号采集系统、计算机系统的要求低；
(5)探测器体积较小，相对于ICCD来说，无需中继光学系统和可见光成像系统。
附图说明
图1为本实用新型的日盲紫外型探测器的整体结构示意图；
图2为本实用新型的日盲紫外型探测器的A-A剖面图；
图3为图2的B部放大图；
图4为本实用新型的日盲紫外型探测器的另一剖面示意图；
图中：10、外壳；101、真空腔；20、光阴极；30、微通道板组；31、第一微通道板；32、第二微通道板；40、阳极；41、电子接收区；42、绝缘基底；43、引脚；50、补偿电极；51、补偿接收面；60、电连接端子。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1-4所示，本实施例提供了一种日盲紫外型探测器，该光电探测器用于接收日盲紫外光，并用于将日盲紫外光进行光电转换并进行信号的放大，转换后的光电子通过以若干路连续模拟信号输出。
具体地，该光电探测器包括外壳10，外壳10内具有真空腔101，还包括依次间隔设置且与外壳10连接的光阴极20、微通道板组30和多通道阳极40，微通道板组30包括至少两块设于真空腔101内的微通道板(MCP板)；光阴极20用于接收日盲紫外光并产生光电效应，往真空腔101发射光电子；光阴极20、微通道板和阳极40均设有电连接端子60，电连接端子60另一端穿过外壳10，用于与外部电源连接，以在光阴极20与微通道板之间、相邻微通道板之间、微通道板与阳极40之间产生电势差，使得光电子能够在电场的作用下由光阴极20往阳极40的方向运动；微通道板用于接收光电子并产生增殖光电子，以起到放大增强信号的作用；阳极40上具有若干个相互独立的电子接收区41，电子接收区41用于接收由微通道板发出的光电子，由微通道板往阳极40运动的光电子以一定分布特性打在电子接收区41上；阳极40还设有与电子接收区41电连接的引脚43，引脚43用于与外部的模数转换器(ADC)连接。其中，外壳10为陶瓷外壳10。
具体地，通过光阴极20实现将光子转化成光电子，通过设置微通道板组30以实现光电子的增殖，实现了光电信号的放大增强，同时通过阳极40设置相互独立的电子接收区41，并通过设置引脚43以便于将电子接收区41与外部的ADC连接，可以直接将阳极40接收到的连续模拟信号直接传输至外部的ADC。本实施例中的探测器具有以下优点：(1)灵敏度提高(2)空间分辨率提高：采用新的传感器，阳极40的电子接收区41用于采集连续模拟信号，可以实现纳秒级的信号采集，使用时结合高分辨率的ADC输出至信息处理终端，结合数据分析的算法，相对于ICCD需要进行图像信息的转换，可以达到较高的空间分辨率；(2)时间分辨率提高：新的传感器(阳极40)采集结构(若干电子接收区41和引脚43)简单，有利于电路读取，可达到较高的时间分辨率；(4)有利于后期信号处理：使用每帧只有若干个电子接收区41(n个通道数据)，通过简单计算，可转换成1个坐标点，在数据处理的时候可进行边读边做的处理，而不需要单次大量数据处理，因此算法简单，实时性高。
优选地，如图1、2、4所示，阳极40包括绝缘基底42、金属铬镀层和引脚43，金属铬镀层与绝缘基底42相接，绝缘基底42与外壳10连接用于封闭真空腔101，金属铬镀层设于真空腔101内，金属铬镀层上设有均匀分布的电子接收区41。
具体地，阳极40基底与外壳10之间的连接缝隙之间填充有铟，以提高真空密封效果。
具体地，绝缘基底42为陶瓷基底或玻璃基底，基底接近真空腔101的一侧涂覆金属铬镀层，金属铬镀层用于接收光电子，在金属铬镀层上划出几道沟槽，以将金属铬镀层均分为多个电子接收区41，每个电子接收区41为一个数据采集通道，如图4所示，本实施例具有四个电子接收区41。
优选地，该探测器具有入射窗，入射窗设有透光板，透光板与外壳10连接并用于封闭真空腔101，透光板接近真空腔101的一侧设有光阴极20；透光板为玻璃板。
具体地，透光板与外壳10连接缝隙之间填充有铟，以提高真空密封效果。
优选地，为了使得光阴极20与微通道板，相邻微通道板之间，微通道板与阳极40之间产生电势差，以利于光电子的运动，微通道板组30包括第一微通道板31和第二微通道板32；该探测装置还包括抽头式电源，该抽头式电源为多抽头式高压电源，该抽头式电源具有至少6个抽头，每个所述抽头之间具有电压压差；连接于光阴极20的CsO活化涂层的电连接端子60，与第一个抽头连接，且与负压连接，以有利于光电子的溢出；第一微通道板31接近光阴极20的一侧、接近第二微通道板32的一侧分别连接有电连接端子60，且这两个电连接端子60分别与两个抽头连接，使得光阴极20与第一微通道板31之间、第一微通道板31两侧均产生压差，有利于光电子的移动；同理，第二微通道板32两侧也分别通过电连接端子60与两个抽头连接；阳极40通过电连接端子60与抽头连接；通过上述连接，使得在真空腔101内，产生由所述阳极40指向所述光阴极20方向的电场，有利于光电子在电场的作用下由光阴极20运动至阳极40，有利于完成信号的放大与信号的输出。
具体地，如图4所示，第一微通道板31和第二微通道板32的通道倾斜方向相反设置，有利于消除通道对光电子产生的微小位移的影响。
光阴极20用于与外部的第一电源的负极相接；第一微通道板31接近光阴极20的一端用于与外部的第一电源的正极、外部的第二电源的负极相接，第一微通道板31接近第二微通道板32的一端用于与外部的第二电源的正极、外部的第三电源的负极相接；第二微通道板32接近第一微通道板31的一端用于与外部的第三电源的正极相接、外部的第四电源的负极相接，第二微通道板32接近阳极40的一端用于与外部的第四电源的正极、外部的第五电源的负极相接；阳极40用于与外部的第五电源的正极相接。第一块和第二块MCP板的放大倍数都为103倍，综合放大倍数为106倍，后续叠加时放大倍数依次类推。
优选地，本实施例中，光阴极20与第一微通道板31之间具有10V的电势差，第一微通道板31与第二微通道板32之间具有100V的电势差，第二微通道板32与阳极40之间具有50V的电势差。
优选地，光阴极20包括抗反射层和激发层；激发层接近微通道板组30设置；抗反射层的设置有利于将紫外光子吸收至激发层，激发层有利于接收紫外光子受激辐射产生光电子至真空腔101。
优选地，抗反射层为SiO抗反射层，激发层包括依次设置的AlGaAs缓冲层、GaAs活性层、CsO活化涂层，C活化涂层接近微通道板设置；其中，AlGaAs缓冲层、GaAs活性层用于将紫外光子转换成光电子，CsO活化涂层的设置有利于光电子溢出至真空腔101；通过上述各层的叠加设置，可以实现将紫外光子(包括部分其它信号)转换成电子。
优选地，如图4所示，为了收集未成功落至阳极40电子接收区41内的光电子，以提高探测系统的精度，该探测器还包括设于微通道板组30与阳极40之间的补偿电极50，补偿电极50为环形电极，补偿电极50的内壁具有补偿接收面51，补偿接收面51用于接收光电子；补偿电极50用于与外部的ADC电连接以便于将补偿电极50接收到的电子传输至ADC，补偿电极50无需与外部的电源连接也可将移动至电场边界未成功落至阳极40的光电子吸引落至补偿接收面51。
优选地，为了便于收集补偿电极50接收未成功落至阳极40的光电子，与微通道板、阳极40同轴设置，补偿电极50的内径大于或等于所微通道板的直径，便于起到补偿收集光电子且不影响阳极40正常收集电子。
本实施例还提供了一种日盲紫外型探测系统，包括上述方案的日盲紫外型探测器，还包括紫外光采集模块、模数转换器和信息处理终端；日盲紫外型探测器通过引脚43与模数转换器电连接，模数转换器与信息处理终端电连接；紫外光采集模块用于接收紫外光并将紫外光投射于日盲紫外型探测器，日盲紫外型探测器用于将光信号转化成若干路模拟信号并将模拟信号由引脚43传输至模数转换器，模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号并将转换值传入信息处理终端；信息处理终端用于接收转换值并对其进行分析计算以实现对信号源的定位分析。
具体地，模数转换器的具体型号，信息处理终端的计算方法本领域技术人员可以依据实际情况选择确定；本系统通过紫外光采集模块、模数转换器和信息处理终端的配合，能够更好地利用日盲紫外光完成对目标物的定位分析，且该系统具有灵敏度高、空间分辨率高、时间分辨率高、信号分析处理实时性强可通过简单算法实现分析处理的优点。
上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。
Claims (10)
1.日盲紫外型探测器，其特征在于：
包括外壳，还包括依次间隔设置且与所述外壳连接的光阴极、微通道板组和阳极，所述外壳内具有真空腔，所述微通道板组包括至少两块设于所述真空腔内的微通道板；
所述光阴极、所述微通道板和所述阳极均设有电连接端子，所述电连接端子另一端穿过所述外壳，用于与外部电源连接；
所述光阴极用于接收日盲紫外光并产生光电子；所述微通道板用于接收光电子并产生增殖光电子；所述阳极上具有若干个电子接收区，所述电子接收区用于接收由所述微通道板发出的光电子；所述阳极还设有与电子接收区电连接的引脚，所述引脚用于与外部的模数转换器连接。
2.如权利要求1所述的日盲紫外型探测器，其特征在于：
所述阳极包括绝缘基底、金属铬镀层和所述引脚，所述金属铬镀层与所述绝缘基底相接，所述绝缘基底与所述外壳连接用于封闭所述真空腔，所述金属铬镀层设于所述真空腔内，所述金属铬镀层上设有均匀分布的若干所述电子接收区。
3.如权利要求1所述的日盲紫外型探测器，其特征在于：
还包括透光板，所述透光板与所述外壳连接并用于封闭所述真空腔，所述透光板接近所述真空腔的一侧设有所述光阴极。
4.如权利要求1所述的日盲紫外型探测器，其特征在于：
所述微通道板组包括第一微通道板和第二微通道板；还包括抽头式电源，所述抽头式电源包括多个抽头，且每个所述抽头之间具有电压压差，所述光阴极、所述第一微通道板的两侧、所述第二微通道板的两侧和所述阳极分别通过所述电连接端子与不同的所述抽头连接，在所述真空腔内，产生由所述阳极指向所述光阴极方向的电场。
5.如权利要求4所述的日盲紫外型探测器，其特征在于：
所述光阴极与所述第一微通道板之间具有10V的电势差，所述第一微通道板与所述第二微通道板之间具有100V的电势差，所述第二微通道板与所述阳极之间具有50V的电势差。
6.如权利要求1-5任一项所述的日盲紫外型探测器，其特征在于：
所述光阴极包括抗反射层和激发层；所述激发层接近所述微通道板组设置。
7.如权利要求6所述的日盲紫外型探测器，其特征在于：
所述抗反射层为SiO抗反射层，所述激发层包括依次设置的AlGaAs缓冲层、GaAs活性层和CsO活化涂层，所述CsO活化涂层接近所述微通道板设置。
8.如权利要求1-5任一项所述的日盲紫外型探测器，其特征在于：
还包括设于所述微通道板组与所述阳极之间的补偿电极，所述补偿电极为环形电极，所述补偿电极用于与外部的模数转换器电连接；所述补偿电极的内壁具有补偿接收面，所述补偿接收面用于接收光电子。
9.如权利要求8所述的日盲紫外型探测器，其特征在于：
所述补偿电极与所述微通道板、所述阳极同轴设置，所述补偿电极的内径大于或等于所述微通道板的直径。
10.日盲紫外型探测系统，包括如权利要求1-9任一项所述的日盲紫外型探测器，其特征在于：
还包括紫外光采集模块、模数转换器和信息处理终端；
所述紫外光采集模块用于接收紫外光并将紫外光投射于所述日盲紫外型探测器，所述日盲紫外型探测器用于将光信号转化成若干路模拟信号并将模拟信号由引脚传输至所述模数转换器，所述模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号并将转换值传入信息处理终端；所述信息处理终端用于接收所述转换值并对其进行分析计算以实现对信号源的定位分析。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109443534A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-03-08 | 浙江天衡五维电子科技有限公司 | 日盲紫外型探测器和日盲紫外型探测系统 |
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2018
- 2018-12-27 CN CN201822221918.5U patent/CN209264112U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109443534A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-03-08 | 浙江天衡五维电子科技有限公司 | 日盲紫外型探测器和日盲紫外型探测系统 |
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