PMT使用注意指南：照顧到它這4個(gè)小性子就妥兒啦，這篇文章的知識(shí)點(diǎn)不知道大家吸收得怎么樣啦？還記得從“潔癖、脆弱、敏感、挑剔”等角度來(lái)說(shuō)應(yīng)該怎么對(duì)待我們光電探測(cè)屆的“王者”光電倍增管么？

今天，小編在此基礎(chǔ)上，為大家搞來(lái)精心整理了一篇光電倍增管使用注意指南2，一次性從磁場(chǎng)、電場(chǎng)、溫度、濕度、氦氣、輻射、氣壓，7個(gè)角度來(lái)跟大家嘮嘮光電倍增管使用“不翻車(chē)指南”。

磁場(chǎng)

磁場(chǎng)對(duì)光電倍增管的影響主要是影響電子的飛行軌跡，其中影響的大小，主要取決于磁場(chǎng)的方向。并且不同的光電倍增管結(jié)構(gòu)受到的影響各不相同，一般而言，從陰極到第一倍增級(jí)的距離越長(zhǎng)，光電倍增管就越容易受到影響，因此端窗型的光電倍增管和大口徑的光電倍增管在使用時(shí)應(yīng)該特別注意磁場(chǎng)的影響。

   ▲ 圖1 與光電倍增管管軸垂直磁場(chǎng)的影響曲線(xiàn)

其中，磁場(chǎng)方向的不同，對(duì)光電倍增管的影響各不相同，不同磁場(chǎng)方向的影響可以參考下圖。

   ▲ 圖2 不同磁場(chǎng)方向?qū)怆姳对龉茌敵龅挠绊?/p>

所以為了降低磁場(chǎng)對(duì)光電倍增管的影響，我們可以采取磁屏蔽。利用磁場(chǎng)在高導(dǎo)磁率物體內(nèi)側(cè)變?nèi)醯男再|(zhì)，可以得到一個(gè)較好的磁屏蔽效果，最簡(jiǎn)單的方法就是采用坡鏌合金的套筒進(jìn)行磁屏蔽。

   ▲ 圖3 有磁屏蔽后的輸出變化率

其中，磁屏蔽筒距離陰極面的距離，也會(huì)影響光電倍增管。具體影響可以參考下圖。

   ▲ 圖4 磁屏蔽筒到陰極面之間的距離對(duì)陽(yáng)極輸出影響

以上磁場(chǎng)對(duì)光電倍增管的影響都是在直流磁場(chǎng)中。對(duì)于在交流磁場(chǎng)中，如果磁場(chǎng)頻率高時(shí)，會(huì)引起屏蔽度的下降，特別是在壁厚的區(qū)域屏蔽度下降會(huì)更明顯，在1-10 KHz的高頻磁場(chǎng)中，希望可以使用0.05-0.1毫米左右的磁屏蔽材料。因此，磁屏蔽筒的厚度設(shè)計(jì)必須兼顧飽和磁通密度和頻率特性。

   ▲ 圖5 磁屏蔽筒的頻率特性

如下圖所示，是各種光電倍增管的磁特性以及使用磁屏蔽筒時(shí)的屏蔽效果。

在使用磁屏蔽筒時(shí)會(huì)受到機(jī)械外力，造成里面光電倍增管的損壞。因此，在設(shè)計(jì)磁屏蔽筒時(shí)，屏蔽筒的直徑要比光電倍增管的直徑大一點(diǎn)，盡量將光電倍增管和屏蔽筒同軸心，可以使用絕緣的軟帶包裹光電倍增管然后封裝在磁屏蔽筒中。

電場(chǎng)

當(dāng)陰極對(duì)地處于負(fù)電位時(shí)，最好不要讓有地電位的導(dǎo)體接觸光電倍增管外殼，否則會(huì)干擾其電位穩(wěn)定。如果使用金屬屏蔽就會(huì)引起管內(nèi)表面的放電，增加光電倍增管的暗電流，為了消除這一影響，建議和光電倍增管外殼接觸的材料與陰極同電位，一般是采用側(cè)管外壁涂覆導(dǎo)電層并加上電位的方式。下圖就是電位對(duì)陰極電位變化時(shí)的暗電流變化情況，顯而易見(jiàn)，對(duì)陰極的電位差越大，暗電流越大。

另外，一般探頭的外殼都是接地的，如果光電倍增管外殼周?chē)薪拥仉娢坏膶?dǎo)電物質(zhì)，可能會(huì)導(dǎo)致暗電流的增加，但是這個(gè)影響會(huì)隨著距離而變化。下圖就是光電倍增管和接地電位之間距離與暗電流的變化情況，可以看出，如果距離大于4毫米以上，則暗電流基本沒(méi)有變化。

溫度

與普通的電子器件相比，光電倍增管更容易受到周?chē)鷾囟鹊挠绊憽Ｒ虼嗽谑褂眠^(guò)程中，需要嚴(yán)格控制溫度，降低溫度對(duì)光電倍增管使用的影響。溫度主要影響光電倍增管的靈敏度和暗電流。溫度對(duì)靈敏度的影響可以分為兩個(gè)部分：對(duì)陰極靈敏度的影響和對(duì)倍增級(jí)靈敏度的影響。陰極靈敏度的溫度特性既與波長(zhǎng)有關(guān)，并且也與光陰極面的種類(lèi)有關(guān)，且在長(zhǎng)波限的臨界波長(zhǎng)附近溫度系數(shù)的值從負(fù)到正有很大的變化。但是倍增級(jí)的溫度特性幾乎和波長(zhǎng)、電壓無(wú)關(guān)。

    ▲ 圖6 光電倍增管的光陰極類(lèi)型和相應(yīng)的溫度系數(shù)

在低溫下使用透射型光電倍增管時(shí)，光陰極表面電阻的增加會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)陰極電流飽和效應(yīng)，導(dǎo)致輸出線(xiàn)性的減少。

   ▲ 圖7 透射型光陰極的陰極飽和電流與溫度的關(guān)系

由于光電倍增管的陰極面材料使用的都是金屬逸出功比較低的材料，所以溫度對(duì)暗電流的影響比較大。尤其是在微弱光探測(cè)中，對(duì)光電倍增管進(jìn)行冷卻，降低暗電流是提高信噪比的最有效辦法。如果一定要在高溫下使用光電倍增管，我們推薦使用耐高溫型的光電倍增管。

   ▲ 圖8 不同陰極面材料的陽(yáng)極暗電流與溫度的關(guān)系

光電倍增管的靈敏度即使是在室溫下放置也會(huì)有些變化，主要是由于溫度激活光陰極和倍增級(jí)面的堿金屬移動(dòng)所致，溫度越高，靈敏度變化越快，所以盡可能在室溫和室溫以下保存。

濕度

濕度對(duì)光電倍增管的影響，主要會(huì)引起玻璃芯柱表面漏電流的增加，而且管腳表面的生銹也會(huì)導(dǎo)致接觸不良，另外可能會(huì)引起透紫玻璃的透過(guò)率下降，所以必須要保存在干燥的地方。其次，管腳表面臟也會(huì)引起管腳生銹和漏電流的增加，所以不要直接用手接觸玻璃芯柱、管腳、塑料管基的陽(yáng)極管針周?chē)绻形畚铮梢允褂脽o(wú)水乙醇進(jìn)行清潔。

氦氣

光電倍增管是真空電子器件，由于氦氣能夠透過(guò)玻璃，導(dǎo)致管內(nèi)氣體的增加，導(dǎo)致暗電流的增加。同時(shí)，氣壓的變壞可能會(huì)引起放電，影響光電倍增管的壽命。將一個(gè)具有石英管殼的光電倍增管放在一個(gè)大氣壓的氦氣中，大約經(jīng)過(guò)30分鐘，就可以看到后脈沖急劇增加，因而不能使用，所以要特別注意氦氣對(duì)光電倍增管的影響，為了減少影響，最好將光電倍增管保存在無(wú)氦氣的環(huán)境中。

  ▲ 圖9 管殼材料和滲入管內(nèi)氦氣分壓強(qiáng)的變化

輻射

當(dāng)光電倍增管工作在強(qiáng)輻射場(chǎng)中，會(huì)引起各種輻照效應(yīng)，影響光電倍增管的正常工作，輻射會(huì)導(dǎo)致窗材透過(guò)率的降低，使得靈敏度降低，其中，某些透紫外光窗材料經(jīng)過(guò)輻照后，透過(guò)率會(huì)顯著降低。同時(shí)，窗材也會(huì)因?yàn)檩椪斩a(chǎn)生切倫科夫輻射和熒光，導(dǎo)致本底噪聲的增加。因此，如果是在輻照環(huán)境下使用光電倍增管，盡量添加屏蔽措施，降低影響。

氣壓

光電倍增管不僅可以使用在一個(gè)大氣壓的環(huán)境下，也可以使用在減壓環(huán)境中，但是由于氣壓的變化可能會(huì)引起光電倍增管內(nèi)部引線(xiàn)之間的放電。一般的光電倍增管的內(nèi)部真空度為10的負(fù)5次方帕，所以為了不引起放電，引出管腳電極之間需要保持足夠的距離。另外，光電倍增管外部的管基及管座的電極引線(xiàn)部分的設(shè)計(jì)也是考慮了在一個(gè)大氣壓及真空環(huán)境下都不會(huì)引起放電。但是，在100-1000帕氣壓下最容易放電，所以在這個(gè)范圍內(nèi)使用時(shí)，需要注意高壓部分的設(shè)計(jì)和線(xiàn)纜的設(shè)計(jì)。

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