CN202003946U - 一种光电倍增管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能够应用于自然伽玛能谱测井仪的光电倍增管，入射光窗采用端窗式结构，入射光窗的弧形内壁镀有光阴极材料；第一基板(M)和第二基板(N)为相互平行的板体，且分别开有对称的狭缝孔，倍增级通过狭缝孔夹在第一基板(M)和第二基板(N)之间；阳极(A)位于末级和次末级倍增级之间；电子网状接收器设置于入射光窗和第一基板(M)、第二基板(N)之间，电子网状接收器的盘体外沿通过至少三个U型弹片推顶到玻璃内壳的内壁上；倍增级、阳极(A)分别引出金属导线柱穿过玻璃内壳底面接入分压器板中；分压器板紧贴在玻璃内壳底面外侧，将玻璃内壳连同分压器板一起封装在不锈钢外壳中，玻璃内壳与不锈钢外壳之间填充液体氟橡胶；分压板上的引出线穿过不锈钢外壳引出。

Description

一种光电倍增管

技术领域

本实用新型涉及放射性测量技术领域，具体涉及一种能够应用于自然伽玛能谱测井仪的光电倍增管。

背景技术

在石油勘探电缆传输数控***的测井过程中，井下自然伽玛能谱测井仪的测井速度明显低于***其它井下仪器。这是因为自然伽玛探测器的探测效率很低，因此要提高自然伽玛能谱测井仪的测井速度不是一件简单的事情。一旦***挂接了自然伽玛能谱仪器，就直接决定了所有其他井下仪器的测井速度，延长了测井时间，从人力、物力上提高了测井成本。

光电倍增管是自然伽玛能谱测井仪探测器的关键部件。但是现有的光电倍增管体积不够小巧，不适用于测井仪狭小空间的探测器设计。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种能够应用于自然伽玛能谱测井仪的光电倍增管，通过结构的改进使得光电倍增管体积减小，适用于测井仪所处的狭小空间；进一步地，二次电子倍增***和阳极设计，能够提高脉冲输出线性，提供良好的时间分辨率和脉冲均匀性，可输出大的脉冲线性电流。

该方案是这样实现的：

一种光电倍增管，包括：不锈钢外壳、玻璃内壳、采用蓝宝石制成的入 射光窗、光阴极K、电子网状接收器、U型弹片、第一基板M和第二基板N、倍增级D1～D10、阳极A、氟橡胶填充物、分压器板及其引出线；

玻璃内壳为具有底面的管体，入射光窗固接在该管体的开口处，形成端窗式的入射光窗，玻璃内壳与入射光窗固接后密封抽真空；入射光窗朝向玻璃内壳内部的一面为弧形内壁，高温双碱材料镀于该弧形内壁形成光阴极K；

第一基板M和第二基板N为相互平行的长方形板体，板体一侧固定在玻璃内壳底面内侧；第一基板M和第二基板N上分别开有对称的狭缝孔，倍增级D1～D10采用瓦片式倍增级，通过狭缝孔固定在第一基板M和第二基板N之间，且倍增级D1～D10组成非直线聚焦结构；阳极A通过狭缝孔固定在第一基板M和第二基板N上，且位于末级倍增级和次末级倍增级之间；

电子网状接收器作为采用栅网状聚焦结构的汇聚级，其设置于入射光窗和第一基板M，第二基板N之间，电子网状接收器的盘体外沿通过至少三个U型弹片推顶到玻璃内壳的内壁上，使得电子网状接收器盘体固定；电子网状接收器与第1倍增级D1连接；

倍增级D1～D1、阳极A、光阴极K分别引出金属导线柱穿过玻璃内壳底面接入分压器板中；

分压器板紧贴在玻璃内壳底面外侧，将玻璃内壳连同分压器板一起封装在不锈钢外壳中，玻璃内壳与不锈钢外壳之间填充液体氟橡胶，形成氟橡胶填充物；分压器板上的引出线穿过不锈钢外壳引出光电倍增管外。

较佳地，所述分压器板包括串联的电阻R1～R11，R9、R10和R11分别并联电容C1、C2和C3；R1未连接R2的一端连接光阴极K且由此加载负高压-HV，R_n和R_n+1的连接处接倍增级D_n，n＝1，2，......10；R11未连接R10的一端连接地电位GND；阳极A直接输出。

其中，R1取值6MΩ，R2取值4MΩ，R3～R11取值2MΩ，C1～C3取值0.01μF。

根据以上技术方案可见，本实用新型能够带来如下有益效果：

(1)本实用新型的入射光窗采用端窗式结构，通过管壳顶部接收入射光，端窗结构能够减小整个光电倍增管的体积，可适用于测井仪狭小空间的探测器设计。这种小型的光电倍增管可用于与Φ62.0mm大晶体耦合，设计制造出满足自然伽玛能谱测井仪要求的高性能探测器，探测效率高，工作稳定，提高了整机的测井速度和测量精度。

(2)电子学输入***设计：采用栅网状聚焦结构的汇聚极，即电子网状接收器，可以保证光阴极发射的光电子最大程度上被二次电子倍增***收集。

(3)二次电子倍增***和阳极设计：二次电子倍增***为了提高了脉冲输出线性，而采用了阳极接地的标准分压方式。该设计可以提供良好的时间分辨率和脉冲均匀性，可输出大的脉冲线性电流。

(4)阳极位于末极倍增极和次末极之间，便于末极电子能被阳极完全接收。

(5)本实用新型采用了抗振设计，包括所有倍增极和阳极固定在两块陶瓷基板M、N上，电子网状接收器通过U型弹片支撑在玻璃内壳内壁，且不锈钢封壳与玻璃内壳间填充氟橡胶，这些部分的设计能够实现组件的抗振，从而提高整个光电倍增管的抗振性能。

附图说明

图1为本实用新型光电倍增管的结构示意图。

图2为第一基板M和第二基板N在光电倍增管所处位置的示意图。

图3为第一基板M和第二基板N及其上倍增级的连接立体示意图。

图4为电子网状接收器与玻璃内壳连接关系的示意图。

图5为本实用新型光电倍增管中分压器板的电路图。

其中，1-玻璃内壳，2-入射光窗，3-电子网状接收器，5-U型弹片，6-氟橡胶填充物，7-不锈钢外壳，8-分压器板，9-引出线，K-光阴极，A-阳极，D1～D10-倍增级，M、N-基板。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

光电倍增管是一种电真空器件，它的工作原理是建立在光电效应，二次电子发射和电子光学的理论基础上的，其工作原理是：光子入射到光阴极K上产生光电子，光电子通过电子学输入***(聚焦***)进入二次电子倍增***，电子得到倍增，通过阳极A把电子收集起来，形成阳极电流或电压输出。

本实用新型是对现有光电倍增管的改进，改进主要在于：通过入射光窗的结构改进从而减小整个光电倍增管的体积，对二次电子倍增***进行改进，且重新进行了外形尺寸设计。

如图1所示，本实用新型的光电倍增管包括：不锈钢外壳7、玻璃内壳1、入射光窗2、光阴极K、电子网状接收器3、U型弹片5、第一基板M和第二基板N、倍增级D1～D10、阳极A、氟橡胶填充物6、分压器板8及其引出线9。

(1)入射光窗设计：

玻璃内壳1为具有底面的管体，入射光窗2固接在该管体的开口处，形成端窗式的入射光窗，从而通过管壳顶部接收入射光，其对应的阴极结构形式为透射式(半透明)的光电极。入射光窗材料采用蓝宝石(AL2O3)，其紫外线的透过率处于透紫玻璃和合成石英之间，短波截止波长可达150nm。

本实用新型的端窗结构可适用于测井仪狭小空间的探测器设计，而采用蓝宝石光窗能保证良好的透过率，而且硬度较大，可以提供足够的耦合强度，有利于抗振设计。

(2)光阴极设计：

玻璃内壳1与入射光窗2固接后密封抽真空，形成真空玻璃体。入射光窗2朝向玻璃内壳1内部的一面为弧形内壁，高温双碱材料镀于该弧形内壁形成光阴极K。

本实用新型的光阴极采用高温双碱(Sb-Na-Cs)材料，灵敏度较高，热电子发射小，与NaI(Tl)闪烁体的发光光谱一致。其特点是：可耐150℃高温，可保证高温情况下的光电子输出。

(3)二次电子倍增***和阳极设计：

如图2和图3所示，第一基板M和第二基板N为相互平行的长方形板体，材料可以选用陶瓷。板体一侧固定在玻璃内壳1底面内侧，使得板体法线与玻璃内壳1轴线相垂直。

第一基板M和第二基板N上分别开有对称的狭缝孔，倍增级D1～D10采用瓦片式倍增级，通过狭缝孔夹在第一基板M和第二基板N之间，且倍增级D1～D10组成非直线聚焦结构；阳极A也采用与倍增级相同的方式固定在第一基板M和第二基板N上，且位于末级倍增级和次末级倍增级之间。

本实用新型中二次电子倍增***为了提高脉冲输出线性，采用锥形分压比 形式3∶2∶1——1。该设计可以提供良好的脉冲输出线性。

(4)电子学输入***设计：

本实施例采用栅网状聚焦结构的汇聚极，即电子网状接收器3。电子网状接收器3设置于入射光窗2和第一基板M、第二基板N之间。如图4所示，电子网状接收器3为圆盘形结构，盘体外沿通过4个U型弹片5推顶到玻璃内壳1的内壁上，使得电子网状接收器3盘体固定。U型弹片5的使用量至少为3个，当然也可以使用多于4个的U型弹片5。

本实用新型采用栅网状聚焦结构可以保证光阴极发射的光电子最大程度上被二次电子倍增***收集。

(5)分压器板设计：

倍增级D1～D10、阳极A分别引出金属导线柱穿过玻璃内壳1的底面接入分压器板8中，第1倍增级D1进一步与电子网状接收器3相连。分压器板8紧贴在玻璃内壳1底面外侧。光电倍增管玻璃体底部将会有18个金属导线柱，其中10个柱连接10个倍增极，1个柱连接光阴极K，1个柱连接R11未连接R10的另一端，1个连接阳极A，这些金属导线柱。剩余空柱中2个用于连接基板M、N，用于固定基板。其余空柱悬空。

图5为本实施例中分压器板8的电路图。如图5所示，分压器板8包括串联的电阻R1～R11，R9、R10和R11分别并联电容C1、C2和C3。R1未连接R2的一端由此加载负高压(-HV)，R_n和R_n+1的连接处接倍增级D_n，n＝1，2，......10；R11未连接R10的一端连接地电位(GND)；阳极A信号直接输出。

其中，R1取值6MΩ，R2取值4MΩ，R3～R11取值2MΩ，C1～C3取值0.01μF。本发明采用3∶2∶1——1的锥形分压方式，有助于提高脉冲信号的输出线性，C1～C3的加载是为了抑制末几极的电压下降，增强线性。

(6)抗振设计：

将玻璃内壳1连同分压器板8一起封装在不锈钢外壳7中，玻璃内壳1与不锈钢外壳7之间填充液体氟橡胶，形成氟橡胶填充物6；分压板8上的引出线9穿过不锈钢外壳7引出。

本实用新型通过氟橡胶填充物吸收玻璃内壳向玻璃内壳传递的振动能量，从而达到抗振效果。

(7)外形尺寸设计：

本实用新型不锈钢外壳7的尺寸可以设计为：长为125.0±2.0mm，，直径为69.9mm±1.0mm。这种外形尺寸的设计主要为了满足自然伽玛能谱测井仪内部狭小空间的需要。

本实用新型的工作过程：

光电倍增管通过入射光窗2接收入射光，在光阴极K上激发出光电子，到达电子网状接收器3之后，送到第1倍增极D1，在D1上发射次级电子，依次将电子送到第2级～第10级倍增极D2～D10，最后由阳极A收集电子并输出信号。

目前，本实用新型的光电倍增管已应用于Gallop-07型自然伽玛能谱测井仪探测器的设计中，经实验室参数测试探测器达到了如下技术指标：

●常温特性：

Cs-137分辨率：R＜10％；

线性：小于1.5％(Ra-226 Th-232 2615kev)；

增益要求：104(高压小于1050V)；

●高温特性(150℃)：

Cs-137分辨率：R＜13％；

噪声增加：在30Kev～40Kev之间，不超过±150cps；

在40Kev～80Kev之间，不超过±150cps；

线性：在常温特性的基础上变化小于1％；

探测器满足仪器设计指标要求，Gallop-07型自然伽玛能谱测井仪经实测井验证技术性能满足设计规格书要求。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光电倍增管，其特征在于，包括：不锈钢外壳(7)、玻璃内壳(1)、采用蓝宝石制成的入射光窗(2)、光阴极(K)、电子网状接收器(3)、U型弹片(5)、第一基板(M)和第二基板(N)、倍增级D1～D10、阳极(A)、氟橡胶填充物(6)、分压器板(8)及其引出线(9)；

玻璃内壳(1)为具有底面的管体，入射光窗(2)固接在该管体的开口处，形成端窗式的入射光窗，玻璃内壳(1)与入射光窗(2)固接后密封抽真空；入射光窗(2)朝向玻璃内壳(1)内部的一面为弧形内壁，高温双碱材料镀于该弧形内壁形成光阴极(K)；

第一基板(M)和第二基板(N)为相互平行的长方形板体，板体一侧固定在玻璃内壳(1)底面内侧；第一基板(M)和第二基板(N)上分别开有对称的狭缝孔，倍增级D1～D10采用瓦片式倍增级，通过狭缝孔固定在第一基板(M)和第二基板(N)之间，且倍增级D1～D10组成非直线聚焦结构；阳极(A)通过狭缝孔固定在第一基板(M)和第二基板(N)上，且位于末级倍增级和次末级倍增级之间；

电子网状接收器(3)作为采用栅网状聚焦结构的汇聚级，其设置于入射光窗(2)和第一基板(M)，第二基板(N)之间，电子网状接收器(3)的盘体外沿通过至少三个U型弹片(5)推顶到玻璃内壳(1)的内壁上，使得电子网状接收器(3)盘体固定；电子网状接收器(3)与第1倍增级D1连接；

倍增级D1～D1、阳极(A)、光阴极(K)分别引出金属导线柱穿过玻璃内壳(1)底面接入分压器板(8)中；

分压器板(8)紧贴在玻璃内壳(1)底面外侧，将玻璃内壳(1)连同分压器板(8)一起封装在不锈钢外壳(7)中，玻璃内壳(1)与不锈钢外壳(7)之间填充液体氟橡胶，形成氟橡胶填充物(6)；分压器板(8)上的引出线(9) 穿过不锈钢外壳(7)引出光电倍增管外。

2.如权利要求1所述的光电倍增管，其特征在于，所述分压器板(8)包括串联的电阻R1～R11，R9、R10和R11分别并联电容C1、C2和C3；R1未连接R2的一端连接光阴极(K)且由此加载负高压-HV，R_n和R_n+1的连接处接倍增级D_n，n＝1，2，......10；R11未连接R10的一端连接地电位GND；阳极(A)、直接输出。

3.如权利要求2所述的光电倍增管，其特征在于，R1取值6MΩ，R2取值4MΩ，R3～R11取值2MΩ，C1～C3取值0.01μF。

4.如权利要求1或2或3所述的光电倍增管，其特征在于，不锈钢外壳(7)的长为125.0±2.0mm，直径为69.9±1.0mm。 

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