光电倍增管老化测试台设计

2022-09-10

应用背景介绍:光电倍增管 (PMT) 是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。典型的光电倍增管如图1所示, 在真空管中, 包括光电发射阴极 (光阴极) 和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极 (阳极) 的器件。当光照射光阴极时, 光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统, 通过进一步的二次发射得到倍增放大。放大后的电子被阳极收集作为信号输出。因为采用了二次发射倍增系统, 光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。光电倍增管还有快速响应、成本底、大面积阴极等特点。

在很多领域都有广泛的应用, 比如紫外/可见/近红外分光光度计, 原子吸收分光光度计, 拉曼分光光度计, 固体表面分析, 环境监测, 尘埃粒子计数器, 浊度计, 细胞分类, 等离子体探测, 荧光寿命测定, 恒星及星际尘埃散乱光的测定, 细胞分类, 正电子CT, 石油测井应用, 契伦柯夫计数器, 中微子、正电子衰变实验, 宇宙线检测等等。

光电倍增管的失效和老化特性目前没有很好的方法, 本文根据特性设计出一套装备。利用此装备可以测得该管的试验数据, 从而进行分析。

主要测试指标:根据管子所需, 进行管子的电流、电压、光强度、温度等这几个方面, 也可自动调用已设定好的参数进行老化。比如表1。

1 总体设计

1.1 系统总体结构及原理分析

老化台的总体结构, 主要包括几大模块, 高压部分为光电管的工作模块, 其他主要由主控模块等弱电模块构成。

1.2 模块功能分析

A/D和D/A转换部分, 主要是解决主控部分和老化台之间即强电和弱电之间的接口问题及信号传输问题, A/D转换主要采样工作的各个参数, 能够及时准确的传输到主控模块中去, 且要注意干扰的隔离和削减。D/A转换按需要操作的信号转换为模拟量, 进行所需的控制。显示模块主要采用大屏幕的LCD, 作到汉字显示, 可视化好, 方便操作人员的操作, 一般的技术人员在说明书的指导下, 能够独立的进行操作。通信和打印主要是能够保存数据用。报警主要对异常情况进行警示, 并且能够自行中断, 并保留异常的原因。电源主要给整个主控系统供电用。键盘给操作人员操作用。

2 硬件设计

2.1 原理框图 (图1)

2.2 主要功能模块及原理描述

(1) 单片机系统。

单片机采用AT89C52。它片内有8KB的ROM, 256字节的RAM以及有32个I/O口。P1口与闪存TMS28F512A-15C4FML和显示、报警电路连接;P0口用作数据线;P0口接8279用作4×5键盘;P3口用于读写控制和中断。

(2) 键盘电路。

键盘接口电路用8279芯片接口接成4×5结构, 共20个键, 两个空键, 为以后扩展用。其中数字键10个, “↑”键1个, “↓”键1个, “阅读”键1个, “回退”键1个, “打印”键1个, “通信”键1个, “执行”键1个, “清除”键1个。有2个键暂时未用。

“阅读”键:操作员可以通过此键查询当前的各个参数老化的情况如时间等。

“通信”键:当需要PC通信时, 作为启动用。

(3) 显示电路。

显示部分采用320x240 LCD显示, 该模块是内置SED1335控制器的液晶显示模块 (LCM) , 它由CCFT背光、SED1335控制器、32K×8SRAM、驱动单元 (U1~U7) 、液晶板等部分组成。SED1335等具有较强功能的I/O缓冲器、较强的管理显示存储器的能力 (有160种内部字符发生器, 并能分区管理64K的显示存储器) 和闪烁显示、点位移等特性。根据SED1335的电路特性, AT89C52单片机与L MBGA_032_49CK_模块的接口电路如图2所示。SED1335等的读写控制信号RD、WR分别由AT89C52的读写控制信号RD、WR控制。AT89C52的P0口与LMBGA_032_49CK_模块的三态数据总线DB0~DB7连接。对比度调节电压VO由电位器的中心端提供, 可以调节液晶显示的对比度。