[发明专利]高度自动化的光电倍增管性能测试装置及测试方法

说明书

一种光电倍增管性能测试装置，包括暗箱、光源系统、高压系统、电子学系统及数据采集和控制系统；其中，暗箱，用于为待测的光电倍增管提供避光和地磁屏蔽环境；光源系统，用于为待测的光电倍增管提供所需的特定波长光源；高压系统，用于为待测的光电倍增管提供所需的直流高压；电子学系统，用于接收和测量光电倍增管的输出信号；数据采集和控制系统，用于控制光电倍增管测试参数的类型和测试仪器设置；控制光源系统的发光强度和频率；控制和监测高压系统为光电倍增管所提供的高压和电流；为电子学系统提供门信号、触发信号和参考时间；读取电子学系统的测量数据；调用分析软件分析测试数据、获取测试参数。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及高性能光电倍增管多参数性能的精确测量。

背景技术

光电传感器是光探测必不可少的器件，其中光电倍增管(Photomultip lierTube，简称PMT)在光分析仪器、相机、正电子湮灭成像、放射免疫检测、质谱仪、激光扫描仪以及工业、环境监测、国防等领域有广泛应用，其技术水平对国民经济和科学技术发展的重要性不言而喻。

尤其在核与粒子物理实验中，高性能PMT可用于粒子飞行时间测量，触发探测器的光信号检测，契伦科夫光探测，以及电磁量能器的光电转换等，其用途之广，需求之大，具有不可替代的作用。在这类科学研究中，仅仅参考产品手册提供的性能参数是不够的，如何选取高性能PMT以满足设计要求是研发面临的一个基本问题。在实际应用中还必须完成以下几方面测试工作：

1)厂商测试标准不符合实验要求。如PMT增益是依据标准光源的光照灵敏度定标，而实验中多采用对探测器特定光信号的积分电荷量定标。

2)同样型号的PMT器件性能有一定差异，厂商无法提供每一只PMT准确的参数。实验需要对每一只PMT器件的性能进行测试，给出综合性能参数。

3)实验对PMT特定参数有要求，厂商无法提供，如：增益非线性，后脉冲信号特性，特定实验环境中的暗噪声计数率等。

为此，需要建立专门的测试装置，以满足科学实验对于PMT性能大批量、快速、精确测量的要求。

具有代表性的现有技术方案是加州大学洛杉矶分校(UCLA)为大亚湾核反应堆中微子实验开发的光电倍增管性能测试装置。大亚湾中微子实验装置由8个中微子探测器和包裹在其周围的水切伦科夫探测器和阻性板室构成，共使用2496只大尺寸(8英寸)低本底PMT探测反电子中微子与质子反应产生的光信号以及环境中本底粒子穿过水切伦科夫探测器产生的切伦科夫光。

该测试装置能够同时对16只PMT性能进行测量，测量具体参数包括：单光电子峰、增益、暗噪声、前后脉冲和信号上升下降时间等。测试平台的控制面板和数据分析面板如图1所示，对于每一项测量，需要人工多次点击控制面板中相应的按钮进行取数和数据分析，直至完成所有参数的测量。

上述现有技术中存在下述问题：

1)现有技术只能对PMT性能进行手动逐项测量，自动化程度需要进一步提高。每一项测量取数结束后，需要手动点击按钮进行数据分析，数据分析结束后，需要手动点击按钮进行下一项测量。增加了测量时间和人工成本，不利于大批量PMT性能检测。

2)由于大亚湾中微子实验中的PMT只从阳极读出信号，现有测量装置只能读出和分析阳极信号，没有对打拿极信号进行读出和分析的模块。而在许多应用中，为了扩展PMT读出线性动态范围，往往需要从PMT阳极和打拿极同时读出信号，这就要求测试系统能够读出和分析打拿极信号。