阅读说明：本技术 一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的方法及系统 (Method and system for rapidly switching photomultiplier of micro-light detector ) 是由 王晶 杨永东 张晓春 于 2019-12-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的方法及系统,其中方法包括：对微光探测器的分压电路增加门控电路；当激光器关闭时,将脉冲低电平信号输入门控电路输入端,通过所述微光探测器的高压电源为所述分压电路的第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差,光电倍增管PMT开启；当激光器开启时,将脉冲高电平信号输入门控电路输入端,切断所述微光探测器的高压电源供电,所述分压电路的第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差为0,光电倍增管PMT关闭。(The invention discloses a method and a system for quickly switching on and off a photomultiplier of a micro-light detector, wherein the method comprises the following steps: a gate control circuit is added to a voltage division circuit of the low-light detector; when the laser is closed, a pulse low-level signal is input into the input end of the gate control circuit, a potential difference is formed among the first multiplying stage, the second multiplying stage and the third multiplying stage of the voltage division circuit through a high-voltage power supply of the micro-light detector, and the photomultiplier tube PMT is opened; when the laser is started, a pulse high-level signal is input to the input end of the gate control circuit, the power supply of a high-voltage power supply of the micro-light detector is cut off, potential difference formed among the first multiplying stage, the second multiplying stage and the third multiplying stage of the voltage division circuit is 0, and the photomultiplier PMT is closed.)

一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的方法及 系统

技术领域

本发明涉及微光检测技术领域，更具体地，涉及一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的方法及系统。

背景技术

在激光光谱试验、荧光测试、拉曼分光、生物DL实验、玻尔兹曼电子温度测试等试验中，作为测试对象的信号是非常微弱的,因此通常采用高灵敏度的光电倍增管作为探测手段。但是作为激发源的光强度往往是很强的，很容易导致光电倍增管阳极输出电流饱和，甚至造成不可逆的损坏。这就需要在激发光作用的时候,要关闭光电倍增管,避免损坏；在需要探测信号光的时候再开启光电倍增管,进行探测。

光电倍增管的***电路由高压电源、分压电路、放大甄别电路、整形电路组成。其中高压电源和分压电路的作用是为光电倍增管的各个倍增极提供电势差，使光电倍增管可以正常工作。

PMT：全称为PhotoMultiplier Tube，即光电倍增管。它是一种能将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。利用外光电效应把入射光子转变为光电信号的探测器。光电倍增管由入射窗、光阴极面、倍增系统和阳极等部分组成。光阴极面在光子的激励下，向真空中发射出电子(外光电效用),在电场作用下，经聚焦极汇集到第一倍增极,这些冲击倍增的电子可以释放更多的电子。然后依次相继经过各倍增极，进行二次电子倍增。最后由末级倍增极发射的二次电子通过阳极输出。

DL：全称为Delay Luminescence，即延迟发光。生物体受到外界激发，例如激光束的激发。再激发结束后，生物也会发射这个宽谱段的光子，并且逐渐衰减。并且在400-800nm的谱段内，能量分布是均匀的。这种激发后较长时间(ms到s的数量级)光子发射称为延迟发光。

现有技术对控制光电倍增管的门控方式，一般有一下两种:

1)控制高压电源

使用光电倍增管时通常需要1-3KV的正高压或者负高压,一般由高压电源模块提供。可以通过控制高压电源模块的供电电源,来达到控制高压的目的。控制高压电源可以达到直接关闭光电倍增管的效果,但是开关延迟响应慢,不能达到快速使用的要求。以北京滨松的CC228P-01为例,开关延迟响应为250ms(MAX)。但是现有方法响应时间过长，难以满足需求。

2)使用光开关

在不需要进行测试的时候，使用光开关截断光路的传输。此种方法固然可以阻止强光对光阴极面的损伤，但是价格昂贵。

因此，需要一种技术，以实现用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的方法。

发明内容

本发明技术方案提供一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的方法及系统，以解决如何对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的方法，所述方法包括：

对微光探测器的分压电路增加门控电路；

当激光器关闭时，将脉冲低电平信号输入门控电路输入端，通过所述微光探测器的高压电源为所述分压电路的第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启；

当激光器开启时，将脉冲高电平信号输入门控电路输入端，切断所述微光探测器的高压电源供电，所述分压电路的第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差为0，光电倍增管PMT关闭。

优选地，所述当激光器关闭时，将脉冲低电平信号输入门控电路输入端，第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启，还包括：

当激光器关闭时，将脉冲低电平信号输入门控电路输入端C，门控电路的快速响应三极管Q1截止，光阴极面P和第一倍增级、第二倍增级以及第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启。

优选地，所述激光器开启时，通过将脉冲高电平信号输入门控电路输入端，第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差为0，光电倍增管PMT关闭，还包括：

所述激光器开启时，通过将脉冲高电平信号输入门控电路输入端，门控电路的快速响应三极管Q1导通，光阴极面P和第一倍增级、第二倍增级以及第三倍增级之间形成电势差为0。

优选地，所述对微光探测器的分压电路增加门控电路，包括：

通过引出所述分压电路的管脚，增加门控电路。

优选地，所述脉冲低电平信号为TTL脉冲低电平信号。

基于本发明的另一方面，提供一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的系统，所述系统包括：

初始单元，用于对微光探测器的分压电路增加门控电路；

开启单元，用于当激光器关闭时，将脉冲低电平信号输入门控电路输入端，通过所述微光探测器的高压电源为所述分压电路的第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启；

关闭单元，用于当激光器开启时，将脉冲高电平信号输入门控电路输入端，切断所述微光探测器的高压电源供电，所述分压电路的第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差为0，光电倍增管PMT关闭。

优选地，所述开启单元用于：当激光器关闭时，将脉冲低电平信号输入门控电路输入端，第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启，还用于：

当激光器关闭时，将脉冲低电平信号输入门控电路输入端C，门控电路的快速响应三极管Q1截止，光阴极面P和第一倍增级、第二倍增级以及第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启。

优选地，所述关闭单元，用于：激光器开启时，通过将脉冲高电平信号输入门控电路输入端，第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差为0，光电倍增管PMT关闭，还用于：

所述激光器开启时，通过将脉冲高电平信号输入门控电路输入端，门控电路的快速响应三极管Q1导通，光阴极面P和第一倍增级、第二倍增级以及第三倍增级之间形成电势差为0。

优选地，所述对微光探测器的分压电路增加门控电路，包括：

通过引出所述分压电路的管脚，增加门控电路。

优选地，所述脉冲低电平信号为TTL脉冲低电平信号。

本发明技术方案提供一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的方法及系统，其中方法包括：对微光探测器的分压电路增加门控电路；当激光器关闭时，将TTL脉冲低电平信号输入门控电路输入端，通过所述微光探测器的高压电源为所述分压电路的第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启；当激光器开启时，将TTL脉冲高电平信号输入门控电路输入端，切断所述微光探测器的高压电源供电，所述分压电路的第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差为0，光电倍增管PMT关闭。本发明技术方案提供了一种应用于光电倍增管的门控电路的设计，对光电倍增管的第一二三倍增极的方法进行控制。实验结果显示，光电倍增管PMT关闭响应时间为40ns，开启响应时间为10uS。快速的响应时间满足了实验的需求，而且价格便宜，易于加装。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的方法流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的平台示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的门控电路结构示意图；

图4为根据本发明优选实施方式的当C端的门控信号为低电平时C端脉冲和DY3处电压值示意图；

图5为根据本发明优选实施方式的当C端的门控信号为高电平时C端脉冲和DY3处电压值示意图；以及

图6为根据本发明优选实施方式的一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的方法流程图。本申请实施方式可以在不破坏原有电路的情况下，仅仅引出相应的倍增级管脚，对分压分压电路加装门控电路，即可使探测器实现门控功能。本申请的门控电路通过外部TTL脉冲来控制PMT前三个倍增级的电势差，进而控制光电倍增管PMT的使能和失能，具有响应速度快、消光比高，操作灵活的优点。本申请提供的一种应用于光电倍增管的门控电路的设计，该门控电路基于CR110型PMT设计，采用控制光电倍增管的第一二三倍增极的方法进行控制。实验结果显示，PMT关闭响应时间为40ns，开启响应时间为10uS。快速的响应时间满足了实验的需求，而且价格便宜，易于加装。如图1所示，本申请提供一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的方法，方法包括：

优选地，在步骤101：对微光探测器的分压电路增加门控电路。优选地，对微光探测器的分压电路增加门控电路，包括：通过引出分压电路的管脚，增加门控电路。本申请可以在不破坏原有电路的情况下，仅仅引出相应的倍增级管脚，对分压分压电路加装门控电路，即可使探测器实现门控功能。

优选地，在步骤102：当激光器关闭时，将TTL脉冲低电平信号输入门控电路输入端，通过微光探测器的高压电源为分压电路的第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启。

优选地，当激光器关闭时，将TTL脉冲低电平信号输入门控电路输入端，第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启，还包括：当激光器关闭时，将TTL脉冲低电平信号输入门控电路输入端C，门控电路的快速响应三极管Q1截止，光阴极面P和第一倍增级、第二倍增级以及第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启。

本申请中对光电倍增管PMT门控操作起到作用的是分压电路中的门控设计，如附图3所示。+HV为高压电源输入端，DY1、DY2、DY3…DYn为分压器的倍增级，R1、R2、R3…Rn为分压电阻。以上组成了光电倍增管PMT的分压电路。三极管Q1、二极管D1、加速电容C1、电阻R6、电阻R7共同构成了门控电路。三极管Q1的发射极和集电极分别连接光阴极面P和第三倍增极DY3，C端为门控信号的输入端。

本申请当C端的门控信号为低电平时，三极管Q1截止，光阴极面P、DY1、DY2、DY3之间的电势差正常。光阴极面产生的电子在电场的作用下进行加速以及倍增，此时PMT导通。PMT的响应时间约为10uS，如附图4所示，A1为C端脉冲，A2为DY3处电压值。本申请为观测方便，C端信号反向显示。

本申请的门控电路通过外部TTL脉冲来控制光电倍增管PMT前三个倍增级的电势差，进而控制光电倍增管PMT的使能和失能，具有响应速度快、消光比高，操作灵活的优点。

优选地，在步骤103：当激光器开启时，将TTL脉冲高电平信号输入门控电路输入端，切断微光探测器的高压电源供电，分压电路的第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差为0，光电倍增管PMT关闭。

优选地，激光器开启时，通过将TTL脉冲高电平信号输入门控电路输入端，第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差为0，光电倍增管PMT关闭，还包括：激光器开启时，通过将TTL脉冲高电平信号输入门控电路输入端，门控电路的快速响应三极管Q1导通，光阴极面P和第一倍增级、第二倍增级以及第三倍增级之间形成电势差为0。

本申请当C端的门控信号为高电平时，三极管Q1导通，光阴极面P、DY1、DY2、DY3之间的电势差为零，光阴极面产生的电子不能被加速，从而达到关断光电倍增管PMT的目的。光电倍增管PMT的响应时间约为40nS，如附图5所示，B1为C端脉冲，B2为DY3处电压值。本申请为观测方便，C端信号反向显示。

本申请的倍增级间的电势差变化如下表所示：

图6为根据本发明优选实施方式的一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的系统结构图。如图6所示，本申请提供一种用于对微光探测器的光电倍增管进行快速开关的系统，系统包括：

初始单元601，用于对微光探测器的分压电路增加门控电路。优选地，对微光探测器的分压电路增加门控电路，包括：通过引出分压电路的管脚，增加门控电路。本申请可以在不破坏原有电路的情况下，仅仅引出相应的倍增级管脚，对分压分压电路加装门控电路，即可使探测器实现门控功能。

开启单元602，用于当激光器关闭时，将TTL脉冲低电平信号输入门控电路输入端，通过微光探测器的高压电源为分压电路的第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启。

优选地，开启单元602用于：当激光器关闭时，将TTL脉冲低电平信号输入门控电路输入端，第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启，还用于：当激光器关闭时，将TTL脉冲低电平信号输入门控电路输入端C，门控电路的快速响应三极管Q1截止，光阴极面P和第一倍增级、第二倍增级以及第三倍增级之间形成电势差，光电倍增管PMT开启。

本申请中对光电倍增管PMT门控操作起到作用的是分压电路中的门控设计，如附图3所示。+HV为高压电源输入端，DY1、DY2、DY3…DYn为分压器的倍增级，R1、R2、R3…Rn为分压电阻。以上组成了光电倍增管PMT的分压电路。三极管Q1、二极管D1、加速电容C1、电阻R6、电阻R7共同构成了门控电路。三极管Q1的发射极和集电极分别连接光阴极面P和第三倍增极DY3，C端为门控信号的输入端。

本申请当C端的门控信号为低电平时，三极管Q1截止，光阴极面P、DY1、DY2、DY3之间的电势差正常。光阴极面产生的电子在电场的作用下进行加速以及倍增，此时PMT导通。PMT的响应时间约为10uS，如附图4所示，A1为C端脉冲，A2为DY3处电压值。本申请为观测方便，C端信号反向显示。

本申请的门控电路通过外部TTL脉冲来控制光电倍增管PMT前三个倍增级的电势差，进而控制光电倍增管PMT的使能和失能，具有响应速度快、消光比高，操作灵活的优点。

关闭单元603，用于当激光器开启时，将TTL脉冲高电平信号输入门控电路输入端，切断微光探测器的高压电源供电，分压电路的第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差为0，光电倍增管PMT关闭。

优选地，关闭单元603，用于：激光器开启时，通过将TTL脉冲高电平信号输入门控电路输入端，第一倍增级、第二倍增级和第三倍增级之间形成电势差为0，光电倍增管PMT关闭，还用于：

激光器开启时，通过将TTL脉冲高电平信号输入门控电路输入端，门控电路的快速响应三极管Q1导通，光阴极面P和第一倍增级、第二倍增级以及第三倍增级之间形成电势差为0。

本申请当C端的门控信号为高电平时，三极管Q1导通，光阴极面P、DY1、DY2、DY3之间的电势差为零，光阴极面产生的电子不能被加速，从而达到关断光电倍增管PMT的目的。光电倍增管PMT的响应时间约为40nS，如附图5所示，B1为C端脉冲，B2为DY3处电压值。本申请为观测方便，C端信号反向显示。

本申请的倍增级间的电势差变化如下表所示：

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。