磁场
▲ 图1 与光电倍增管管轴垂直磁场的影响曲线
其中,磁场方向的不同,对光电倍增管的影响各不相同,不同磁场方向的影响可以参考下图。
▲ 图2 不同磁场方向对光电倍增管输出的影响
所以为了降低磁场对光电倍增管的影响,我们可以采取磁屏蔽。利用磁场在高导磁率物体内侧变弱的性质,可以得到一个较好的磁屏蔽效果,最简单的方法就是采用坡镆合金的套筒进行磁屏蔽。
▲ 图3 有磁屏蔽后的输出变化率
其中,磁屏蔽筒距离阴极面的距离,也会影响光电倍增管。具体影响可以参考下图。
▲ 图4 磁屏蔽筒到阴极面之间的距离对阳极输出影响
以上磁场对光电倍增管的影响都是在直流磁场中。对于在交流磁场中,如果磁场频率高时,会引起屏蔽度的下降,特别是在壁厚的区域屏蔽度下降会更明显,在1-10 KHz的高频磁场中,希望可以使用0.05-0.1毫米左右的磁屏蔽材料。因此,磁屏蔽筒的厚度设计必须兼顾饱和磁通密度和频率特性。
▲ 图5 磁屏蔽筒的频率特性
如下图所示,是各种光电倍增管的磁特性以及使用磁屏蔽筒时的屏蔽效果。
在使用磁屏蔽筒时会受到机械外力,造成里面光电倍增管的损坏。因此,在设计磁屏蔽筒时,屏蔽筒的直径要比光电倍增管的直径大一点,尽量将光电倍增管和屏蔽筒同轴心,可以使用绝缘的软带包裹光电倍增管然后封装在磁屏蔽筒中。
电场
当阴极对地处于负电位时,最好不要让有地电位的导体接触光电倍增管外壳,否则会干扰其电位稳定。如果使用金属屏蔽就会引起管内表面的放电,增加光电倍增管的暗电流,为了消除这一影响,建议和光电倍增管外壳接触的材料与阴极同电位,一般是采用侧管外壁涂覆导电层并加上电位的方式。下图就是电位对阴极电位变化时的暗电流变化情况,显而易见,对阴极的电位差越大,暗电流越大。
另外,一般探头的外壳都是接地的,如果光电倍增管外壳周围有接地电位的导电物质,可能会导致暗电流的增加,但是这个影响会随着距离而变化。下图就是光电倍增管和接地电位之间距离与暗电流的变化情况,可以看出,如果距离大于4毫米以上,则暗电流基本没有变化。
温度
▲ 图6 光电倍增管的光阴极类型和相应的温度系数
▲ 图7 透射型光阴极的阴极饱和电流与温度的关系
由于光电倍增管的阴极面材料使用的都是金属逸出功比较低的材料,所以温度对暗电流的影响比较大。尤其是在微弱光探测中,对光电倍增管进行冷却,降低暗电流是提高信噪比的最有效办法。如果一定要在高温下使用光电倍增管,我们推荐使用耐高温型的光电倍增管。
▲ 图8 不同阴极面材料的阳极暗电流与温度的关系
光电倍增管的灵敏度即使是在室温下放置也会有些变化,主要是由于温度激活光阴极和倍增级面的碱金属移动所致,温度越高,灵敏度变化越快,所以尽可能在室温和室温以下保存。
湿度
湿度对光电倍增管的影响,主要会引起玻璃芯柱表面漏电流的增加,而且管脚表面的生锈也会导致接触不良,另外可能会引起透紫玻璃的透过率下降,所以必须要保存在干燥的地方。其次,管脚表面脏也会引起管脚生锈和漏电流的增加,所以不要直接用手接触玻璃芯柱、管脚、塑料管基的阳极管针周围,如果有污物,可以使用无水乙醇进行清洁。
氦气
光电倍增管是真空电子器件,由于氦气能够透过玻璃,导致管内气体的增加,导致暗电流的增加。同时,气压的变坏可能会引起放电,影响光电倍增管的寿命。将一个具有石英管壳的光电倍增管放在一个大气压的氦气中,大约经过30分钟,就可以看到后脉冲急剧增加,因而不能使用,所以要特别注意氦气对光电倍增管的影响,为了减少影响,最好将光电倍增管保存在无氦气的环境中。
▲ 图9 管壳材料和渗入管内氦气分压强的变化
辐射
当光电倍增管工作在强辐射场中,会引起各种辐照效应,影响光电倍增管的正常工作,辐射会导致窗材透过率的降低,使得灵敏度降低,其中,某些透紫外光窗材料经过辐照后,透过率会显著降低。同时,窗材也会因为辐照而产生切伦科夫辐射和荧光,导致本底噪声的增加。因此,如果是在辐照环境下使用光电倍增管,尽量添加屏蔽措施,降低影响。
气压
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