球面光電倍增管均勻性自動測試儀的結構設計

劉海輝

（北京濱松光子技術股份有限公司，河北廊坊 065001）

0 引言

超級神岡衰變實驗使用11200 支20inch 球面PMT（Photomultiplier Tube，光電倍增管）之后，越來越多的球面PMT 廣泛被應用，與之配套的均勻性測試儀器對測試結果的準確度影響深遠、意義重大。PMT 均勻性的測試包括陰極均勻性和陽極均勻性測試，在測試過程中要保證光源入射角度、屏蔽地磁場、自動化方面等等。故該類測試儀器的良好結構設計成為必然要求。本文結合筆者工作經驗，設計球面PMT 均勻性自動測試儀的結構。

1 球面PMT 均勻性自動化測試儀的結構設計

球面PMT 均勻性包括陰極均勻性和陽極均勻性，是影響成像裝置性能和成像質量的一個重要環節。球面PMT 均勻性自動化測試儀其結構簡單、操作方便、可靠性強，快速、高效的完成了均勻性測試，為球面PMT 均勻性測試數據提供了可靠的保證，已被廣泛應用。該測試儀結構包括：蓋板、暗箱、磁屏蔽內襯、半C 運動裝置、光源、帶座軸承、電機、側板、球面PMT夾具、底板、彈簧卡扣；其中PMT 夾具用于固定球面PMT；電機驅動半C 運動裝置做旋轉運動，光源固定在半C 運動裝置上也隨之移動，照射到PMT 的各個位置；以此來完成整個過程中PMT 均勻性的測試；半C 運動裝置通過固定片固定在側板和底板上，側板和底板通過固定片固定在暗箱上；蓋板和暗箱內壁貼附磁屏蔽內襯，起到屏蔽地磁場的作用；在蓋板端面四周設計凹臺A，暗箱處設計凸臺B，使蓋板蓋在暗箱上，通過彈簧卡扣進行卡緊，凹臺A與凸臺B 緊密接觸進而達到避光作用；其整體結構及蓋板蓋在暗箱連接處的細節放大圖如圖1 所示。

圖1 整體結構

半C 運動裝置包括導軌、滾輪、短壓簧、長壓簧、短不銹鋼軸、長不銹鋼軸、光纖固定塊、光纖、半C 支架、傳動軸、傳動模塊、連接塊，其中，電機連接傳動軸，傳動軸帶動半C支架做-90°～90°的旋轉運動；半C 支架上安裝傳動模塊，傳動模塊上安裝長不銹鋼軸，長不銹鋼軸固定在連接塊上，連接塊上安裝短不銹鋼軸和滾輪，短不銹鋼軸上安裝光纖固定塊，光纖固定塊上固定光纖；長不銹鋼軸上安裝長壓簧，使半C 支架在做旋轉運動時，長壓簧的壓縮和伸長確保傳動模塊與連接塊連接牢靠。滾輪安裝在導軌上，將球面PMT與連接塊在短壓簧的壓縮和伸長下始終接觸，并使光源通過光纖一直垂直于球面PMT陰極面沿導軌的弧度做旋轉運動（導軌的弧度與PMT 陰極面的弧度相同）；同時確保光源與球面PMT 的陰極面距離始終相同；使半C 運動裝置穩固高效（圖2）。

圖2 局部結構1

圖3 局部結構2

表1 光電倍增管均勻性測試數據

滾輪內部安裝深溝球軸承，在連接塊運動時與滾輪內部安裝的深溝球軸承緊密接觸，使運動順暢；在連接塊上安裝直線軸承，確保短不銹鋼軸在短壓簧壓縮和伸長時運動順暢，在傳動模塊內部安裝深溝球軸承，與長不銹鋼軸接觸部位安裝直線軸承，確保傳動模塊在做旋轉運動時順暢，不會出現卡死現象（圖3）。

均勻性測試報告詳見表1 和圖4。

2 結論

球面PMT 均勻性自動化測試儀的結構設計確保光源在測試時候始終垂直于陰極面做旋轉運動，保證在測試時候做到蔽光、蔽地磁效果，實現自動化測試。提高均勻性測試數據的可靠性。此球面PMT 均勻性自動化測試儀的結構簡單，裝配方便、成本低廉，避免各種自然光對PMT 的干擾，提高了球面PMT 均勻性的測試效率。

圖4 光電倍增管X 軸Y 軸均勻性圖譜