一种检测微通道板暗计数的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种检测微通道板暗计数的装置，包括用于测试MCP性能的真空腔室、电极引线、光子计数成像探测器、电子读出电路、数据采集与处理单元以及电源；光子计数成像探测器设置在真空腔室内；电子读出电路、数据采集与处理单元依次与真空腔室连接；电源与电极引线、光子计数成像探测器连接。本实用新型检测微通道板暗计数的装置，利用“光子计数成像技术”能够同时得到MCP暗计数的数量、位置分布和脉冲高度分布（PHD）等信息，为光子计数成像探测、粒子探测和微光成像等应用提供筛选低噪声MCP的技术。
【专利说明】一种检测微通道板暗计数的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子、离子和带电粒子等的探测与成像领域，尤其涉及一种检测微通道板暗计数的装置。
【背景技术】
[0002]微通道板(MCP)是一种薄片式结构的能实现二维成像探测的真空电子倍增器件，它利用固体的二次电子发射特性来实现电子倍增。MCP可用来探测从近红外到X射线波段的光辐射，也可以用于直接倍增带电粒子、电子、离子以及宇宙射线等，具有高增益、低功耗、高分辨率、快响应以及低噪声等优点。采用MCP可构成多种形式的成像探测器，例如光子计数成像探测、粒子探测和微光夜视成像等领域。
[0003]由于MCP主要用于对微弱信号的探测和成像，对MCP的性能就提出了一定的要求，一般要求所选用的MCP具有高增益和低暗计数。目前，国内相关MCP研制生产单位对于增益都有一个比较成熟的测量方法，但对于暗计数指标并没有一个较准确的数据，一般都通过暗电流来表示MCP的暗噪声。通过暗电流来表示MCP的暗噪声有两个缺点:1)受限于电流计的精度，电流计对暗电流的测试有一个最小检出限。如果暗电流低于检出限，通过电流计就无法知道暗电流的确切值。但实际应用中，此时暗计数或许已经对光子计数成像探测器造成了严重的影响；2)电流计测得的暗电流值是一个输出总量，无法知道暗计数在整个MCP平面的二维分布，不能判断出该MCP暗计数是否存在不均匀性，例如某一点过多电子发射所造成的坏点。
[0004]因此，为了精确得到暗计数的数量、分布(二维空间分布和幅度分布)等信息，筛选出满足性能要求的MCP，对MCP暗计数的精确测量具有重要的意义。
实用新型内容
[0005]为了解决【背景技术】中所存在的技术问题，本实用新型提出了一种检测微通道板暗计数的装置，利用“光子计数成像技术”能够同时得到MCP暗计数的数量、位置分布和脉冲高度分布(PHD)等信息，为光子计数成像探测、粒子探测和微光成像等应用提供筛选低噪声MCP的技术。
[0006]本实用新型的技术解决方案是:一种检测微通道板暗计数的装置，其特征在于:包括用于测试MCP性能的真空腔室、电极引线、光子计数成像探测器、电子读出电路、数据采集与处理单元以及电源；所述光子计数成像探测器设置在真空腔室内；电子读出电路、数据采集与处理单元依次与真空腔室连接；电源与电极引线、光子计数成像探测器连接。
[0007]上述光子计数成像探测器包括微通道板组件和位置灵敏阳极；位置灵敏阳极位于微通道板组件单元的输出端；所述位置灵敏阳极与电极引线以及电源连接。
[0008]微通道板组件单元是经过预先测试的具有低暗计数的MCP，并采用2块MCP “V”形级联。
[0009]位置灵敏阳极包括绝缘衬底和镀在绝缘衬底上的金属导体。[0010]位置灵敏阳极的结构包括但不限于楔条形阳极、多阳极微通道阵列、游标阳极、延时线、交叉条纹以及电阻型阳极。
[0011]电子读出电路根据位敏阳极各个金属电极收集到的电荷量或电子云团到达各个金属电极计时点的时刻，对电子云团的质心位置进行解码；当对于电荷量的测量采用“电荷灵敏前放+整形放大”方式，当对于到达时间的测量采用“快速前置放大器+恒比定时器+时间-数字转换器”的方式。
[0012]上述数据采集与处理单元采用数据采集卡+微处理器或模数转换+可编程逻辑器件或现场可编程门阵列+数字信号处理器的模式。
[0013]上述电源是两个，分别是第一直流高压电源和第二直流高压电源；第一直流高压电源和第二直流高压电源共地；第二直流高压电源为待测MCP2提供工作电压，其余电压由第一直流高压电源提供。
[0014]金属导体的材料是铜、铝、金；绝缘衬底选用石英玻璃、氧化铝陶瓷、FR4。
[0015]本实用新型所具有的有益效果:
[0016]I)本实用新型测量精度高。位敏阳极光子计数成像探测器具有单个电子的探测能力，能够精确测量出MCP暗计数的数量；
[0017]2)本实用新型能够测试出MCP暗计数的二维空间分布，可以得到MCP暗计数分布均匀性信息；
[0018]3)本实用新型应用范围广。除测试MCP的暗计数外，还可用于电子、离子、带电粒子、光子等粒子分布情况的探测和测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型结构原理示意图；
[0020]1-真空腔室，2-待测MCP，3-第一电极引线，4-第二电极引线，5-倍增组件+位敏阳极，6-电子读出电路，7-数据采集与处理单元，8-第一直流高压电源，9-第二直流高压电源。
【具体实施方式】
[0021]参见图1，用于MCP暗计数精确测量的装置，包括用于测试MCP性能的真空腔室1、待测MCP2、第一电极引线3和第二电极引线4、光子计数成像探测器5、电子读出电路6、数据采集与处理单元7、第一直流高压电源8和第二直流高压电源9。待测MCP2位于光子计数成像探测器5的输入面前端，距离光子计数成像探测器5的输入面有一定的距离；待测MCP2施加有一定的工作电压；
[0022]待测MCP2的输出和光子计数成像探测器5的输入面之间有一加速电压；光子计数成像探测器5包括微通道板组件51和位置灵敏阳极52 ;微通道板组件51是经过预先测试的具有较低暗计数的MCP，并采取2块MCP “V”形级联。位置灵敏阳极52位于MCP倍增单兀51的输出端,距离MCP输出端有一定的距离。微通道板单兀51施加有一定的工作电压。位置灵敏阳极52和MCP输出端之间施加有一电压,用于对MCP输出电子云团的加速。位置灵敏阳极52由绝缘衬底和镀在绝缘衬底上的特定几何形状或排列顺序的金属导体构成。金属导体材料可选用铜、铝、金等良导体；绝缘衬底可选用石英玻璃、氧化铝陶瓷、FR4或是其它绝缘材料，绝缘材料具有一定的厚度和强度。
[0023]位置灵敏阳极52的结构类型包括但不限于楔条形阳极(WSA/ffedge andStrip Anodes)、多阳极微通道阵列(MAMA/Mult1-Anode MicroChannel Array)、游标阳极(Vernier Anode)、延时线(Delay-line)、交叉条纹(Cross Strip)以及电阻型阳极(Resistive Anode)等。
[0024]电子读出电路6根据位敏阳极各个金属电极收集到的电荷量或电子云团到达各个金属电极计时点的时刻，对电子云团的质心位置进行解码，不同类型的位敏阳极分别采用相对应的电子读出电路。例如，对于电荷量的测量可以采用“电荷灵敏前放(CSA/chargesensitive amplifier) +整形放大(SA/shape amplifier) ”的方式，对于到达时间的测量可以采用“快速前置放大器(Pre-amplifier) +恒比定时器(CFD/constant fractiondiscriminator) + 时间-数字转换器(TDC/time to digital converter) ” 的方式，以及一些其他的电子学方式。
[0025]电子读出电路6根据位敏阳极的不同而有差异，具体依所采用的位置灵敏阳极52而定。
[0026]数据采集与处理单元7可采用“数据采集卡+微处理器”或是“模数转换+可编程逻辑器件或现场可编程门阵列+数字信号处理器”的模式以及其它模式。上述的第一直流高压电源8用于提供待测MCP2和光子计数成像探测器5之间的加速电压，MCP51工作电压，MCP51与位敏阳极间的加速电压。可以采用单个直流高压电源分压的方式，也可采用多个高压源分别独立供电的方式来提供相应的电压。第二直流高压电源9用于提供MCP2的工作电压，第二直流高压电源9和第一直流高压电源8共地，方便对待测MCP2工作电压的调节。
[0027]微通道板组件51和位置灵敏阳极52有一定的距离，并且需要施加一定的电压来对MCP21出射的电子加速。
[0028]测试原理:整个测试是在密闭的真空环境中进行。待系统稳定后，在一定的阈值电压下，首先测试出光子计数成像探测器中微通道板组件51的暗计数的数量和分布情况。测试采用多次测量取平均的方法，确定已知探测器的暗计数情况。然后对待测MCP2施加一定的工作电压，测试在该工作电压下整个系统的暗计数，测试过程阈值电压保持不变。将测得系统的暗计数减去原有探测器微通道板组件51的暗计数，可以得到待测MCP2的暗计数数量。同时，根据测得的暗计数图像和原探测器暗计数图像对比，可以得到MCP2的暗计数的二维空间分布情况。
【权利要求】
1.一种检测微通道板暗计数的装置，其特征在于:包括用于测试MCP性能的真空腔室、电极引线、光子计数成像探测器、电子读出电路、数据采集与处理单元以及电源；所述光子计数成像探测器设置在真空腔室内；电子读出电路、数据采集与处理单元依次与真空腔室连接；电源与电极引线、光子计数成像探测器连接。
2.根据权利要求1所述的检测微通道板暗计数的装置，其特征在于:所述光子计数成像探测器包括微通道板组件和位置灵敏阳极；位置灵敏阳极位于微通道板组件单元的输出端；所述位置灵敏阳极与电极引线以及电源连接。
3.根据权利要求2所述的检测微通道板暗计数的装置，其特征在于:微通道板组件单元采用2块MCP “V”形级联。
4.根据权利要求3所述的检测微通道板暗计数的装置，其特征在于:位置灵敏阳极包括绝缘衬底和镀在绝缘衬底上的金属导体。
5.根据权利要求4所述的检测微通道板暗计数的装置，其特征在于:位置灵敏阳极的结构包括但不限于楔条形阳极、游标阳极、电阻型阳极。
6.根据权利要求1一5任一所述的检测微通道板暗计数的装置，其特征在于:电子读出电路根据位敏阳极各个金属电极收集到的电荷量或电子云团到达各个金属电极计时点的时刻，对电子云团的质心位置进行解码；当对于电荷量的测量采用“电荷灵敏前放+整形放大”方式，当对于到达时间的测量采用“快速前置放大器+恒比定时器+时间-数字转换器”的方式。
7.根据权利要求6所述的检测微通道板暗计数的装置，其特征在于:所述数据采集与处理单元采用数据采集卡+微处理器或模数转换+可编程逻辑器件或现场可编程门阵列+数字信号处理器的模式。
8.根据权利要求7所述的检测微通道板暗计数的装置，其特征在于:所述电源是两个，分别是第一直流高压电源和第二直流高压电源；第一直流高压电源和第二直流高压电源共地；第二直流高压电源为待测MCP提供工作电压，其余电压由第一直流高压电源提供。
9.根据权利要求8所述的检测微通道板暗计数的装置，其特征在于:金属导体的材料是铜或招或金；绝缘衬底选用石英玻璃或氧化招陶瓷或FR4。
【文档编号】G01T1/00GK203799020SQ201320843427
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】刘永安, 盛立志, 刘哲, 李林森, 赵宝升 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所