专利名称：小型高灵敏度紫外探测器及其制作方法
小型高灵敏度紫外探测器及其制作方法
技术领域：
本发明涉及光电管领域，尤其是作为炉火探测能探测5m的紫外探测器，具体为一 种小型高灵敏度紫外探测器及其制作方法。
背景技术：
现代光电子技术，不再局限于可见光波段，而是向可见光波段的两端伸展，即涉及 到红外光波段和紫外光波段。80年代以来，红外光波段的军事应用研究搞得热火朝天，成绩 卓著，各种红外军用装备相继服役，并投入战争，红外对抗和反对抗的研究也日趋成熟。与 之对应的紫外光波段的军事应用也正在受到各国军方的重视，并积极研制紫外光波段的军 用设备。近年来，紫外高速采集告警技术迅猛发展，研制出许多高性能的实用装备。紫外探 测器是该探测系统中不可缺少的关键器件。但是，我们对紫外探测器的研制和生产无法跟 进紫外高速采集告警技术的迅猛发展。为了尽快将紫外高速采集告警技术应用到飞机、舰 艇、装甲车等军用设备上去，我们研制了一种小型高灵敏度紫外探测器。
发明内容本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种小型高灵敏度紫外探测器。本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种小型高灵敏度紫外探测器的制作 方法。本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题之一的一种小型高灵敏度紫外探 测器，包括有钼组透紫玻壳，所述钼组透紫玻壳上部拉制成圆锥状，下部压扁并在两边分别 安装一根阳极支杆引出线和一根阴极支杆引出线，所述阳极支杆引出线一端伸入钼组透紫 玻壳中，另一端从钼组透紫玻壳下部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳中的阳极支杆引 出线制成阳极，所述阴极支杆引出线一端伸入钼组透紫玻壳中，另一端从钼组透紫玻壳下 部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳中的阴极支杆引出线上设置有一个阴极，且阴极与 阳极相互平行，所述钼组透紫玻壳中还充有氖气、氦气和氢气的混合气体。其中位于钼组透紫玻壳中的阳极支杆引出线弯制成椭圆盘香型制成阳极。所述氖气、氦气和氢气的体积比为0.5 1 8.5。所述阴极呈长方形片状。本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题之二的一种上述的小型高灵敏度 紫外探测器的制作方法，包括下述步骤(1)将阳极支杆引出线弯制成椭圆盘香型制成阳极；(2)将阴极电焊在阴极支杆引出线上；(3)将阴极支杆引出线、阳极支杆引出线和钼组透紫玻壳封接在一起；(4)调节阳极和阴极之间的距离；(5)对已封接好的钼组透紫玻壳排充气并下排气台。其中步骤(5)中，采取长时间高温烘烤钼组透紫玻壳，并应用电子轰击的方法处理阴极和阳极，气体在高压大电流环境中进行放电，放电过程中气体中的电子多次碰撞，通 过电子碰撞后交出电子自身的能量来加热阴极、阳极和钼组透紫玻壳，使阴极、阳极和钼组 透紫玻壳吸附的杂质气体释放出来。其中步骤(5)中，烘烤钼组透紫玻壳30min，使钼组透紫玻壳从常温升温至500度， 然后保温池，最后随炉降至常温，电子轰击的电压为1200V，轰击电流为100mA。本发明的优点在于具有高灵敏度、体积小、寿命长、响应速度快、对可见光和红外 线不响应以及质量轻等优点。能够应用于火焰报警系统、炉火探测系统以及点火监控系统 等系统中。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。图Ia为本发明小型高灵敏度紫外探测器的正视图。图Ib为本发明小型高灵敏度紫外探测器的左视图。图Ic为本发明小型高灵敏度紫外探测器的后视图。图2为本发明小型高灵敏度紫外探测器的制作流程图。图3a为本发明小型高灵敏度紫外探测器的光电极的阴极结构示意图。图北为本发明小型高灵敏度紫外探测器的光电极的阳极结构示意图。图4为几种常见气体的击穿电压与Pd值的关系曲线——巴邢曲线图。图5为高温烘烤钼组透紫玻壳的烘烤时间、温度曲线。
具体实施方式请同时参阅图Ia至图Ic所示，一种小型高灵敏度紫外探测器，包括有钼组透紫玻 壳1，钼组透紫玻壳1上部拉制成圆锥状，下部压扁并在两边分别安装一根阳极支杆引出线 4和一根阴极支杆引出线5，阳极支杆引出线4 一端伸入钼组透紫玻壳1中，另一端从钼组 透紫玻壳1下部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳1中的阳极支杆引出线4弯制成椭圆 盘香型制成阳极2，阴极支杆引出线5 —端伸入钼组透紫玻壳1中，另一端从钼组透紫玻壳 1下部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳1中的阴极支杆引出线5上设置有一个阴极3， 且阴极3与阳极2相互平行，钼组透紫玻壳1中还充有氖气、氦气和氢气的混合气体，氖气、 氦气和氢气的的体积比为0.5 1 8.5。如图2所示，小型高灵敏度紫外探测器的制作步骤如下(1)将阳极支杆引出线弯制成椭圆盘香型制成阳极；(2)将阴极电焊在阴极支杆引出线上；(3)将阴极支杆引出线、阳极支杆引出线和钼组透紫玻壳封接在一起；(4)调节阳极和阴极之间的距离；(5)对已封接好的钼组透紫玻壳排充气并下排气台。其中步骤(5)中，采取图5所示的烘烤曲线，长时间高温烘烤钼组透紫玻壳，即烘 烤30min，使钼组透紫玻壳从常温升温至500度，然后保温池，最后随炉降至常温，并应用电 子轰击的方法处理阴极和阳极，轰击电压为1200V，轰击电流为100mA，气体在高压大电流 环境中进行放电，放电过程中气体中的电子多次碰撞，通过电子碰撞后交出电子自身的能量来加热阴极、阳极和钼组透紫玻壳，使阴极、阳极和钼组透紫玻壳吸附的杂质气体释放出来。本发明中1、光窗材料的选择由于紫外探测的特殊性，所以制造和测量对紫外灵敏的材料的技术显然不同于制 造和测量探测可见光所用阴极制造技术。选择管壳材料或是输入光学窗材料的主要根据 是零件的准备，外壳的制造，装架，管子封口和光阴极制造，电真空器件生产中常用的普通 玻璃能很好的透过可见光和红外线，但是波长短于300 350nm的紫外辐射确不能通过，在 紫外探测辐射的光电管中，常用的是紫外玻璃，红斑玻璃，石英，蓝宝石或其他透紫材料制 造管壳和光窗，透紫玻璃与普通玻璃不同，这两类玻璃中含杂质铁很少，因此分别能透紫到 215纳米和280纳米的紫外线。紫外探测器的光窗材料需要能透过185nm紫外线的玻璃。 石英玻璃虽然也能透过短波紫外线，但是加工比较困难，膨胀系数很小，不能与任何金属相 匹配封接，要制作这种紫外探测器有一定的难度。因此我们选用能透过185nm紫外线的钼 组透紫玻璃，该透短波紫外线玻璃的化学组成如表1所示，原料当中要严格控制氧化铁和 氧化钛的含量，尤其是控制三氧化二铁的含量应低于0. 006%，不然将严重影响玻璃紫外线 的透过率。表1透紫玻璃化学组成
编号化学组成(重量％)Si02A1203CaONa20K20B203FeOFe203Ti02166.80.43.211.83.74.20.020.003271.564150.03372.51.55.51520.010.00348020.340.2120.0050.02560102080.0060.042、日盲型光电阴极的选择制造选择高温紫外探测器首先要选择能抗离子轰击的材料，可根据爱因斯坦光电 方程λ。= 1240 (Eg+EA)，式中λ ^为阴极材料的光电发射阈值(nm) ^g为阴极材料的禁带 宽度(eV) ;EA为阴极材料的电子亲和势(eV)。若将^K)nm的光电发射阈值代入上式中，则 Eg+EA的阈值必须在4. 28eV附近。也就是说，要选择光电阴极的逸出功在4. 28eV以上，量 子产额随温度的变化越小越好。通过理论与实践相结合，金属钼的逸出功在4. 37eV,同时金 属钼的化学性质稳定，在任何温度下都不与紫外探测器的工作气体发生化学反应。而且金 属钼的高熔点、高沸点温度(熔点^10°C、沸点4830°C )使得其在紫外探测器内不易发生 溅射现象，有利于紫外探测器的稳定工作以及提高寿命。应用金属材料钼作为小型高灵敏 度紫外探测器的电极是可行的。3、光电阴极及阳极的结构设计
光电阴极即钼电极的结构设计是光电管的重要设计之一，关系到光电管的光谱响 应波长和光电效率。通过大量的试验，光电阴极的结构采用如图3a所示的长方形片状结构 效果最佳。而阳极的结构采用如图北所示的椭圆盘香型效果最佳。4、紫外探测器的结构设计采用充气光电二极管的方式。5、填充气体的试验根据气体放电理论，光电管的工作电压的关键因素是电极间距离和气体密度。即 在气体成分和电极材料一定，气体击穿电压是气体压强P和电极间距d乘积Pd的函数，且 改变Pd时，起动电压有一最小值。图4是几种常见气体的击穿电压与Pd值的关系曲线——巴邪曲线。不同的气体巴邢曲线有明显的不同，因为气体击穿(着火)过程中起重要作用的r 系数和a系数均与气体有关。不同的气体具有不同的电离电位，影响电子碰撞电离系数a; 不同的电离电位还通过影响正离子的动能而影响正离子轰击阴极的表面电离系数r。通过 试验我们采用氖气、氦气和氢气按一定的比例混合效果最好。6、制作工艺的设计与实验紫外探测器工作是否稳定很大程度上决定于管内气体成分是否保持稳定。若光电 管电极等管内金属零件、管壳除气不彻底，在光电管工作过程中，导致管内金属零件和管壳 将吸附的杂质气体释放出来，使光电管气体受到污染，从而导致光电管失效。因此，制定合 适的排气除气工艺非常关键。经试验，采取长时间高温烘烤管壳，使管子充分地出气，应用 电子轰击的方法来处理阴极和阳极，既通过高压大电流的气体放电过程中通过气体中的电 子多次碰撞，交出自身的能量来加阴极、阳极和钼组透紫玻壳，使吸附的杂质气体可以顺利 地释放出来。高压大电流的气体放电还可将阴极和阳极的毛刺去除，阴极和阳极的处理结 合在高真空下闪烧，以求获得原子清洁的表面，达到所需的光谱响应值和最佳的光电效率。本发明的小型高灵敏度紫外探测器的光电参数如表2所示。表2小型高灵敏度紫外探测器的光电参数
权利要求
1.一种小型高灵敏度紫外探测器，其特征在于包括有钼组透紫玻壳，所述钼组透紫 玻壳上部拉制成圆锥状，下部压扁并在两边分别安装一根阳极支杆引出线和一根阴极支杆 引出线，所述阳极支杆引出线一端伸入钼组透紫玻壳中，另一端从钼组透紫玻壳下部压扁 处穿出，其中位于钼组透紫玻壳中的阳极支杆引出线制成阳极，所述阴极支杆引出线一端 伸入钼组透紫玻壳中，另一端从钼组透紫玻壳下部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳中 的阴极支杆引出线上设置有一个阴极，且阴极与阳极相互平行，所述钼组透紫玻壳中还充 有氖气、氦气和氢气的混合气体。
2.如权利要求1所述的小型高灵敏度紫外探测器，其特征在于其中位于钼组透紫玻 壳中的阳极支杆引出线弯制成椭圆盘香型制成阳极。
3.如权利要求1所述的小型高灵敏度紫外探测器，其特征在于所述氖气、氦气和氢气 的体积比为0.5 1 8.5。
4.如权利要求1所述的小型高灵敏度紫外探测器，其特征在于所述阴极呈长方形片状。
5. 一种如权利要求1至3任一项所述的小型高灵敏度紫外探测器的制作方法，其特征 在于包括下述步骤(1)将阳极支杆引出线弯制成椭圆盘香型制成阳极；(2)将阴极电焊在阴极支杆引出线上；(3)将阴极支杆引出线、阳极支杆引出线和钼组透紫玻壳封接在一起；(4)调节阳极和阴极之间的距离；(5)对已封接好的钼组透紫玻壳排充气并下排气台。
6.如权利要求5所述的一种小型高灵敏度紫外探测器的制作方法，其特征在于其中 步骤(5)中，采取长时间高温烘烤钼组透紫玻壳，并应用电子轰击的方法处理阴极和阳极， 气体在高压大电流环境中进行放电，放电过程中气体中的电子多次碰撞，通过电子碰撞后 交出电子自身的能量来加热阴极、阳极和钼组透紫玻壳，使阴极、阳极和钼组透紫玻壳吸附 的杂质气体释放出来。
7.如权利要求6所述的一种小型高灵敏度紫外探测器的制作方法，其特征在于其中 步骤( 中，烘烤钼组透紫玻壳30min，使钼组透紫玻壳从常温升温至500度，然后保温池， 最后随炉降至常温电子轰击的电压为1200V，轰击电流为100mA。
全文摘要
一种小型高灵敏度紫外探测器，包括有上部拉制成圆锥状的钼组透紫玻壳，下部压扁并在两边分别安装一根阳极支杆引出线和一根阴极支杆引出线，阳极及阴极支杆引出线的一端均伸入钼组透紫玻壳中，另一端从钼组透紫玻壳下部压扁处穿出，其中位于钼组透紫玻壳中的阳极支杆引出线制成阳极，位于钼组透紫玻壳中的阴极支杆引出线上设置有一个阴极，且阴极与阳极相互平行，所述钼组透紫玻壳中还充有氖气、氦气和氢气的混合气体。本发明还公开了该小型高灵敏度紫外探测器的制作方法。本发明的优点在于该小型高灵敏度紫外探测器灵敏度高、体积小、寿命长、响应速度快、对可见光和红外线不响应并且质量轻。
文档编号G01V8/10GK102135631SQ20101059013
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者刘娟, 吴华夏, 唐勇, 毕竞, 胡海城, 邱祚良 申请人:安徽华东光电技术研究所