一种用于计数光电倍增管的快速开关调制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及荧光、光子信号探测技术领域，尤其涉及一种用于计数光电倍增管的快速开关调制系统。
【背景技术】
[0002]激光诱导荧光技术测量OH自由基技术主要是使用激光激发大气中的自由基基团，使其跃迀至高能级，然后由于其状态不稳定跃迀回低能级，同时产生荧光。使用计数光电倍增管和光子计数器测量产生的荧光信号，以此分析OH自由基浓度。
[0003]由于自由基浓度特别低，且较为活跃，激发产生的荧光信号寿命短(低压下约160ns)，其监测和测量需要在很短的时间内进行。同时由于激发光与荧光处于相同波长，难以通过滤光片去除激光杂散光的干扰，需要对光电倍增管进行门控，在激光杂散光强的时候，关断计数光电倍增管，避免激光杂散光对计数光电倍增管的损坏。在激发光过后约100ns，快速开启(小于20ns)计数光电倍增管，开始测量荧光信号。快速开关需要高速稳定的控制电路。同时为了增加采样时间段内的荧光总强度，需要采用高重复频率(5kHz-10kHz)的激光光源，因此需要门控电路的快速转换。
【发明内容】
[0004]本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于计数光电倍增管的快速开关调制系统。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种用于计数光电倍增管的快速开关调制系统，包括有信号发生器、高压开关电路、高压叠加电路和光电倍增管，所述的信号发生器的输出端与高压开关电路的输入端连接，高压开关电路输出电压为HV1，高压开关电路的输出端与高压叠加电路的输入端连接，高压叠加电路的另一输入端有固定电压HV2输入，高压叠加电路输出电压HV3，HV3=HV1+HV2，高压叠加电路的输出端与光电倍增管的阴极连接，光电倍增管的第一倍增极有固定电压HV4输入；通过信号发生器产生的TTL信号控制高压开关电路的输出，TTL信号为低电平时，高压开关电路关闭，HVl为0，HV3小于HV4，光电倍增管关闭，TTL信号为高电平时，高压开关电路开启，HVl大于0，HV3大于HV4，光电倍增管开启。
[0006]所述的高压叠加电路包括有电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C5和电容C6，电阻R3的一端连接高压开关电路的输出端，另一端接地，将电阻R4、电容C6和电阻R5依次串联，电阻R4的另一端连接高压开关电路的输出端，电容R5的另一端为固定电压HV2的输入端，电容C6和电阻R5之间输出电压HV3，电容C5的一端连接在电阻R4和电容C6之间，另一端接地。
[0007]所述的高压开关电路包括有电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容ClO和电容C7、电容C8，以及高速光耦Ul、反相驱动器U2、高速MOS管驱动器U3、MOS管Ql，将电阻R7和电阻R6串联，电容C7与电阻R6并联，电阻R6的另一端连接高速光耦Ul内部二极管的正极，二极管的负极和电阻R7均连接所述的信号发生器的输出端，所述的反相驱动器U2的输入端和电阻R8的一端均连接高速光耦内部光敏三极管的集电极，电阻R8的另一端连接5V电源，反相驱动器U2的输出端连接高速MOS管驱动器U3的IN脚，高速MOS管驱动器U3的VCC脚连接5V电源，GND脚和光敏三极管的发射极均接地，高速MOS管驱动器U3的OUT脚连接电容C8的一端，电容C8的另一端分别连接电阻RlO和电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接IV电源的负极，电阻RlO的另一端连接MOS管Ql的栅极，IV电源的正极连接MOS管Ql的漏极，MOS管Ql的漏极和原极分别为高压输入端和高压输出端。
[0008]所述的高速光耦Ul的信号为6N137 ;所述的反相驱动器U2的型号为7404 ;所述的高速MOS管驱动器U3的型号为IXDN414。
[0009]通过TTL信号控制高压开关的通断，以此改变光电倍增管阴极的叠加电压，结合倍增管设计原理，通过控制阴极与第一倍增极间的电势差来控制倍增管的通断，在高重频光源和信号条件下，实现特定时间内的信号选择测量。
[0010]所述的快速高压转换开关电路由高速开关MOS管、MOS管驱动电路、TTL信号输入电路、逻辑电源输入、高压输入、高压输出电路组成。快速高压转换开关电路具有很快的响应速度，通过TTL信号触发后，开关打开时间非常短，小于20ns。在高频TTL信号下可以进行快速的电压转换。即实现将快速高压转换开关电路输入的高电压按TTL信号的变化规律从其输出端输出。
[0011]所述的高压叠加电路稳定可靠，实现高压的精确叠加。带有高频干扰滤波设计，可以减少电源和开关的干扰噪声。
[0012]所述的光电倍增管分压电路经过精确计算，根据内部电路设计阴极和第一倍增极的电压设定及其外围电路，实现电压电流合理稳定。使用高压开关控制阴极电压高于或低于第一倍增极所加电压，来实现倍增管的开启或关闭。
[0013]所述的光电倍增管是高灵敏高增益倍增管，或可选择MCP。
[0014]本发明的优点是:1、本发明使用高压开关电路，具有超短的延迟时间和上升(下降)沿时间，实现电压的快速通断和转换；
2、本发明使用的高压叠加电路稳定高效，噪声干扰小；
3、本发明结合倍增管内部结构设计电压供给和外围电路，通过阴极上的电压变化来实现光电倍增管的通断，实现信号的选择测量。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图。
[0016]图2为本发明高压叠加电路图。
[0017]图3为高压开关电路与高压叠加电路连接电路图。
[0018]图4为尚压开关电路图。
[0019]图5为光电倍增管分压电路图。
[0020]图6为电压变换示意图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，一种用于计数光电倍增管的快速开关调制系统，包括有信号发生器1、高压开关电路2、高压叠加电路3和光电倍增管4，所述的信号发生器I的输出端与高压开关电路2的输入端连接，尚压开关电路2输出电压为HV1，尚压开关电路2的输出端与尚压叠加电路3的输入端连接，高压叠加电路3的另一输入端有固定电压HV2输入，高压叠加电路3输出电压HV3，HV3=HV1+HV2，高压叠加电路3的输出端与光电倍增管4的阴极连接，光电倍增管4的第一倍增极有固定电压HV4输入；通过信号发生器I产生的TTL信号控制高压开关电路2的输出，TTL信号为低电平时，高压开关电路2关闭，HVl为O，HV3小于HV4，光电倍增管4关闭，TTL信号为高电平时，高压开关电路2开启，HVl大于O，HV3大于HV4，光电倍增管4开启。
[0022]如图2所示，所述的高压叠加电路3包括有电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C5和电容C6，电阻R3的一端连接高压开关电路的输出端，另一端接地，将电阻R4、电容C6和电阻R5依次串联，电阻R4的另一端连接高压开关电路的输出端，电容R5的另一端为固定电压HV2的输入端，电容C6和电阻R5之间输出电压HV3，电容C5的一端连接在电阻R4和电容C6之间，另一端接地。
[0023]如图3、5所示，系统采用通过信号发生器I产生的TTL信号控制高压开关电路2的输出，TTL信号连接到高压开关电路2的Ctrl端，5V逻辑电源连接到高压开关电路2的VCC端，通过连接到地的电容Cl进行缓冲。需要控制的高压连接到高压开关电路2的高压输入端。在5V逻辑电源供电的情况下，当