球面光电倍增管均匀性自动测试仪的结构设计

刘海辉

（北京滨松光子技术股份有限公司，河北廊坊 065001）

0 引言

超级神冈衰变实验使用11200 支20inch 球面PMT（Photomultiplier Tube，光电倍增管）之后，越来越多的球面PMT 广泛被应用，与之配套的均匀性测试仪器对测试结果的准确度影响深远、意义重大。PMT 均匀性的测试包括阴极均匀性和阳极均匀性测试，在测试过程中要保证光源入射角度、屏蔽地磁场、自动化方面等等。故该类测试仪器的良好结构设计成为必然要求。本文结合笔者工作经验，设计球面PMT 均匀性自动测试仪的结构。

1 球面PMT 均匀性自动化测试仪的结构设计

球面PMT 均匀性包括阴极均匀性和阳极均匀性，是影响成像装置性能和成像质量的一个重要环节。球面PMT 均匀性自动化测试仪其结构简单、操作方便、可靠性强，快速、高效的完成了均匀性测试，为球面PMT 均匀性测试数据提供了可靠的保证，已被广泛应用。该测试仪结构包括：盖板、暗箱、磁屏蔽内衬、半C 运动装置、光源、带座轴承、电机、侧板、球面PMT夹具、底板、弹簧卡扣；其中PMT 夹具用于固定球面PMT；电机驱动半C 运动装置做旋转运动，光源固定在半C 运动装置上也随之移动，照射到PMT 的各个位置；以此来完成整个过程中PMT 均匀性的测试；半C 运动装置通过固定片固定在侧板和底板上，侧板和底板通过固定片固定在暗箱上；盖板和暗箱内壁贴附磁屏蔽内衬，起到屏蔽地磁场的作用；在盖板端面四周设计凹台A，暗箱处设计凸台B，使盖板盖在暗箱上，通过弹簧卡扣进行卡紧，凹台A与凸台B 紧密接触进而达到避光作用；其整体结构及盖板盖在暗箱连接处的细节放大图如图1 所示。

图1 整体结构

半C 运动装置包括导轨、滚轮、短压簧、长压簧、短不锈钢轴、长不锈钢轴、光纤固定块、光纤、半C 支架、传动轴、传动模块、连接块，其中，电机连接传动轴，传动轴带动半C支架做-90°～90°的旋转运动；半C 支架上安装传动模块，传动模块上安装长不锈钢轴，长不锈钢轴固定在连接块上，连接块上安装短不锈钢轴和滚轮，短不锈钢轴上安装光纤固定块，光纤固定块上固定光纤；长不锈钢轴上安装长压簧，使半C 支架在做旋转运动时，长压簧的压缩和伸长确保传动模块与连接块连接牢靠。滚轮安装在导轨上，将球面PMT与连接块在短压簧的压缩和伸长下始终接触，并使光源通过光纤一直垂直于球面PMT阴极面沿导轨的弧度做旋转运动（导轨的弧度与PMT 阴极面的弧度相同）；同时确保光源与球面PMT 的阴极面距离始终相同；使半C 运动装置稳固高效（图2）。

图2 局部结构1

图3 局部结构2

表1 光电倍增管均匀性测试数据

滚轮内部安装深沟球轴承，在连接块运动时与滚轮内部安装的深沟球轴承紧密接触，使运动顺畅；在连接块上安装直线轴承，确保短不锈钢轴在短压簧压缩和伸长时运动顺畅，在传动模块内部安装深沟球轴承，与长不锈钢轴接触部位安装直线轴承，确保传动模块在做旋转运动时顺畅，不会出现卡死现象（图3）。

均匀性测试报告详见表1 和图4。

2 结论

球面PMT 均匀性自动化测试仪的结构设计确保光源在测试时候始终垂直于阴极面做旋转运动，保证在测试时候做到蔽光、蔽地磁效果，实现自动化测试。提高均匀性测试数据的可靠性。此球面PMT 均匀性自动化测试仪的结构简单，装配方便、成本低廉，避免各种自然光对PMT 的干扰，提高了球面PMT 均匀性的测试效率。

图4 光电倍增管X 轴Y 轴均匀性图谱