基于光电倍增管的光子计数仪设计
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2020-08-07
05:32:08
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基于光电倍增管的光子计数仪设计基于光电倍增管的光子计数仪设计
采用光电倍增管和82C54设计的光子计数仪,整机无论从结构到电器性能都达到了设计要求。通过一段时间的使
用,从各用户都得到了满意的反馈。
在医学检验中,体内多类激素水平及其微量代谢产物、药物及代谢产物、维生素类及疾病相关抗原的分析测定总计可达几十至
上百种之多。但由于其检测灵敏度要求较高,一般免疫技术难以达到。因此,长期以来一直使用放射免疫法。这不仅对操作人员
的健康造成了危害,其废弃物对环境也有严重的污染。因此需要特殊的防护及废物处理系统;同时,由于受到自然衰变的限制,其试
剂不便长期储存和运输,因而大大地限制了它的发展。
长期以来,人们大多采用光度计作为主要检测仪器,其原理是通过光电转换器件将光信号转换为电信号,再加以放大。其主要特点
是结构简单、性能稳定;但灵敏度低、线性范围窄。随着现代量子物理学的发展以及人们对光的微观特性认识的逐步深入,出现
了一种被称为单光子计数器的新型光电器件。这种光子计数仪的灵敏度及线性范围均已超过常规检测技术能达到的水平。它能
在检测不到任何光线存在,即所谓“全黑环境”中正常工作,最主要的是该方法具有无辐射,无须对废液后续处理的投入。
光电倍增管的结构
光电倍增管是一种真空器件。它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。典型的光
电倍增管按入射光接收方式可分为端窗式和侧窗式两种类型。图1所示为端窗型光电倍增管的剖面结构图。其主要工作过程如
下：当光照射到光阴极时,光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统,并通过进一步的二次发射得
到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。因为采用了二次发射倍增系统,所以光电倍增管在探测紫外、
可见和近红外区的辐射能量的光电探测器中,具有极高的灵敏度和极低的噪声。另外,光电倍增管还具有响应快速、成本低、阴
极面积大等优点。
图1 端窗型光电增管的剖面结构图
82C54的基本功能
Intersil公司的定时/计数器82C54是8253的改进型,操作方式及引脚与8253完全相同。它的改进主要反映在82C54的计数频率更
高,可高达12MHz。片内包含3个独立的16位计数通道,每个计数通道有6种工作方式,可由程序设置和改变,所有的输入／输出电
平信号都与TTL兼容。
光子计数仪的设计
1 总体方案设计
基于仪器整体安装及可维护性的考虑,仪器采用整体形式,包括对仪器的控制、键盘操作及显示、仪器的传动部分及光子检测部
分。采用96微孔板作为测量载体;为增强测量的定位准确度和运行的平稳性,光电检测系统以固定方式检测样品,送样机构可按要
求进行Y方向及X方向顺序运动。采用可视性强的液晶显示器,可显示仪器当前所处状态及每孔测量结果。定义20种可选择的测
量时间,可对微孔板的任意行数定义测量;数据输出采用外接打印机,原始数据可在主机独立测量完毕后由打印机输出。计算机控
制测量可完全替代单机测量的功能,同时可在Windows的操作软件包下进行样品区、标准区、阴阳性孔位定义、测量及数据处
理。
采用日产光电倍增管作为光子检测装置的核心部分。传动系统采用齿杠、齿轮传动与同步带、齿轮传动相结合的形式,送样器
（孔板托盘）、光电检测装置在开机后及测量完毕均定位在初始位置;送样器及光电检测装置的传动系统采取互相垂直的独立
运动机构。计数仪采用MGL（S）24064带背景光绿色显示屏的显示器,89C55单片机控制,82C54计数,外接中文打印机,和单片
机通过RS232通信。具体硬件电路如图2所示。
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