JPH0738301B2 - Photomultiplier - Google Patents
PhotomultiplierInfo
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- JPH0738301B2 JPH0738301B2 JP58242114A JP24211483A JPH0738301B2 JP H0738301 B2 JPH0738301 B2 JP H0738301B2 JP 58242114 A JP58242114 A JP 58242114A JP 24211483 A JP24211483 A JP 24211483A JP H0738301 B2 JPH0738301 B2 JP H0738301B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J43/00—Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
- H01J43/04—Electron multipliers
- H01J43/30—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the tube and not otherwise provided for
Landscapes
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光電子増倍管の温度特性を補償した光電子増倍
装置に関する。The present invention relates to a photomultiplier device in which the temperature characteristics of a photomultiplier tube are compensated.
光電子増倍管は、入射した光を電子に変えて、その電荷
を10万倍程度に増幅するもので、放射線測定や光分析あ
るいは分光計を用いた試験等に用いられる。The photomultiplier tube converts incident light into electrons, and amplifies the electric charge by about 100,000 times, and is used for radiation measurement, photoanalysis, or tests using a spectrometer.
ところで光電子増倍管は、周囲の温度に応じてその出力
特性が変化する。例えば放射線測定のために光電子増倍
管を直接大気に触れる状態で屋外に配置したとすると、
一年を通じてその出力が数十パーセントもの範囲で変動
することになり、測定が不可能となる。そこで従来では
光電子増倍管の周囲を厚い断熱材で被覆し、更に断熱材
内部に温度調節用のヒータを取り付けて、温度の影響を
除去する工夫が行われていた。また光電子増倍管の外壁
近くに温度検出器を設けておき、温度の変動に応じてプ
リアンプ等の後段の回路部分で出力の補償を行う場合も
あった。By the way, the output characteristics of the photomultiplier tube change according to the ambient temperature. For example, if a photomultiplier tube is placed outdoors with direct contact with the atmosphere for radiation measurement,
Its output fluctuates in the range of tens of percent throughout the year, making measurement impossible. Therefore, conventionally, a device for covering the periphery of the photomultiplier tube with a thick heat insulating material and further attaching a heater for adjusting the temperature inside the heat insulating material to remove the influence of the temperature has been devised. In some cases, a temperature detector is provided near the outer wall of the photomultiplier tube, and the output is compensated by a circuit part in the subsequent stage such as a preamplifier according to the temperature variation.
しかしながら前者の光電子増倍装置では、断熱材を含め
た装置全体がかなりの大きさとなり、消費電力も多くな
るという欠点があった。また後者の光電子増倍装置で
は、気温の変動に対する光電子増倍管の温度変化と温度
検出器の応答がかなり異なり、正確な温度補償が困難で
あった。すなわち光電子増倍管の内部は真空に保たれて
いるので、熱の伝導が少なく、温度変化が極めて緩やか
であり、温度検出器を用いてこの内部温度を常に正確に
推定し補償することは現実的に不可能であった。However, in the former photomultiplier device, the entire device including the heat insulating material is considerably large and power consumption is large. Further, in the latter photomultiplier, the temperature change of the photomultiplier tube and the response of the temperature detector are considerably different with respect to the change of the air temperature, so that it is difficult to accurately compensate the temperature. That is, since the inside of the photomultiplier tube is kept in a vacuum, the heat conduction is small and the temperature change is extremely gradual. Therefore, it is practical to always accurately estimate and compensate for this internal temperature using a temperature detector. Was impossible.
本発明はこのような事情に鑑み、特別な断熱構造を必要
とせず高精度に光電子増倍管の管内の温度を検出し補償
を行うことのできる光電子増倍装置を提供することをそ
の目的とする。In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a photomultiplier device capable of detecting the temperature inside the photomultiplier tube with high accuracy and compensating for it without requiring a special heat insulating structure. To do.
本発明では、（イ）光電子増倍管と、（ロ）この光電子
増倍管内あるいはこれとほぼ同等の温度特性を示す真空
の管内に配置され、光電子増倍管と共通の電源に接続さ
れた温度検出器と、（ハ）この温度検出器の検出出力を
用いて光電子増倍管内部の温度変化にかかわらずこの光
電子増倍管の出力特性が一定となるように補償する温度
補償回路とを光電子増倍装置に具備させる。In the present invention, (a) a photomultiplier tube and (b) a photomultiplier tube and a vacuum tube exhibiting temperature characteristics almost equal to the photomultiplier tube are arranged and connected to a common power source with the photomultiplier tube. A temperature detector and (c) a temperature compensating circuit for compensating for the output characteristics of the photomultiplier tube to be constant regardless of the temperature change inside the photomultiplier tube by using the detection output of the temperature detector. It is equipped in the photomultiplier.
すなわち、本発明では光電子増倍管内あるいはこれとほ
ぼ同等の温度特性を示す真空の管内に温度検出器を配置
すると共に、この温度検出器の電源を光電子増倍管のそ
れと共通にする。温度検出器が光電子増倍管等の真空の
管内に配置されるので、温度変化を正確に検出すること
ができ、高精度の温度補償が可能になる。また、温度検
出器と光電子増倍管の電源が共通なので、回路構成も簡
単になる。That is, in the present invention, the temperature detector is arranged in the photomultiplier tube or in a vacuum tube exhibiting substantially the same temperature characteristics as that of the photomultiplier tube, and the power source of this temperature detector is common to that of the photomultiplier tube. Since the temperature detector is arranged in a vacuum tube such as a photomultiplier tube, the temperature change can be accurately detected, and highly accurate temperature compensation can be performed. Further, since the temperature detector and the photomultiplier tube have the same power source, the circuit configuration is simplified.
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to examples.
第１図は光電子増倍管の内部に温度検出器を取り付けた
状態を表わしたものである。光電子増倍管は電極構造に
よって幾つかの種類に分類することができる。図では静
電界形の光電子増倍管を示している。光電子増倍管11の
内部には、光の入射によって電子を発生するフォトカソ
ード12が配置されている。発生した電子は破線で示した
ように第１ダイノード13-1に入射し、ここで２次電子の
増倍を行う。続いて第２ダイノード13-2、第３ダイノー
ド13-3と順次増倍が繰り返され、最終段のアノード14か
ら増倍後の信号が取り出される。サーミスタあるいはポ
ジスタ等の温度検出器15は、電子あるいは光の進路をな
るべく阻害しない場所に配置される。管内は真空のため
熱の移動はほとんどない。また管内に特別な熱発生源は
存在しないので、温度検出器15の配置すべき箇所に上記
した以外の特別の制限は存在しない。しかしながら温度
検出器15を管壁や電極ピンと直接接触させることは、外
部の温度の影響を受けることとなり好ましくない。本実
施例では、光を電子に変換するフォトカソード12の温度
変化を重視し、温度検出器15をこのフォトカソード12の
近傍に配置している。FIG. 1 shows a state in which a temperature detector is attached inside the photomultiplier tube. Photomultiplier tubes can be classified into several types depending on the electrode structure. The figure shows an electrostatic field type photomultiplier tube. Inside the photomultiplier tube 11, a photocathode 12 that generates electrons when light is incident is arranged. The generated electrons are incident on the first dynode 13-1 as shown by the broken line, where the secondary electrons are multiplied. Subsequently, the multiplication is sequentially repeated with the second dynode 13-2 and the third dynode 13-3, and the multiplied signal is taken out from the final stage anode 14. The temperature detector 15 such as a thermistor or a posistor is arranged at a position where the path of electrons or light is not obstructed as much as possible. There is almost no heat transfer due to the vacuum inside the tube. Further, since there is no special heat generation source inside the tube, there are no special restrictions other than those mentioned above at the place where the temperature detector 15 should be arranged. However, it is not preferable to bring the temperature detector 15 into direct contact with the tube wall or the electrode pin because it is affected by the external temperature. In this embodiment, the temperature change of the photocathode 12 that converts light into electrons is emphasized, and the temperature detector 15 is arranged near the photocathode 12.
第２図は本実施例の光電子増倍装置を表わしたものであ
る。光電子増倍管のアノード14には、高電圧印加端子21
から＋800〜＋1300V程度の高電圧（＋VH）が印加される
ようになっている。この高電圧は、抵抗22を直列に接続
したデバイダによって順次降下され、各ダイオード13-N
〜13-Iおよびグリッド23に印加される。デバイダの最終
段の抵抗22Dの他端はフォトカソード12に接続されてい
る。またアノード14から得られる出力は、コンデンサ25
を介して出力端子24へ送られ、図示しないプリアンプに
入力されるようになっている。FIG. 2 shows the photomultiplier of this embodiment. The anode 14 of the photomultiplier tube has a high voltage application terminal 21
Therefore, a high voltage (+ VH ) of about +800 to + 1300V is applied. This high voltage is sequentially dropped by the divider in which the resistor 22 is connected in series, and each diode 13-N
~ 13-I and applied to the grid 23. The other end of the resistor 22 D at the final stage of the divider is connected to the photocathode 12. The output obtained from the anode 14 is the capacitor 25
It is sent to the output terminal 24 via and is input to a preamplifier (not shown).
さて、フォトカソード12はトランジスタ27のコレクタと
抵抗28の一端にも接続されている。トランジスタ27は温
度補償のための電流制御を行う素子で、そのベースに温
度検出器15とこれによる補正量を設定するためのポテン
ショメータ29から成る並列回路の一端を接続している。
この並列回路には、前記した抵抗28と直列に接続された
ツェナーダイオード31によって設定される定電圧が印加
されるようになっている。この定電圧は、温度検出器15
の温度特性に応じて極性の切り換えが行われる。極性切
換スイッチ32はこのためのスイッチであり、回路調整時
に図の側あるいは側に接点の設定が行われる。The photocathode 12 is also connected to the collector of the transistor 27 and one end of the resistor 28. The transistor 27 is an element for controlling current for temperature compensation, and one end of a parallel circuit including a temperature detector 15 and a potentiometer 29 for setting a correction amount by the temperature detector 15 is connected to its base.
A constant voltage set by the Zener diode 31 connected in series with the resistor 28 is applied to the parallel circuit. This constant voltage is the temperature detector 15
The polarity is switched according to the temperature characteristics of. The polarity changeover switch 32 is a switch for this purpose, and a contact is set on the side or side in the figure during circuit adjustment.
トランジスタ27のエミッタとツェナーダイオードのアノ
ード側は、一端を接地されたポテンショメータ33の他端
にそれぞれ接続されている。このポテンショメータは、
光電子増倍管のゲインを調整するためのものである。The emitter of the transistor 27 and the anode side of the Zener diode are respectively connected to the other end of the potentiometer 33 whose one end is grounded. This potentiometer
This is for adjusting the gain of the photomultiplier tube.
以上のような回路で光電子増倍管のフォトカソード12に
印加される電圧をＶとする。この電圧Ｖはトランジスタ
27のコレクタ・エミッタ間を流れる電流I1および抵抗28
を流れる電流I2によって決定されることになる。今デバ
イダの各抵抗22の抵抗値の和をＲとする。この場合にお
いて第３図は極性切換スイッチ32が側に選択された状
態を表わし、第４図は側に選択された状態を表わす。In the above circuit, the voltage applied to the photocathode 12 of the photomultiplier tube is V. This voltage V is a transistor
Current I 1 flowing between collector and emitter of 27 and resistor 28
It will be determined by the current I 2 flowing through. Let R be the sum of the resistance values of the resistors 22 of the divider. In this case, FIG. 3 shows the state in which the polarity changeover switch 32 is selected to the side, and FIG. 4 shows the state in which the polarity changeover switch 32 is selected to the side.
第３図で温度検出器15の抵抗値をRT、抵抗28の抵抗値を
RZ、ポテンショメータ29の抵抗値をRL、トランジスタ27
のベースと極性切換スイッチ32の間に配置された固定抵
抗35の抵抗値をRBとする。またツェナーダイオード31の
両端に現われる定電圧をVZとする。この場合に以下の式
が成立する。In Fig. 3, the resistance value of the temperature detector 15 is R T and the resistance value of the resistor 28 is
R Z , potentiometer 29 resistance value R L , transistor 27
The resistance value of the fixed resistor 35 arranged between the base and the polarity changeover switch 32 is R B. The constant voltage appearing across the Zener diode 31 is V Z. In this case, the following formula is established.
この（１）式は次のように変形することができる。 This equation (1) can be modified as follows.
ところでトランジスタ27のベース電位をVBとし、ベース
・エミッタ間の電圧をVBEで表わすと、電流IIは次のよ
うになる。 By the way, when the base potential of the transistor 27 is V B and the voltage between the base and the emitter is V BE , the current I I is as follows.
VB≫VBEの場合、（３）式は次のように変形できる。 In the case of V B >> V BE , equation (3) can be transformed as follows.
ここで抵抗値RUは次の如く定義する。 Here, the resistance value R U is defined as follows.
ただし、R0を０℃における抵抗値とし、Ｂをサーミスタ
定数、Ｔを温度（℃）またＫをポテンショメータ29の補
正量設定位置（０≦Ｋ≦１）とすると、 RM＝Ｋ・RL である。 However, if R 0 is the resistance value at 0 ° C., B is the thermistor constant, T is the temperature (° C.), and K is the correction amount setting position (0 ≦ K ≦ 1) of the potentiometer 29, R M = K · R L.
（４）式を変形すると次のようになる。The formula (4) can be modified as follows.
よって光電子増倍管のフォトカソード12に印加される電
圧Ｖは、極性切換スイッチ32が側に設定された場合
（第３図）には、（２）式を変形して次のようになる。 Therefore, the voltage V applied to the photocathode 12 of the photomultiplier tube is as follows by modifying the equation (2) when the polarity changeover switch 32 is set to the side (FIG. 3).
極性切換スイッチ32が側に設定された第４図の場合に
は、抵抗値RBとRUを入れ換えることにより、電圧Ｖを求
めることができる。 In the case of FIG. 4 in which the polarity changeover switch 32 is set to the side, the voltage V can be obtained by exchanging the resistance values R B and R U.
以上の（５）式で の項、および（６）式で の項は、光電子増倍管の内部温度によって変化する。す
なわち極性切換スイッチ32の極性を選択し、ポテンショ
メータ29の補正量設定位置Ｋを調整することにより、電
圧Ｖを温度に応じて変化させ、出力特性を一定に保つこ
とができる。 In the above equation (5) And the equation (6) The term of changes with the internal temperature of the photomultiplier tube. That is, by selecting the polarity of the polarity switch 32 and adjusting the correction amount setting position K of the potentiometer 29, the voltage V can be changed according to the temperature and the output characteristic can be kept constant.
また高電圧VHを変化しても温度系数の項は変化しない。
したがって温度系数の設定が容易となる。Further, even if the high voltage V H is changed, the term of the temperature coefficient does not change.
Therefore, it becomes easy to set the temperature coefficient.
ところで以上の説明では、（３）式で存在した電圧VBE
の項を（４）式で削除した。電圧VBEを存置させた場合
には、電流IIは次のようになる。By the way, in the above explanation, the voltage V BE existing in equation (3)
The term of is deleted by the equation (4). When the voltage V BE is kept, the current I I becomes as follows.
従って（６）式は次のようになる。 Therefore, the equation (6) is as follows.
ここで電圧VBEの温度係数は次式で表わされる。 Here, the temperature coefficient of the voltage V BE is expressed by the following equation.
VBE＝0.6−３×10-3T また（７）式は次のようになる。V BE = 0.6-3 × 10 -3 T Also, equation (7) is as follows.
電圧VBEの温度変化による電圧Ｖの変動が問題となる
が、この電圧変動は、温度が０℃から55℃まで変化した
ときであっても0.35ボルト以下である。この実施例の場
合、VHが1000ボルトのとき、電圧Ｖは133ボルトから205
ボルトまで変化する。従って電圧VBEの変動は実質上無
視できることになる。 The fluctuation of the voltage V due to the temperature change of the voltage V BE becomes a problem, but this voltage fluctuation is 0.35 V or less even when the temperature changes from 0 ° C to 55 ° C. In this example, when VH is 1000 volts, the voltage V is 133 volts to 205 volts.
Change to the bolt. Therefore, the fluctuation of the voltage V BE can be virtually ignored.
このことは、補正量設定位置Ｋを０にしたとき、すなわ
ち温度検出器15の両端を短絡し補正量を零とした状態
で、電圧Ｖの温度係数をほぼ零にすることができること
を意味する。This means that the temperature coefficient of the voltage V can be made substantially zero when the correction amount setting position K is set to 0, that is, in a state where both ends of the temperature detector 15 are short-circuited and the correction amount is set to zero. .
このように本発明によれば、温度検出器を光電子増倍管
あるいはこれと等価な真空の管に封じ込み、温度補償を
行うこととしたので、温度変化に対する応答性が良く温
度補償を高精度に行うことができる。また管外に配置さ
れる補正回路は光電子増倍管に加える電圧電源を兼用で
きるので、安価であり、またこれにより消費電力が特に
増加することもない。As described above, according to the present invention, since the temperature detector is enclosed in the photomultiplier tube or a vacuum tube equivalent thereto to perform the temperature compensation, the response to the temperature change is good and the temperature compensation is highly accurate. Can be done. Further, since the correction circuit arranged outside the tube can also serve as the voltage power source applied to the photomultiplier tube, it is inexpensive, and the power consumption does not increase particularly.
第１図は温度検出器を取り付けた光電子増倍管の原理
図、第２図は本発明の一実施例における光電子増倍装置
の回路図、第３図および第４図は第２図に示した回路に
おける極性切換スイッチの各設定状態別の回路図であ
る。 11……光電子増倍管、15……温度検出器、21……高電圧
印加端子、27……トランジスタ、29……ポテンショメー
タ。FIG. 1 is a principle diagram of a photomultiplier tube equipped with a temperature detector, FIG. 2 is a circuit diagram of a photomultiplier device in one embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are shown in FIG. FIG. 6 is a circuit diagram for each setting state of a polarity changeover switch in the circuit. 11 …… photomultiplier tube, 15 …… temperature detector, 21 …… high voltage application terminal, 27 …… transistor, 29 …… potentiometer.
Claims (1)
を示す真空の管内に配置され、光電子増倍管と共通の電
源に接続された温度検出器と、 この温度検出器の検出出力を用いて前記光電子増倍管内
部の温度変化にかかわらずこの光電子増倍管の出力特性
が一定となるように補償する温度補償回路 とを具備することを特徴とする光電子増倍装置。1. A photomultiplier tube, and a temperature detector which is arranged in the photomultiplier tube or in a vacuum tube exhibiting temperature characteristics substantially equivalent to the photomultiplier tube, and which is connected to a power source common to the photomultiplier tube, A temperature compensating circuit for compensating for the output characteristic of the photomultiplier tube to be constant regardless of the temperature change inside the photomultiplier tube by using the detection output of the temperature detector. Photomultiplier.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58242114A JPH0738301B2 (en) | 1983-12-23 | 1983-12-23 | Photomultiplier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58242114A JPH0738301B2 (en) | 1983-12-23 | 1983-12-23 | Photomultiplier |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60136147A JPS60136147A (en) | 1985-07-19 |
| JPH0738301B2 true JPH0738301B2 (en) | 1995-04-26 |
Family
ID=17084502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58242114A Expired - Lifetime JPH0738301B2 (en) | 1983-12-23 | 1983-12-23 | Photomultiplier |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0738301B2 (en) |
Families Citing this family (5)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS497247U (en) * | 1972-05-04 | 1974-01-22 | ||
| JPS5227774U (en) * | 1975-08-16 | 1977-02-26 |
-
1983
- 1983-12-23 JP JP58242114A patent/JPH0738301B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60136147A (en) | 1985-07-19 |
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