实验室光谱仪器--光谱仪的检测系统概述
检测系统
原子化器产生的自由原字受特征光源照射以后发出荧光，荧光通过光电倍增管将光信号转变成电信号，该电信号通过前置放大 器、主放大器、积分器、模数转换器等系列信号接收和数据处理电 路，最后被单片机采集，并通过标准串口实时将数据上传给系统 机，由系统机对数据进行处理和计算。我国生产的原子荧光仪器其所用的光电倍增管均为日本滨松公司(HAMAMATSU)生产的日盲光电倍增管，下面就这种检测器的工作原理和主要检测电路作一简单介绍。
1、光电倍增管
光电倍增管的示意图见下图，它由光电阴极、若干倍增极和阳极三部分组成。光电阴极由半导体光电材料制成，入射光就在 它上面打出光电子。倍增极数目为4〜14个不等。在各倍增电极上加上电压。阳极收集电子，外电路形成电流输出，其输出电流与入射光强成正比。
工作时，在阴极 K 上加一负电压(即仪器条件设置中的负高 压)，各个倍增极上均加上电压。从阴极开始，各个倍增极的 E1、 E2、E3 等电位依次升高，阳极 A 电位最高。入射光在光电阴极上激发电子，由于各极间有电场存在，所以阴极激发电子被加速轰击第一倍增极。
这些倍增极具有这样的特性，在受到一定数量的电子轰击后，能放出更多的电子，称为“二次电子”。光电倍增管的倍增极的几何形状设计成每个极都能接受前一极的二次电子，而在各 个倍增极上顺序加上越来越高的电压。这样如果在光电阴极上由于入射光的作用发射出一个电子，这个电子将被加速轰击第一倍增极，设这时第一倍增极有 R 个二次电子发出，这 R 个二次电子又轰击第二倍增极，而其产生的二次电子又增加 R 倍，经过 n 个倍增极 后，原先一个电子将变为 Rn 个电子，这些电子最后被阳极所收集而在光电阴极和阳极间形成电流。构成倍增极的材料的 R＞1，设 a=4，在 n=10时，则放大倍数为不 R=4在 n=10时，则放大倍数 Rn=410≈106，可见，光电倍增管的放大倍数是很高的。
光电倍增管的选择主要参照其光谱响应、阴极灵敏度、阳极灵敏度和暗电流等几个主要特征参数。
(1)光谱响应光电倍增管的阴极将入射光的能量转换为光电子。其转换效率(阴极灵敏度)随入射光的波长而变。这种光 阴极灵敏度与入射光波长之间的关系叫做光谱响应特性。光谱响应特性的长波端取决于光阴极材料，短波端则取决于入射窗材料。
(2)暗电流光电倍增管在完全黑暗的环境中仍会有微小的电流输出。这个微小的电流叫做阳极暗电流。阳极暗电流是决定光电倍增管对微弱光信号的检出能力的重要因素。
阳极暗电流的主要来源有以下几种。
①电子热发射因为光阴极和倍增极材料具有较低的逸出功， 所以在室温下会发射出大量的热电子。大部分的暗电流源于这种热电子发射，特别是那些来自光阴极的热电子，因为它们要经过倍增极的放大。
②残留气体电离(离子反馈)光电倍增管内的残留气体与电 子碰撞会产生电离。当这些离子撞击光阴极或前几极倍增极时也会发射出二次电子，导致较大的阳极脉冲噪声输出。
③玻璃发光电子脱离预定轨道飞出，打击到玻璃壳时会产生辉光并导致暗脉冲输出。
④漏电电流漏电电流源于光电倍增管的芯柱和管基、管座等，是暗电流的一部分。
⑤场致发射当光电倍增管工作电压接近极限工作电压时， 强大的电场使电极发出场致发射电子，从而造成暗脉冲输出。因 此，建议光电倍增管工作在比极限工作电压低20%〜30%的电压 以下。
(3)阴极光照灵敏度和阳极光照灵敏度阴极光照灵敏度是使 用鸨灯产生的2856K 色温光测试的每单位通量入射光(实际用 10-5〜10-2血)产生的阴极光电子电流。阳极光照灵敏度是每单 位阴极上的入射光通量(实际用10-1〜10-5产生的阳极输出电流(经过二次发射极倍增后)。
2、检测电路
(1)前置放大器以 XDY-2型仪器为例，如下图所示。 前置放大器电路由一个射极跟随器组成。其主要作用是将光电倍增管输出的电流信号转变成电压信号，以便于后续电路进行信号处理。
(2)主放大器如下图所示。主放大器的主要功能是将前 置放大器输出的电压信号进一步放大。
(3)积分器和 A/D 转换电路 如下图所示。该部分电路由 A/B道反向器、同步解调开关、A/R 道积分器、积分开关、峰值 保持、A/D 转换等组成，其主要功能有背景扣除、积分、峰值保持、A/D 转换等。
