【摘要】：本文介绍了光电倍增管的工作原理。详细阐述光电倍增管针孔检测仪的设计原理、技术特点和工作流程，及对具体应用在高速开平生产线中检测针孔产生的数据进行分析，得出结论。
1.引言
    国内食品包装企业大多在裁剪阶段采取灯桌上人工对金属薄板针孔随机抽检的方法，一方面，针孔孔径通常在10-30微米，凭肉眼很难发现金属薄板中的针孔，检测精度低；另一方面，这种方式通常为抽检，针孔检测的效率低、有效性差。为此，杭州炫弘科技有限公司新研制的光电倍增管针孔检测仪可直接与高速开平线配套，实现高速、高精度、在线的针孔检测，检测效率高，稳定性好。
2.光电倍增管基本工作原理[1-4]
光电倍增管及其倍增电极偏置电路如图1所示，实质是一个真空管，内有光电发射阴极（光阴极）k、电子倍增极d1～dN和电子收集极（阳极）a的器件。

图1 光电倍增管及其倍增电极偏置电路示意图

    在阴极k和阳极a之间加上高压Vh，在各个电子倍增极d1～dN上加上梯度递增的倍增电压Vd1～VdN，该电压由接于高压Vh上的串联电阻R0～RN构成的无源电压偏置电路提供。当被测光信号照射光阴极k，光阴极向真空管中激发出光电子（一次激发），由于倍增电极（俗称打拿极）的倍增作用，经逐级多次放大后的电子被阳极收集作为信号输出。
3.设计原理及技术特点和工作流程
    3.1设计原理及技术特点
    基于多年对金属薄板裁切行业的了解及技术、经验的积累，采用光电倍增器件，充分利用其检测灵敏度高、响应速度快、成本低等特点，设计光电培增管针孔检测方法，同时针对斜孔检测、高速状态下的大幅宽在线检测等技术难点，通过在暗箱结构、信号处理电路等方面的创新设计，开发的光电培增管针孔检测仪，可实现与剪裁线同步高速在线的针孔检测，具有检测精度高、效率高、稳定性好，成本低，保养维护方便等优点，该技术已申请发明专利及实用新型专利各1项，专利（申请）号分别为：200910098022.5，ZL200920118332.4。
光电培增管针孔检测仪结构如图2所示，主要由光投射系统，光接收系统、信号处理系统、电控机构及人机界面显示等模块组成。

图2光电培增管针孔检测仪结构图

各模块技术特点及功能如下：
（1）光投射系统：考虑到光电倍增器件对波长为330-450nm的光源响应灵敏度高，因此采用紫外光作为光源；考虑到光源寿命问题，采用高亮紫外LED作光源，LED分三排平行排列结构及漏斗状聚光机构的设计，既可保证紫外光呈多角度照射，使针孔检测仪能检测出斜孔，又能达到提高照射强度的目的。
（2）光接收系统：主要包括光电倍增器件及暗箱，通过暗箱结构、防振安装方式的设计，提高了针孔检测精度（特别是对斜孔检测的精度）及工作的稳定性；在光电倍增管与箱体之间设置高压屏蔽罩，消除由于采用高压二次电子发射工作原理而造成的光电倍增管与暗箱壁之间的高压差，提高光接收系统的可靠性；并在暗箱中安装光敏电阻，可在强光透射等特殊情况下切断电源，起到保护光电倍增管的作用，提高设备的寿命。该技术已获得实用新型专利1项，专利名称：针孔检测仪暗箱装置，专利号：ZL200920118332.4。
（3）信号处理系统：光电倍增管接收针孔透过的紫外光后转化为微弱电流信号，经I/V转换、两级带通滤波、比较器比较输出等，同时为提高检出精度采用了软硬件滤波方法提取细微针孔信号到MCU处理。可输出给声光报警，也可直接输出给用户。同时信号板也可以接收人机界面发出的控制指令，控制各电气的动作等[5]。
    3.2工作流程
    光电培增管针孔检测仪工作流程如图3所示，金属板材经前端放卷、校平后，水平进入光电培增管针孔检测仪，检测仪紫外光学投射系统直接照射金属薄板，如果被检测区域存在针孔，紫外光接收系统可立即接收到透过针孔的微弱信号，该信号经调理电路放大、滤波、比较后输出到后端裁剪机的控制系统，实现自动分拣。

图3光电培增管针孔检测仪工作流程图

4.高速开平线针孔检测实际数据分析及结论
    光电倍增管针孔检测仪已成功应用在高速开平生产线中，并得到客户的认可。具体测
试数据见附表。

附表高速开平线针孔检测数据

生产线速度 针孔大小 抽检次数 准确率 有无漏检 能否满足要求
60片/分钟 15µm 100 100% 无 能
80片/分钟 15µm 100 100% 无 能
100片/分钟 15µm 100 100% 无 能
120片/分钟 15µm 100 100% 无 能
    根据表1数据，可得出结论：光电倍增管针孔检测仪能很好的分拣出高速开平线中有针孔的来料，为后级工序提供更优质的原料。

作者简介
朱卫星（1979-）男高级工程师，硕士，主要从事机电类设备开发工作。
参考文献
[1]武兴建观，吴金宏.光电倍增管原理、特性与应用[J].国外电子元器件，2001（8）.
[2]张文超，王宇松，卢可义等.光电倍增管（PMT）的有源偏置电路.生命科学仪器[J].2005（1）.
[3]孙慕渊.光电倍增管的探测能力.咸宁师专学报[J].2001（3）.
[4]北京滨松光子技术股份有限公司。光电倍增管的应用领域. [EB/OL].http://www.bhphoton.com/service/default.asp?title=zyxz.htm，2005.
[5]符磊，王久华.电工与电子技术[M].南昌：江西高校出版社，2003.