Langsame Fall-time Photomultiplier

[[e-mail] (Gast)]

Hi,

ich habe einen Verity EP200 Monochromator, in dem ein Hamamatsu R928HA 
PMT standardmässig verbaut ist.

http://verityinst.com/wp-content/uploads/Monochromators-3.pdf

Ich habe ihn heute das erste mal angeschlossen und er scheint auch zu 
funktionieren. Sobald ich eine LED vor den Eingangsschlitz halte, wird 
eine Spannung an dessen Ausgängen erzeugt. Nehme ich die LED weg, dann 
fällt die Spannung wieder. Der Spannungsabfall dauert allerdings sehr 
lange. Falls ich mich richtig belesen haben, dann sollte das eigentlich 
innerhalb weniger Millisekunden passieren. Bei mir dauert das ca. 20-30 
Sekunden. Was habe ich denn falsch gemacht? Meine Spannungskurve sieht 
aus, wie in dem Bild, nur eben passiert das ganze nicht sehr schnell.

Zum Aufbau:

Der Monochromator wird über einen normales kleines Steckernetzteil mit 
nachgeschaltetem DC/DC-Wandler mit Strom versorgt (NSD10-12D15). Der GND 
des Monochromators ist mit dem GND des DCDC-Wandlers verbunden. Der 
Signalausgang vom PMT ist über einen Spannungsteiler mit dem GND des 
Monochromators verbunden. Der Spannungsteiler hat R1=100 Kohm und R2= 44 
Kohm. Am R2 hängt ein Arduino. Bei kleineren Widerständen bleibt das 
Problem.

MFG
Andi

[Werner H. (werner45)]

Da ist aber was faul!

Multiplier selbst reagieren im ns-Bereich.
Was für eine Dynodenspannungsversorgung verwendest Du? Extern oder ist 
der Wandler mit im Sockel?
Jedenfalls braucht der Wandler bis 1 A Strom. Vielleicht ist Dein 
Netzteil zu schwach und die Spannung steigt nur langsam aber die 
Multiplierverstärkung steigt damit exponentiell.

Gruß   -   Werner

[Andi (Gast)]

Hallo,

die komplette Stromversorgung läuft über den Wandler. Ich habe diesen 
extra gekauft, da ich kein Netzteil mit negativer Spannung habe. Die 
Wahl fiel auf ihn, da seine Leistung etwas über der nötigen Leistung des 
Monochromators liegt. Ich habe den DCDC-Wandler auch mit einem 
Labornetzteil betrieben (Imax war bei 0,25A). Das Steckernetzteil geht 
bis 1,2A.

Bei der PMT-Spannung hatte ich von -300V bis -700V alles durch. Überall 
das Gleiche. Meine Schaltung habe ich mal als Bild hochgeladen. Ich bin 
in Sachen Elektronik nicht gerade ein Spezialist. Aber mit einer Erdung 
kann das nix zu tun haben, oder?

MFG Andi

[Dampf Stampf (Gast)]

Bei so schnellen Signalen denke ich sollte man einen 50 Ohm Eingang 
haben, nix mit 22k oder so.

[Dampf Stampf (Gast)]

Was sagt denn das Datenblatt zur Beschaltung der PMT ?

[Andi (Gast)]

Mit dem Datenblatt vom PMT selber habe ich mich nicht groß beschäftigt, 
da ich da davon eh nur die Hälfte verstehe. Eigentlich sollte in dem 
Monochromator schon alles nötige verbaut sein, sodass man nur noch das 
Signal messen braucht...dachte ich zumindest.

Den Spannungsteiler habe ich auch schon mit kleineren Widerständen 
gebaut - ohne Erfolg. Die Spannung steigt dann nicht mehr so hoch, aber 
sie fällt trotzdem zu langsam ab.(Signal: Vmax=14,5V Imax=0,03A). Ich 
habe eben den Signal-Ausgang mit einem 47ohm-Widerstand überbrückt und 
es dauert trotzdem ewig, bis 0V erreicht sind.

[Peter R. (Gast)]

Mit einer LED hast Du den Multiplier wahrscheinlich optisch übersteuert. 
Die fotoempfindliche Kathode braucht dann lange bis sie ihren normalen 
Zustand wieder erreicht.

Da kamen einige µW an Licht auf die Kathode, die im Normalbetrieb einige 
tausend Photonen einer dünnen Spektrallinie oder den winzigen Lichtblitz 
in einem Fluoreszenzkristall aufspüren soll.

Fotomultiplier sind hochempfindlich und sollten zum Beispiel lichtdicht 
aufbewahrt werden, da sie nach Fremdbelichtung Stunden bis Tage 
brauchen, um ihr reguläres Verhalten wieder zu zeigen.

Ähnliches Übersteuerungsverhalten zeigen nahezu alle mit 
fotoempfindlichen Schichten bzw. Kathoden arbeitenden Geräte. Man denke 
z.B. an die selenbeschichteten Trommeln bei Laserdruckern. Nicht umsonst 
dürfen die nicht direkt dem Sonnenlicht ausgesetzt werden.

Früher gab es ähnliche Effekte als sogenanntes blooming bei TV-Kameras. 
Eine sehr helle Stelle des Aufnahmeobjekts zog beim Schwenken der Kamera 
breite Lichtspuren übers Bild, legte also die lichtempfindliche Schicht 
der Kamera für mehrere ms lahm.

[Werner H. (werner45)]

@ Peter R.
Gegenargument:
Bei Überbelichtung gehen Photomultiplier in die Sättigung, danach werden 
sie unempfindlicher, sie liefern ein zu kleines Signal. Die Fotokathode 
erholt sich meist nach einigen Stunden wieder.
Es gibt aber zwei Anwendungsarten für die PM:
Hochempfindliche (selektierte) PM für Szintillationszähler und für die 
Messung aüßerst schwache Emissionen. Der Betrieb erfolgt hier mit sehr 
hohen Spannungen an der Grenze zu Störungen durch Eigenemission. Diese 
PM dürfen KEIN Tageslicht zu sehen bekommen, sie werden irreversibel 
unempfindlicher und sind für diese Zwecke unbrauchbar geworden, 
funktionieren aber für andere.
Die meisten PM für Spektrometer arbeiten aber im mittleren Bereich mit 
Spannungen zwischen 300 und 1000 V. Die PM hierfür sind sehr robust und 
erholen sich nach Überbelichtung wieder reversibel. Für empfindliche 
Emissionsmessungen im oberen Bereich, für den "Normalbetrieb" für 
Absorptionsmessungen im unteren. Hier wird der PM dauernd mit Licht 
beaufschlagt (0 % Absorption)und nur die Schwächung durch eine Probe 
wird gemessen (z.B. 60 % Absorption). Eine kurze Dunkelzeit dient der 
Messung des Dunkelstromes des PM für die spätere Korrektur (Subtraktion 
vom Meßstrom).
Hochempfindlich selektierte PM sind hierfür UNBRAUCHBAR, sie werden 
permanent übersteuert und liefern keine Meßwerte mehr.

Wichtig: Unterhalb 300 V Betriebsspannung arbeiten die PM NICHTLINEAR!
Der Anodenstrom wird von der letzten Dynode geliefert (!). Bei 
Spannungen unter 30 V ist der Multiplikationsfaktor nicht mehr konstant, 
sondern kleiner. Kleine Lichtänderungen werden nicht mehr richtig 
erkannt.
Abhilfe: Lichtmenge durch engeren Spalt verringern.
Ein elektronischer Trick geht auch, wenn der Sockel nicht vergossen ist:
Statt des letzten Dynodenwiderstands wird eine 33-V-Zenerdiode 
eingebaut.
Damit kann man den unteren Linearitätsbereich etwas erweitern.
Besser ist aber die mechanische Lichtschwächung zur Linearisierung.

Gruß  -   Werner