专利名称：空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电真空器件技术领域，特别是空间行波管用磁钢性能随温度变化一致性的筛选装置。
背景技术：
空间行波管是广泛应用于通信卫星、侦察卫星、导航卫星、资源卫星、气象卫星、海洋卫星以及载人航天与探月工程的转发器、数据传输系统、雷达与电子对抗发射机等的末级功率放大器的核心部件。空间行波管的使用寿命一般大于10年，而且工作的可靠性要求很高。空间行波管工作的高可靠性表现之一就是在经历高低温热循环过程(温度范围一般为_30°C至+80°C 之间)中，都能够保持正常稳定工作。如图I所示，行波管包括输入结构a、输出结构b、收集极C、螺旋线部分d、磁路部分的磁钢e、电子枪f等几大部分。磁钢组成的磁路是行波管的重要组成部分，它直接影响到行波管的工作频率、功率、效率、噪声系数、稳定性和寿命。行波管磁路一般是由十几块到几十块磁钢组成的，这些磁钢随着行波管使用环境温度的变化，磁性能相应发生变化，这是磁钢的本质属性。对同一个行波管来说，选择的磁路磁钢要满足一方面，磁钢性能随温度的变化要尽量小，一般要求磁钢的温度系数< 0. 03% ;另一方面，组成磁路的几十块磁钢的性能随温度的变化要保持一致，不能出现个别磁钢性能随温度剧烈变化的情况，这对行波管的稳定工作影响很大。对同型号的行波管来说，组成磁路的磁钢性能也要尽量保持一致，这样有利于制造出性能稳定、一致好的空间行波管。空间行波管使用的磁钢如图2所示，一般包括圆环形磁钢(a)和长方体形磁钢(b)两种。磁钢性能随温度的变化一般用磁钢的温度系数来表征。订购磁钢时，厂家一般给出的是抽测数据，而且测试的试样大多数情况下都是特制形状的，不能反映订购磁钢随温度变化的个体差异。而且就目前国内磁钢的生产现状来说，同一批次、不同批次之间的磁钢性能不可避免地存在性能差异，因此开展空间行波管用磁钢性能随温度变化的一致性筛选显得尤为重要。对磁性材料的鉴定(参考[1JGB/T 8986-1999永磁材料温度系数测量方法；[2]GB/T 3217-1992永磁(硬磁)材料磁性试验方法；[3]李幸，张福民，张细雨。永磁材料温度系数测量的探讨。电工合金文集，1989，I :24-26)，通常是在闭合磁路中测量试样(磁性材料生产过程中同批制造的标准试样或直接从产品上切取的试样)的磁性能，常用的装置有直流冲击法测磁装置、直流磁性自动测量装置和对称双轭测试仪等。这些测量装置的测量精度较高，但是局限于对一定尺寸、形状的标准样品的测量。目前在行波管的日常生产中，一般是采用安装有霍尔探头的高斯计来测量(参考电子管设计手册编辑委员会编《微波电子管磁路设计手册》国防工业出版社，1984年)。由于霍尔探头中霍尔片的性能随温度变化而变化，因此一般不能用来测量磁钢性能随温度的变化，否则测量误差很大。
李实等人的发明专利提出了一种高温磁场测量仪(参考李实，吴琳琳《实用高温磁场测量仪》中国发明专利，专利申请号200410098989. 0)其核心是使用冷却的霍尔探头测量磁钢的磁场强度。由于霍尔探头与磁钢处于同一加热区内，被冷却的霍尔探头周围环境温度不断变化以及输入的冷却液温度也难以保持恒定不变，致使霍尔探头的温度很难保持恒定。霍尔片的性能随温度变化而变化，在这种情况下，测量的磁钢性能不可避免随着环境温度的不确定性而带来测量磁钢性能的不确定性，因此这种测量仪难以胜任磁钢性能随温度变化一致性的比对测量。
发明内容
本发明的目的是公开一种空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，针对现有技术存在的问题，解决行波管磁路磁钢性能随温度变化的一致性筛选问题，并进而对生产高可靠、性能稳定一致的空间行波管提供技术保障。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是
一种空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，其包括拉力传感器、小车、拉线、衔块、支撑平台、待测磁钢固定夹具、待测磁钢、间隔物、测温热电偶、恒温箱、计算机；其中，在恒温箱内水平设置支撑平台，支撑平台上设有待测磁钢固定夹具，固定夹具的一侧设有衔块，固定夹具的正上方悬空设置测温热电偶；在衔块和固定夹具之间设有间隔物；衔块通过拉线与恒温箱外侧的拉力传感器相连；拉力传感器固置于移动小车上表面，随小车同步移动；拉力传感器、小车的驱动装置、测温热电偶、恒温箱的调温系统分别与计算机电连接;测量时，将待测磁钢固置于固定夹具中，在测试温度范围内，通过测量待测磁钢对衔块的磁场力来间接测量待测磁钢性能随温度的变化，进而完成待测磁钢性能随温度变化的一致性筛选。所述的空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，其所述拉线水平设置，贯通恒温箱的侧壁。所述的空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，其所述支撑平台、固定夹具，使用无磁材料制成，为铝合金、无磁不锈钢其中之一；衔块，使用软磁合金制成，为纯铁、低碳钢、硅钢其中之一；间隔物，使用非磁性材料制成，为氧化铝瓷、铝合金、无氧铜、无磁不锈钢其中之一。所述的空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，其通过改变间隔物的宽度来调节拉力f 不超过拉力传感器的测量范围，以扩大筛选装置对待测磁钢磁性能的适应性。所述的空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，其测试温度范围宽，采用压缩机制冷、液氮制冷技术，低温为_80°C以下，通过电阻丝加热方式，高温达到+200°C以上。所述的空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，其待测磁钢对衔块的磁场力F的测量过程如下计算机通过热电偶测量被测磁钢的温度，计算机控制恒温箱在某一温度T保温一定时间后，计算机控制移动小车通过拉线牵引衔块，通过拉力传感器测得拉力-位移f_x曲线，计算机对拉力-位移f_x曲线进行分析，得到该温度下的最大拉力fmax，重复以上过程，以获得最大拉力-温度fmax-T曲线。本发明的空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，具有以下特点1、测量磁钢性能随温度变化的灵敏度高；2、高低温测试温度范围宽；3、可以实现自动化测量，操作方便。
图I为行波管整体结构示意图；图中a为行波管输入结构；b为行波管输出结构；c为行波管收集极；d为行波管螺旋线部分；e为磁路部分的磁钢；f为行波管电子枪。图2为行波管用磁钢示意图；其中图2(a)为圆环形磁钢；图2(b)为长方体形磁钢；图3为本发明的一种空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置结构示意图；图中I为拉力传感器；2为移动小车；3为拉线；4为软磁合金衔块；5为支撑平台；6为待测磁钢固定夹具；7为待测磁钢；8为非磁性材料间隔物；9为测温热电偶；10为恒温箱；11为计算机；图4为被测磁钢与衔块之间的拉力-位移f_x曲线示意图；图5为被测磁钢与衔块之间的最大拉力-温度fmax-T曲线示意图。
具体实施例方式图3所示为本发明的一种空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置示意图，包括拉力传感器I、移动小车2、拉线3、软磁合金衔块4、支撑平台5、待测磁钢固定夹具6、待测磁钢7、非磁性材料间隔物8、测温热电偶9、恒温箱10、计算机11等组成部分。其中，在恒温箱10内水平设置支撑平台5，支撑平台5上设有待测磁钢固定夹具6，固定夹具6的一侧设有衔块4，固定夹具6的正上方悬空设置测温热电偶9 ；在衔块4和固定夹具6之间设有间隔物8 ;衔块4通过拉线3与恒温箱10外侧的拉力传感器I相连；拉力传感器I固置于移动小车2上表面,随小车2同步移动；拉力传感器I、小车2的驱动装置、测温热电偶9、恒温箱10的调温系统分别与计算机11电连接；测量时，将待测磁钢I固置于固定夹具6中，在测试温度范围内，通过测量待测磁钢7对软磁合金衔块4的磁场力来间接测量待测磁钢7性能随温度的变化，进而完成待测磁钢7性能随温度变化的一致性筛选。拉力传感器I装在一个由步进电机驱动的移动小车2上。恒温箱8中的温度可以从低温到高温连续变化，变化范围可以根据测试要求具体定制。待测磁钢7固定在固定夹具6上，放入恒温箱10中，充磁方向指向衔块4。在每个测温点保温一定时间后，用拉力传感器I通过拉线3测量衔块4受到被测磁钢的磁场吸引力F。(参考王瑜。永磁装置中磁场力的计算。磁性材料及器件，2007，38 (5) :49-60)F = I^rIfj82ds
S ....................................⑴、
其中，U r为衔块的相对磁导率，U ^为真空磁导率，B为磁感应强度，s为磁场与衔块作用面的面积。从式(I)我们知道，磁场吸引力F与磁钢产生的磁场强度B2具有关联关系，磁场强度B小的变化可以用力F较大的变化代替，因此测量磁场吸引力F随温度的变化更能灵敏地反映磁钢磁场强度B随温度的变化。磁场吸引力F的自动化测量过程如下计算机11通过热电偶9测量被测磁钢7的温度，计算机11控制恒温箱10在 某一温度T保温一定时间后，计算机11控制移动小车2通过拉线3牵引衔块4，通过拉力传感器I测得拉力-位移f-x曲线如图4所示。计算机11对图4所示的拉力-位移f-x曲线进行分析，得到该温度下的最大拉力fmax。重复以上过程，就可以获得如图5所示的最大拉力-温度fmax-T曲线。通过比对不同磁钢的fmax-T曲线，完成磁钢温度性能一致性的筛选。如图3所示，支撑平台5和待测磁钢固定夹具6使用无磁材料制成，比如铝合金、无磁不锈钢等。如图3所示，衔块4使用软磁合金制成，比如纯铁、低碳钢、硅钢等。间隔物8由非磁性材料制成，比如氧化铝瓷、铝合金、无氧铜、无磁不锈钢等。拉力f是衔块4与待测磁钢7之间吸引力的反映，应该是由衔块4与待测磁钢7之间的距离来决定，反映在间隔物8上，是间隔物8的水平宽度，不牵涉间隔物8的其它几何尺寸。改变间隔物8的宽度来调节拉力f不超过拉力传感器I的测量范围，以扩大该筛选装置对被测磁钢性能的适应性。为了提高效率，可以在一个恒温箱10中同时进行多套磁场力的测量，每套测量装置间需保证相隔一定的安全距离，使相互之间的测量互相不影响。待测磁钢7固定在固定夹具6上，放入恒温箱10中，充磁方向指向衔块4。计算机11通过热电偶9测量被测磁钢7的温度，计算机11控制恒温箱10在某一温度T保温一定时间后，计算机11控制移动小车2通过拉线3牵引衔块4，通过拉力传感器测得拉力-位移f-x曲线如图4所示。计算机11对图4所示的拉力-位移f-x曲线进行分析，得到该温度下的最大拉力fmax。重复以上过程，就可以获得如图5所示的最大拉力-温度fmax-T曲线。通过比对不同磁钢的最大拉力-温度fmax-T曲线,完成磁钢性能随温度变化一致性的筛选。
权利要求
1.一种空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，其特征在于，包括拉力传感器、小车、拉线、衔块、支撑平台、待测磁钢固定夹具、待测磁钢、间隔物、测温热电偶、恒温箱、计算机；其中， 在恒温箱内水平设置支撑平台，支撑平台上设有待测磁钢固定夹具，固定夹具的一侧设有衔块，固定夹具的正上方悬空设置测温热电偶； 在衔块和固定夹具之间设有间隔物；衔块通过拉线与恒温箱外侧的拉力传感器相连； 拉力传感器固置于移动小车上表面，随小车同步移动； 拉力传感器、小车的驱动装置、测温热电偶、恒温箱的调温系统分别与计算机电连接； 测量时，将待测磁钢固置于固定夹具中，在测试温度范围内，通过测量待测磁钢对衔块的磁场力来间接测量待测磁钢性能随温度的变化，进而完成待测磁钢性能随温度变化的一致性筛选。
2.如权利要求I所述的空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，其特征在于，所述拉线水平设置，贯通恒温箱的侧壁。
3.如权利要求I所述的空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，其特征在于，所述支撑平台、固定夹具，使用无磁材料制成，为铝合金、无磁不锈钢其中之一；衔块，使用软磁合金制成，为纯铁、低碳钢、硅钢其中之一；间隔物，使用非磁性材料制成，为氧化铝瓷、铝合金、无氧铜、无磁不锈钢其中之一。
4.如权利要求I所述的空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，其特征在于，通过改变间隔物的宽度来调节拉力f不超过拉力传感器的测量范围，以扩大筛选装置对待测磁钢磁性能的适应性。
5.如权利要求I所述的空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，其特征在于，所述测试温度范围宽，采用压缩机制冷、液氮制冷技术，低温为-80°C以下，通过电阻丝加热方式，高温达到+200°C以上。
6.如权利要求I所述的空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，其特征在于，待测磁钢对衔块的磁场力F的测量过程如下计算机通过热电偶测量被测磁钢的温度，计算机控制恒温箱在某一温度T保温一定时间后，计算机控制移动小车通过拉线牵引衔块，通过拉力传感器测得拉力-位移f_x曲线，计算机对拉力-位移f_x曲线数据进行分析，得到该温度下的最大拉力fmax,重复以上过程，以获得最大拉力-温度fmax-T曲线。
全文摘要
本发明公开了一种空间行波管用磁钢性能一致性筛选装置，涉及电真空器件，在恒温箱内设置支撑平台，支撑平台上有待测磁钢固定夹具，夹具的一侧设有衔块，夹具的正上方悬空设测温热电偶；在衔块和夹具之间设间隔物；衔块通过拉线与恒温箱外侧的拉力传感器相连；拉力传感器固置于移动小车上表面，随小车同步移动；拉力传感器、小车驱动装置、测温热电偶、恒温箱调温系统分别与计算机电连接。本发明装置，通过测量测试温度范围内被测磁钢对软磁合金材料的磁场力来间接测量磁钢性能随温度的变化，进而实现空间行波管用磁钢性能一致性的筛选。本发明装置测量磁钢性能随温度变化的灵敏度高；高低温测试温度范围宽；可以实现自动化测量，操作方便。
文档编号G01R33/12GK102749596SQ20111010138
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者刘濮鲲, 袁广江 申请人:中国科学院电子学研究所