一种电子枪真空放电检测装置制造方法
【专利摘要】一种电子枪真空放电检测装置，包括导光系统（5）、CCD成像设备、光电传感模块、信号处理模块和显示模块。所述的导光系统（5）通过极紫外光纤分别与CCD成像设备和光电传感模块连接；所述的光电传感模块与信号处理模块连接；所述的CCD成像设备和信号处理模块分别与显示模块连接。所述的导光系统（5）布置在电子枪所处的真空室壁或真空室前端的高压瓷瓶壁上作为探头。本发明利用电子枪真空放电过程中产生的极紫外光分析电子枪的真空放电强度；CCD成像设备对电子枪真空放电进行曝光成像，对放电部位定位。
【专利说明】—种电子枪真空放电检测装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电子枪真空放电的检测装置。
【背景技术】
[0002]电子枪是真空电子设备的关键部件，在真空环境下运行时，由于场强分布不均匀，同时真空室内壁存在毛刺和缺陷等，放电现象经常发生。这种真空放电对电子枪、高压瓷瓶以及高压发生器等与之相关的部件带来极大的危害，严重影响其寿命。同时破坏了真空环境，并极大影响真空电子设备的稳定运行。及时消除放电故障是保障电子枪稳定运行的关键措施，需要对放电原因和放电部位进行分析。由于电子枪真空放电比较复杂，既有尖端放电，也有电弧放电，甚至辉光放电。同时，电子枪内部真空放电时间极短，一般在纳秒数量。在检测电子枪内部真空放电的装置常常借鉴电力设备方面的放电检测装置。如超声波检测装置主要由声电传感器和放大器构成，由于电子枪内部是高真空环境，声波在真空中不传播，同时电子枪外部抽气装置工作时的噪声严重影响超声传感器的工作。因此，很难采用此装置对电子枪内部放电进行定位检测。由于电子枪内部是高真空环境，利用放电产生的生成物的成分和浓度判断局部放电的化学检测法，也不适宜用作电子枪真空放电检测的方法。在文献“电弧放电紫外线光辐射探测系统的研究”和“高压放电紫外检测系统的研究”中，采用紫外线对高压电力设备长时间持续放电的定量检测，不适宜用于电子枪内部的极短时间不连续放电模式的检测。目前为止，用于电子枪内部高真空环境下弱放电检测装置尚欠缺。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有电子枪真空放电检测设备的缺点，提出一种电子枪真空放电极检测装置。本发明装置对电子枪真空放电过程中产生的极紫外光进行光谱分析，并对电子枪真空放电过程成像，分析电子枪真空放电原因和放电部位。本发明具有简单高效、形象直观、抗电磁干扰能力强，灵敏度高、非接触式测量和不影响设备的运行等优点。
[0004]本发明提出的检测装置主要由导光系统、CXD成像设备、光电传感模块、信号处理模块和显示模块组成。所述的导光系统通过极紫外光纤分别与CCD成像设备和光电传感模块连接，用于定位和定量的信号输出；所述的光电传感模块与信号处理模块通过电缆连接；所述的CXD成像设备和信号处理模块分别通过数据线与显示模块连接。
[0005]所述的导光系统是一个一端封闭的石英管，其封闭端为半球形，封闭端插入电子枪所在的真空室内作为探头。石英管内装有滤波片和光耦合系统。石英管另一端连接极紫外光纤。所述的滤波片位于光耦合系统的前端，其作用是滤除其他的干扰光，使电子枪放电产生的极紫外光信号进入光耦合系统，经光耦合系统汇聚信号放大后经极紫外光纤分别传输至CXD成像系统和光电传感模块。
[0006]所述的CXD成像设备主要由光学系统和成像系统组成。所述的光学系统作为接收端，与成像系统连接，其作用在于把电子枪内部真空放电产生的极紫外光信号输出到成像系统；所述的CCD成像设备响应时间为纳秒数量级。
[0007]所述的光电传感模块主要由滤波片和通道型光电倍增管组成。所述的滤波片与通道型光电倍增管连接，其作用在于将探测到的电子枪内部真空放电产生的极紫外光信号转化为电信号。所述的光电传感模块响应时间为纳秒数量级。
[0008]信号处理模块主要由主放大电路、滤波放大电路和A/D转化电路组成。所述的主放大电路与滤波放大电路连接；所述的滤波放大电路与A/D转化电路连接。其作用在于把电子枪内部真空放电产生的微弱极紫外放大增强。
[0009]显示模块是由计算机和串口通信电路组成。串口通信电路与计算机连接，其作用在于将CCD成像设备输出的极紫外光的图像信息和信号处理模块处理的极紫外光强度信息输出到计算机。
[0010]所述的导光系统有多套；导光系统布置在电子枪所处的真空室壁或真空室前端的高压瓷瓶壁上。在真空室壁或高压瓷瓶壁上各选取一个关于圆柱形真空室和高压瓷瓶的中心轴对称的位置，分别对向布置一对共两套导光系统，两套导光系统位于同一平面，两套导光系统之间的夹角为180度。也可各选取两个关于圆柱形真空室和高压瓷瓶的中心轴对称的位置对称布置两对共四套导光系统。四套导光系统对向布置于圆柱形同一横截面上，相邻两套导光系统之间的夹角为90度。位于同一横截面的导光系统所在位置的连线通过真空室或高压瓷瓶的轴心，使高压瓷瓶和真空室内部能够被导光系统全范围探测到。当然也可以根据需要选取更多的位置对称布置导光系统。
[0011]所述的滤波片为240nm-280nm范围内极紫外线滤波片；所述的光电传感模块的通道型光电倍增管、CCD成像设备、信号处理模块和显示模块的响应时间为纳秒量级；所述的光纤为极紫外线光纤；所述的光耦合系统采用透镜组耦合方式，包括正透镜和负透镜，正透镜、负透镜和所述的滤波片均为石英紫外线增透材料制作；所述的石英管球形封闭的一端能够接收180°的入射光；所述的各部件之间根据用光纤、电缆线或数据线连接。
[0012]本发明的电子枪真空放电装置的工作原理如下:
[0013]电子枪真空放电时，通过CCD成像系统对电子枪真空放电产生的极紫外线曝光成像，对放电部位进行定位分析；电子枪真空放电产生的极紫外线光信号，经过光电传感模块和信号处理模块的传输和放大，对极紫外光信号进行光谱分析，得到极紫外线光谱峰值的变化，通过极紫外线光谱峰值的变化来分析电子枪真空放电的强度；通过显示模块综合上述放电定位和放电强度的分析，完成对电子枪真空放电定位、定量以及放电原因的分析。
[0014]本发明的电子枪真空放电极紫外线检测装置具有以下优点:
[0015]1、本发明的电子枪真空放电极紫外线检测装置属于非接触式测量装置，检测时与待检测设备完全隔离，无须停电，不影响设备的运行状态。
[0016]2、本发明的电子枪真空放电极紫外线检测装置能够对微弱局部放电的进行检测，且不受高频信号干扰的影响，灵敏度高。
[0017]3、本发明的电子枪真空放电极紫外线检测装置可以直接观察到放电的位置、形状等，对电子枪设备的运行状况做出准确的判断，具有形象直观性和简单高效性。
[0018]4、本发明的电子枪真空放电极紫外线检测装置可以对电子枪真空放电的危害做出评估，及早发现并排除设备的早期安全隐患，节约了设备的维修费用，增强了电子枪系统运行的安全稳定性。【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1本发明提出的电子枪真空放电极紫外线检测装置的结构示意图；
[0020]图2本发明实施例真空电子枪平面结构图；
[0021]图3本发明另一实施例导光系统的位置关系俯视图；
[0022]图中:1高压瓷瓶，2阴极，3阳极，4真空室，5导光系统，501A第一导光系统，502B第二导光系统，50IC第三导光系统，502D第四导光系统,503A第五导光系统,503C第六导光系统，504B第七导光系统，504D第八导光系统。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0024]如图1所示，本发明电子枪真空放电极紫外线检测装置包括导光系统5、CXD成像设备、光电传感模块、信号处理模块和显示模块。
[0025]所述的导光系统5通过极紫外光纤分别与CXD成像设备和光电传感模块连接，用于定位和定量的信号输出；所述的光电传感模块与信号处理模块连接；所述的CCD成像设备和信号处理模块分别与显示模块连接。
[0026]图2所示为本发明的一个实施例。该实施例的电子枪结构和导光系统分布如图2所示，电子枪的阴极2和阳极3处于真空室4中，高压瓷瓶I位于真空室4的前端。导光系统5布置在高压瓷瓶壁和真空室壁上阴极2和阳极3之间的位置处，其中四套导光系统501A和502B，503C和504D两两相对地对称分布在高压瓷瓶壁和真空室壁上阴极所处的位置处。
[0027]其中第一导光系统501A和第二导光系统502B对称地分布在高压瓷瓶I同一轴橫截面的侧壁A和B的位置,第五导管系统503C和第六导管系统504D对称地分布在阴极2和阳极3之间的同一轴橫截面真空室4的侧壁外A和B的位置，同一轴橫截面的位置A和B的连线AB穿过真空室I所在的轴橫截面的轴心。在高压瓷瓶壁和真空室壁上的每一个导光系统探测范围为180°。
[0028]所述的导光系统也可以设置为8套，如图3所示。高压瓷瓶壁布置四套导光系统，分别为第一导光系统501A、第二导光系统502B、第三导光系统501C、第四导光系统502D,其中第一导光系统501A和第二导光系统502B、第三导光系统501C和第四导光系统502D关于高压瓷瓶的轴对称，且处于同一横截面上；第一导光系统501A和第二导光系统502B位置的连线和第三导光系统501C和第四导光系统502D位置的连线相互垂直，如图3所示的导光系统的布置位置A、B、C、D0真空室壁上电子枪阴极的位置处布置四个导光系统，分别为第五导光系统503A、第六导光系统504B,第七导光系统503C和第八导光系统504D,其中第五导光系统503A和第六导光系统504B、第七导光系统503C和第八导光系统504D关于真空室的轴对称，且处于同一横截面上，第五导光系统503A和第六导光系统504B位置的连线和第七导光系统503C和第八导光系统504D位置的连线相互垂直，如图3所示的导光系统的布置位置A、B、C、D。在高压瓷瓶壁和阴极真空室壁上的每一个导管系统探测范围为90°。
[0029]所述的光电传感模块、C⑶成像设备、信号处理模块和显示模块还可以设置优选的响应时间为20-1000ns。[0030]当电子枪真空放电时，导光系统借助滤波片和光耦合系统分别对放电产生的极紫外光信号进行滤波和信号放大，将放大的极紫外线信号分别经极紫外光纤传导到光电传感模块和CCD成像系统。光电传感模块将极紫外线光信号转化为电信号传导到显示模块，显示模块显示反应极紫外线光谱信息，采用光谱分析方法分析电子枪的真空放电强度。CCD成像设备接受到极紫外线，对电子枪真空放电进行曝光成像，并将图像传导至显示模块显示图像信息。根据显示模块显示的真空放电强度及成像的信息，并根据CCD成像系统对电子枪真空放电的成像图片对放电位置进行定位。根据真空放电产生的紫外线光谱的强度判断电子枪真空放电的强弱，并根据图像信息和放电产生的辉光结合电子枪真空放电位置、强弱以及曝光所成像的信息进行放电原因分析。
【权利要求】
1.一种电子枪真空放电检测装置，其特征在于所述的检测装置包括导光系统(5)、CCD成像设备、光电传感模块、信号处理模块和显示模块；所述的导光系统(5)通过极紫外光纤分别与CCD成像设备和光电传感模块连接；所述的光电传感模块与信号处理模块连接；所述的CXD成像设备和信号处理模块分别与显示模块连接。
2.根据权利要求1所述的电子枪真空放电检测装置，其特征在于:所述的导光系统(5)为一端球形封闭的石英管，石英管的封闭端为半球形，该封闭端插入电子枪所在的真空室内作为探头，能够接收180°的入射光；石英管内装有滤波片和光耦合系统；石英管的另一端连接极紫外光纤；所述的滤波片位于光耦合系统的前端；所述的导光系统(5)布置在电子枪所处的真空室壁或真空室前端的高压瓷瓶壁上。
3.根据权利要求2所述的电子枪真空放电检测装置，其特征在于:在所述的真空室壁或高压瓷瓶壁上各选取一个关于圆柱形真空室和高压瓷瓶的中心轴对称的位置，在所选取的位置分别对向布置一对共两套导光系统(5)，两套导光系统(5)位于同一平面，两套导光系统(5)之间的夹角为180度。
4.根据权利要求2所述的电子枪真空放电检测装置，其特征在于:在所述的真空室壁或高压瓷瓶壁上各选取两个关于圆柱形真空室和高压瓷瓶的中心轴对称的位置，在所选取的位置分别对称布置两对共四套导光系统；四套导光系统对向布置于圆柱形同一横截面上，相邻两套导光系统之间的夹角为90度。
5.根据权利要求3或4所述的电子枪真空放电检测装置，其特征在于:位于同一横截面的所述导光系统所在位置的连线通过真空室或高压瓷瓶的轴心。
6.根据权利要求1所述的电子枪真空放电检测装置，其特征在于:所述的检测装置中，光电传感模块的通道型光电倍增管、CCD成像设备、信号处理模块和显示模块的响应时间为纳秒量级。
7.根据权利要求1所述的电子枪真空放电检测装置，其特征在于:所述的检测装置中，光电传感模块的通道型光电倍增管、CCD成像设备、信号处理模块和显示模块的响应时间优选为 20-1000ns。
8.根据权利要求1所述的电子枪真空放电检测装置，其特征在于:当电子枪真空放电时，导光系统(5)借助滤波片和光耦合系统分别对放电产生的极紫外光信号进行滤波和信号放大，将放大的极紫外线信号分别经极紫外光纤传导到光电传感模块和CCD成像系统；光电传感模块将极紫外线光信号转化为电信号传导到显示模块，显示模块显示反应极紫外线光谱信息，采用光谱分析方法分析电子枪的真空放电强度；CCD成像设备接受到极紫外线，对电子枪真空放电进行曝光成像，并将图像传导至显示模块显示图像信息；根据显示模块显示的真空放电强度及成像的信息，并根据CCD成像系统对电子枪真空放电的成像图片，对放电位置进行定位；根据真空放电产生的紫外线光谱的强度判断电子枪真空放电的强弱，并根据图像信息和放电产生的辉光结合电子枪真空放电位置、强弱以及曝光所成像的信息进行放电原因分析。
【文档编号】G01J3/30GK103616621SQ201310598638
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】马玉田, 刘俊标, 韩立 申请人:中国科学院电工研究所