多功能模块化强流电子注分析系统的制作方法

文档序号:6236602阅读:257来源:国知局
多功能模块化强流电子注分析系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种强流电子注分析系统,包括在水平方向上安置的基座模块(B),以及在该基座模块(B)上沿着水平方向依次安置多个功能模块,各功能模块共轴且具有统一的接口部件,所述基座模块(B)包括光学导轨(B1)和置于光学导轨(B1)上的刀架支撑支架(B2),各个所述功能模块借助所述刀架支撑支架(B2)安置在所述光学导轨(B1)上。所述功能模块包括电子枪装配模块(G)、电子注传输过程模拟测量模块(F)、电子注能谱测量模块(E)和电子注截面测量模块(M)。本发明在方便地更换功能模块的同时,无需重新调节各模块的安装位置来保持对中,极大地提高了强流电子注分析的功能性和便利性。
【专利说明】多功能模块化强流电子注分析系统

【技术领域】
[0001]本发明涉及真空电子学领域,尤其涉及用于微波电真空器件研究的检测强流电子枪、强流电子注传输过程的电子光学特性及电子注纵向能散特性的强流电子注分析系统,包括电子光学测试分析系统。

【背景技术】
[0002]图1A是传统的用于微波电真空器件的强流电子注电子光学分析仪的部分结构图。图1B是其中的电子枪系统的结构示意图。由图1A可见,所述强流电子注电子光学分析仪包括电子枪系统1,电子枪系统I用于产生强流电子注,并入射到电子漂移管2。并且电子枪系统I和电子漂移管2均为纵向竖立设置,电子漂移管2安装在电子枪系统I的上方,电子枪系统I向上部发射强流电子注。
[0003]如图1B所示,电子枪系统I包括电子枪、主真空腔体、外接口、高压馈电头、热子、陶瓷环件、阴极热子引线等。电子枪包括栅极、阴极、阳极,陶瓷环件将阴极、热子、栅极固定在主真空室的底部,并使之与主真空室的室壁绝缘。阴极热子引线由主真空腔体底部的高压馈电头引出主真空腔体,栅极和阴极是同电位的结构。高压馈电头仅能耐压1kV左右;阳极头组件是安置于主真空腔体顶部的另一个大法兰盘上。阴极至阳极距离,栅极至阴极距离都是固定的,由阴极、栅极的过渡支撑环件的长度所决定的。
[0004]如图1A和图1B所示的现有强流电子注分析仪只有单一模拟热测尺寸固定的电子枪结构,而始终缺失磁聚焦下电子注传输过程的模拟热测系统,以及研究可调磁场分布、过渡区匹配的电子注传输过程特性的实测系统。更缺少传输后的电子注能谱及能散的热测分析系统。
[0005]2012年,本发明的 申请人:提出了 “一种用于强流电子注分析仪的可移动极间距电子枪系统”(中国专利申请号为201210132572.6),该系统解决了热测模拟过程以阳极固定不动为基点,可在热测过程中调节阴极阳极间距离、栅极(或聚焦极)阳极间距离的电子枪热测结构,形成了设计研究电子枪优选系列良好结构之一。图2A和图2B分别为该强流电子注分析仪的电子枪系统及其同心轴组件的结构示意图。请参照图2A,该电子枪系统包括:主真空腔体GB301和位于该主真空腔体GB301内的电子枪。所述电子枪包括一个阳极GB7、一个阴极GB8和一个栅极GB9。所述主真空腔体GB301包括一个用于将所述阳极GB7的截获电子流引出所述主真空腔体GB301外的低压馈电头GB17。所述主真空腔体GB301横向水平安置,包括一个观察窗GB1,其用于观察和测量所述阴极GB8和栅极GB9的距离。所述阳极GB7通过一个阳极固定装置GB303固定于所述主真空腔体GB301的前端。
[0006]所述电子枪系统还包括一个同心轴组件GB302,其水平插入所述主真空腔体GB301,并且,其一端位于所述主真空腔体GB301内,另一端延伸于所述主真空腔体GB301夕卜,包括:阴极内同心轴GB4和栅极外同心轴GB5,所述阴极内同心轴GB4和所述栅极外同心轴GB5内外相套。所述阴极内同心轴GB4位于主真空腔体GB301内的一端,用于固定所述阴极GB8 ;所述栅极外同心轴GB5位于主真空腔体GB301内的一端,用于固定所述栅极GB9。
[0007]电子枪系统还包括一个光学平台GB305,所述光学平台GB305位于所述主真空腔体GB301的外部,且位于所述同心轴组件GB302的下方,用于支撑和定位所述同心轴组件GB302。该光学平台GB305包括阴极光学平台GB13和栅极光学平台GB14,其分别用于支撑所述阴极内同心轴GB4及栅极外同心轴GB5,并使之分别能在轴向进行水平移动,并且,所述阴极光学平台GB13安装在所述栅极光学平台GB14之上。
[0008]上述系统可以作为强流电子注分析系统的电子枪装配区模块之一的GB模块即可移动极间距电子枪通用系统,但是缺少对已固定各电极尺寸的解剖管电子枪或带有本身漂移管甚至带有本身已适配的磁聚焦结构的解剖实管的电子枪装配模块。
[0009]2012年,本发明的 申请人:还提出“一种用于真空电子器件能谱的测量系统”(中国专利申请号为201210132372.0),解决一般微波管电真空器件电子注的能谱分析,也可形成一个测量能谱的标准模块EA。图3A、3B该强流电子注能谱测量系统示意图及其侧视图,图3C是该强流电子注能谱测量系统的双狭缝局部剖面图。
[0010]如图3A?3C所示,所述电子注能谱测量系统包括一个高真空腔体EA101、二极铁电磁铁结构EA201、双狭缝结构EA301、YAG探测系统EA401以及CCD相机及控制系统EA501 ;所述高真空腔体是水平放置的钛合金或无磁金属材料制成的扁平矩形结构;该真空腔体EAlOl具有前接口 EAl、后接口 EA2,双狭缝铜体EA3、观察窗EA6。被测电子注由前接口进入腔体EA101。所述二极铁电磁铁结构EA201卡在扁平矩形真空腔体上、下面之间能产生均匀度偏差1%以内垂直于水平面的均匀磁场,通过调整电磁铁结构的磁场强度,使高真空腔体前接口法兰盘进入的电子注穿过双狭缝EA301后在磁场中能产生90度偏转打在YAG探测器EA401上,且磁场均匀覆盖了全部扁平矩形腔体EAlOl。
[0011]所述双狭缝结构EA301安置在EAlOl的腔体内运动轨道上,它连接双狭缝铜体EA3并带动EA3在垂直于电子注行进方向上水平左右精密运动;双狭缝结构EA301包括双狭缝结构运动轴EA5,由两个双狭缝铜条EA4形成的限制电子注有较大扩散角的电子进入的准直双狭缝。该双狭缝宽度由0.1-0.5mm之间选宽。
[0012]所述YAG探测系统EA401固定在图3A所示双狭缝铜体EA3上,且YAG探测器401的中心到双狭缝铜体EA3的距离与双狭缝中心线到YAG探测器EA401的距离相等。因此,通过双狭缝的微电子注经过均匀磁场偏转在YAG探测器EA401的YAG晶体上形成了离散的电子注密度谱线。
[0013]所述CXD相机及其控制系统EA501通过观察窗EA6,正对着YAG探测器EA401。该控制系统EA501包括随动平台EA9及随动平台上安置的光学平台EA8。CXD相机安置在光学平台EA8上;CCD相机由电脑控制与入射的电子注脉冲调制电压波形同步采集EA401的YAG晶片上的图像。
[0014]但是上述系统EA对于诸如回旋管一类极强磁场聚焦电真空器件绝热压缩形成的强烈旋转的电子注无法使用。因为电子注中电子具有强烈的绕电子注前进轴旋转的特性,以致于热测实验中电子注的电子难于穿过双狭缝结构,因此,有必要开发另外途径的测量回旋管类型强烈绕前进轴旋转的电子注能谱能散的模块。
[0015]2012年,本发明的 申请人:还提出了“一种强流电子注分析仪测量电子注截面的通用系统”(中国发明专利申请号201210132510.5),解决了从低到高达10kV电子注调制电压下,在较大的电子注通道中测量电子注截面电流强度分布的通用系统。
[0016]图4A、4B是该测量电子注截面的通用系统结构示意图,图4B是图4A的俯视图。所述通用系统包括高真空腔体MAlOl、一个YAG晶体探测器MA201、一个YAG支筒支撑与运动机构MA301、一个YAG主杆运动定位机构MA401、一个光学观测照相部件MA501。
[0017]所述高真空腔体MAlOl为圆柱形,并横向水平安置,其一端有包括前接口大法兰盘MA1,用于连接电子枪安置区或磁聚焦的电子注传输区或带本身磁聚焦系统的解剖管、实验管系统,以接收强流电子注的入射,主观察窗MA2用于将YAG晶体探测器MA201的光学图像传递出真空腔体到光学观测照相部件MA501上。后观察窗MA16、前观察窗MA17分别用来观察YAG支筒支撑与运动机构MA301及YAG晶体探测器MA201的运动过程及更换零件使用。所述高真空腔体MAlOl还包括一个高真空排气系统MA102,由机械泵、分子泵、离子泵、高真空阀门及高真空管道组成。工作状态时腔体MAlOl的真空度可达到lX10_6Pa。
[0018]图4C为X光轫致辐射YAG晶体探测器结构示意图。所述YAG探测器MA201位于真空腔体内可由MA301控制伸出腔体达到被测器件的电子注入射路径上,它可将电子注截面电流强度分布图像通过X光轫致辐射转化为YAG晶体上的强度成比例的550nm黄绿光强度图像。MA201包括掺Ce的YAG晶体MA3,晶体前安置钥片MA4。该探测结构可以实施对20-100kV强流电子注截面进行测量。优选的YAG晶片厚度0.05mm?0.5mm,钥片厚20 μ m?50 μ m,从而检测的电子注空间分辨率可达0.05mm。
[0019]所述YAG支筒支撑与运动机构MA301,位于高真空腔体MAlOl内,用于对YAG晶体探测器MA201支撑带动其水平运动及定位。YAG支筒支撑与运动机构MA301包括YAG支筒MA5,滑动支架MA6,高真空精密光学导轨MA7,其中YAG支筒MA5由无磁金属材料双层管道制成,是一个中空的管状元件,内管构成一个光学通道,并带有循环水冷系统。YAG支筒MA5的末端固定在可沿导轨MA7滑动的滑动支架MA6上,高真空精密光学导轨MA7又固定在腔体MAlOl的底部。所述滑动支架MA6与高真空精密光学导轨MA7耦合并能够相对地滑动,从而YAG支筒MA5通过该滑动支架MA6能够在导轨MA7上滑动。优选的,YAG支筒MA5的中心轴线与高真空腔体MAlOl的中心轴线同心度为0.05mm以内。
[0020]所述YAG主杆运动定位机构MA401和光学观测照相部件MA501都位于高真空腔体MAlOl外部。其中YAG主杆运动定位机构MA401用于控制YAG支筒支撑与运动机构MA301运动和定位,包括光学平台MA8、伺服电机MA9、YAG主杆MAll和刚性联结器MA14。YAG主杆MAll的运动是由高真空腔体MAlOl外的光学平台MA8、伺服电机MA9控制运动的,并且YAG主杆MAlI与YAG支筒MA5在水平面上是平行安置的,YAG主杆MAll前端伸进高真空腔体MAlOl内,用与它成90度角的刚性联结器MA14连接滑动支架MA6。主杆MAll的运动带动滑动支架MA6,使YAG支筒MA5沿高真空精密光学导轨MA7运动,优选的,移动定位精度为
0.05mm 以内。
[0021]所述光学观测照相部件MA501,用于对YAG探测器MA201产生的光学图像进行探测,包括直角三棱镜MA1、望远镜MA15、CCD相机MA12、随动光学平台MA13。随动平台MA13可三维调节,安装在大光学平台MA8上,并随YAG主杆MAll同步运动。所述YAG支筒MA5构成的光学通道用于传递YAG晶体上激发的光学图像,当调好光路后使YAG探测器MA201上的图像聚焦在C⑶相机MA12上后即可锁死望远镜MA15、C⑶相机MA12各聚焦控制部件,使YAG探测器MA201在检测每一个电子注截面时都同步运动,保持良好的聚焦。整个光学观测照相部件MA501的光路中心轴线与高真空腔体MAlOl的中心轴线高度同心。照相结构的光路中心轴线通过直角三棱镜MAlO偏转90度正对着高真空腔体MAlOl的主观察窗ΜΑ2,并与高真空腔体中心轴线同心度达0.05mm所述光学平台随YAG主杆同步运动。
[0022]所述测量电子注截面的通用系统是由电脑程序化控制伺服电机运动,按照输入规定的间距,逐点定位所检测电子注截面的位置,同步给出触发信号开启单脉冲高调制器电压发出单脉冲电子注;高压电子注轰击YAG探测器MA201的钥片MA4产生X光,此X光成比例地将电子注位形与电流密度分布转化为X光韧致辐射的X光强度图像,并激发YAG晶体,此时YAG又形成了与X光强度图像分布成比例的相应波长550nm黄绿光的光强度图像;因此,YAG晶体所显示的光强图像也就显示了成比例的电子注的位形与电流密度分布图像。空间分辨率可达0.05mm ;所检测的电子注截面位置移动定位精度0.1_。
[0023]上述测量电子注截面的通用系统可用于解决从低到高10kV左右高调制电压电子注在不小于Φ45_的大通道中进行电子注电子光学性能的测试分析形成检测模块MA主体。但是随着当前高频、超高频微波电真空器件迅速发展具有直径毫米级的细小电子注通道的电子注,探测其电子光学性能的探测系统,必须设计开发针对此器件的新的探测系统,作为电子注分析仪新功能模块。


【发明内容】

[0024](一 )要解决的技术问题
[0025]现有的强流电子注分析系统存在的问题是:
[0026]1、现有的强流电子注分析系统只具有各别单个功能的应用小系统没有组建多功能针对不同被测器件可连续测量的电子枪电子光学性能、磁聚焦下电子注传输过程的电子光学特性;以及最后电子注能谱分析电子注轴向速度零散分布特性的多功能模块化强流电子注分析仪系统。
[0027]2、虽然已提出的针对“可移动极间距的电子枪”的强流电子注分析仪的电子枪系统,可形成针对电子枪优选系统的热测设计电子枪结构的良好模块之一,但其仍缺少针对解剖管、实验管以及带有本身适配的电子注磁聚焦结构的实管结构去掉收集极后的形成的被测器件组成新模块化问题。
[0028]3、现有的用于真空电子器件中电子注能散的测量系统解决了一般微波器件的能散分析,但是对于一些目前发展的回旋管微波电子器件,或一些强磁聚焦电子注系统,由于电子注电子极难通过其双狭缝准直系统而必须采用针对这种类型的新的模块系统。
[0029]4、现有的强流电子注分析仪测量电子注截面的通用系统虽然解决了检测直径45mm以上电子注大通道中电子光学性能的测试可形成良好的测量电子注截面,但是他不能解决当前高频、超高频微波电真空器件中具有的直径毫米级的细小电子注通道中电子注电子光学性能的探测。
[0030]5、现有的强流电子注分析仪一直缺失电子注传输功能模拟测量系统模块,使综合性的强流电子注分析仪缺失了研究分析微波电真空器件中电子注在磁聚焦状态下的传输特性,实际热测系统下磁场匹配的研究,这对微波电真空器件的研究是非常重要的。
[0031]6、现在强流电子注分析系统没有远程自动化控制系统及实验过程监控、事故报警安全保障系统。更没有计算程序控制对实验中运动系统、电子注发射、数据图像自动采集、处理以及实验结果包括二维、三维图像显示、打印等全过程的自动化控制处理系统。
[0032]( 二)技术方案
[0033]针对现有技术中存在的上述问题,本发明提出一种强流电子注分析系统,包括在水平方向上安置的基座模块,以及在该基座模块上沿着水平方向依次安置多个功能模块,各功能模块共轴且具有统一的接口部件。
[0034]根据本发明的【具体实施方式】,所述基座模块包括光学导轨和置于光学导轨上的刀架支撑支架,每个所述功能模块配有与其尺寸大小符合的所述刀架支撑支架,各个所述功能模块借助所述刀架支撑支架安置在所述光学导轨上。
[0035]根据本发明的【具体实施方式】,所述光学导轨为双导轨,所述刀架支撑支架与所述光学导轨可直接拆卸式安装。
[0036]根据本发明的【具体实施方式】,所述刀架支撑支架可在三维方向上进行调节。
[0037]根据本发明的【具体实施方式】,所述光学导轨包括水泥墩地基、光学导轨基座、水平双导轨;其中,所述水泥墩地基分别建在所述光学导轨基座的前部、中部、后部,各光学导轨基座都带有莲花铸铁基垫,用大型螺母与深埋水泥墩中的螺杆锁紧。
[0038]根据本发明的【具体实施方式】,所述刀架支撑支架包括托板结构和固定在所述托板结构上的支架结构;所述托板结构用于承载所述支架结构在水平面上沿垂直于所述光学导轨的方向移动;所述支架结构用于固定支撑各功能模块。
[0039]根据本发明的【具体实施方式】,所述托板结构包括底部托板和上部托板,所述底部托板的底面有和所述光学导轨吻合的双导轨槽,侧面有一个圆柄手动摇把,该圆柄手动摇把用于使所述托板结构沿所述光学导轨移动。
[0040]根据本发明的【具体实施方式】,所述上部托板带有在水平面上垂直于所述光学导轨的方向的滑动装置,所述上部托板上具有摇把,通过摇动摇把,可使所述上部托板在所述底部托板上的垂直于所述光学导轨的方向移动。
[0041]根据本发明的【具体实施方式】,所述支架结构通过带调高顶丝的支柱固定在所述托板结构上;所述支架结构沿所述光学导轨的方向的两端各有一个月牙形支架,其用于固定支撑各功能模块,在所述月牙形支架的两个侧面都有调节它们所固定的功能模块的中心轴线角度的调水平顶丝。
[0042]根据本发明的【具体实施方式】,所述功能模块包括电子枪装配模块和电子注截面测量模块,所述电子枪装配模块用于安装电子枪,是使电子枪产生、发射强流电子注的模块;所述电子注截面测量模块用于测量所述电子注行进过程中不同截面位置注截面电流密度分布。
[0043]根据本发明的【具体实施方式】,所述功能模块还包括电子注传输过程模拟测量模块,其位于所述电子枪装配模块和电子注截面测量模块之间。
[0044]根据本发明的【具体实施方式】,所述功能模块还包括电子注能谱测量模块,其位于所述电子枪装配模块和电子注截面测量模块之间。
[0045]根据本发明的【具体实施方式】,所述功能模块还包括电子注传输过程模拟测量模块和电子注能谱测量模块,并且,所述电子枪装配模块、电子注传输过程模拟测量模块、电子注能谱测量模块和电子注截面测量模块依次排列。
[0046](三)有益效果
[0047]与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0048]1、本发明突破了现有的强流电子注分析仪只有个别的测量电子枪电子光学性能,提出具有多功能模块化的强流电子注分析仪,可以有针对性模拟、检测微波电真空器件电子枪、磁聚焦电子注传输过程的电子光学性能,以及电子注轴向速度分布的测量或轴向能量分布的特性的综合能力的强流电子注分析仪。
[0049]2、本发明提供了大型双导轨长3.5m,可承重2.5吨以上的稳定的光学平台和可适应各功能模块大小、高低的刀架托板及托板上的支架结构,可有效的用同心检测仪将各模块的机械同心轴线、磁场中心轴线、电场中心轴线三轴统一地调整到与分析仪主体系统中心轴线重合。使分析仪系统可以针对被测器件的不同、所测量的功能选择不同的模块迅速组建针对性强的强流电子注分析仪。
[0050]本发明的各模块设计的前后接口都是采用相应的统一尺寸的大法兰盘,刀口无氧铜环或真空胶圈密封。因此本发明可方便迅速组建,各功能可连续地依次测量。
[0051]3、本发明提出了以前所没有的通用的大型线包均匀磁聚焦电子注漂移管、通透收集极的模拟测量系统,即线包磁聚焦电子注传输功能模拟测量系统FA模块。首次实现了模拟检测在微波电真空器件系统中传输过程中的电子注的电子光学性能。
[0052]4、本发明提出了可解决对微波电真空器件某些强磁场聚焦电子注具有强烈旋转难以用电子注能谱测试系统EA模块区测试的难题,即提出电子注轴向速度测量系统EB模块。
[0053]5、本发明提出了针对高频、超高频微波电真空器件带有电子注漂移管仅毫米级的电子注通道进行电子注截面性能测量的强流电子注微小截面光纤YAG探头探测结构MB模块。
[0054]6、本发明有包括安全报警保障系统在内的远程自动化电气操作系统能保证实验人员与分析仪系统在实验中安全并保证实验顺利进行。
[0055]7、本发明有以工控机为核心的运动控制、数据采集处理系统可人工或程序控制自动化地操作进行实验并自动采集处理所需图像及数据,并用电子光学软件生成所需二维、三维电子注传输过程电子注电流密度的分布图像、能量分布图像、能散图像及有关的电子光学特性数据,最后自动生成实验报告显示及打印输出。
[0056]综上所述,本发明提出在双导轨基础水平光学平台及刀架支撑结构系统B模块为基础上组建有针对性功能的强流电子注分析仪。可选择的功能模块有GA、GB、FA、EA、EB、MA、MB等,并可以组建从电子枪到电子注传输过程直至最后电子注能量及能散的分析,可连续热测研究分析的多功能模块化强流电子注分析仪。这对微波电真空器件解剖管、实验管的热测分析及新型器件电子光学的各部分结构、生产程序、工艺问题研究解决提供了重要的热测科学仪器。

【专利附图】

【附图说明】
[0057]图1A、图1B分别为现有技术强流电子注分析仪示意图及电子枪系统示意图;
[0058]图2A、2B分别为现有技术“可移动极间距的强流电子注分析仪电子枪通用系统”及其同心轴组件结构示意图,即GB模块示意图;
[0059]图3A、3B为现有技术强流电子注能谱测量系统示意图及其侧视图,即EA模块示意图;
[0060]图3C是双狭缝局部剖面图;
[0061]图4A、4B为现有技术测量电子注截面通用系统示意图及其俯视图,即MA模块示意图;
[0062]图4C为X光轫致辐射YAG晶体探测器结构示意图;
[0063]图5A本发明多功能模块化强流电子注分析系统框架结构示意图;
[0064]图5B是本发明的一个具体实施例的强电子注分析系统的立体结构示意图;
[0065]图5C是该实施例的强电子注分析系统的纵向剖面示意图;
[0066]图6A、6B为本发明双导轨基础水平光学平台及刀架支撑结构示意图;
[0067]图7为线包磁聚焦的电子注传输功能模拟测量模块的示意图;
[0068]图8是本发明的第二强流电子注轴向速度测量模块示意图;
[0069]图9A、9B是本发明的用于微小截面光纤YAG探头探测的第二电子注传输过程模拟测量模块正面示意图及其俯视图;
[0070]图9C光纤YAG探针、柔性光纤缆、光缆图像输出检测结构示意图;
[0071]图9D光纤YAG探头结构示意图。

【具体实施方式】
[0072]为了解决上述技术问题,本发明提出一种多功能的模块化强流电子注分析系统。图5A是该系统的整体架构图。如图5A所示,该系统包括一个在水平方向上安置的基座模块B、在该基座模块B上,沿着水平方向依次安置多个功能模块,功能模块包括依次排列的电子枪装配模块G、电子注传输过程模拟测量模块F、电子注能谱测量模块E和电子注截面测量模块M(图5A中显示了从右向左排列)。并且,各功能模块共轴,即其的中心线相互重八口 ο
[0073]所述电子枪装配模块G、电子注传输过程模拟测量模块F、电子注能谱测量模块E和电子注截面测量模块M之间采用统一的接口部件(图中以阴影线表示)。采用统一的接口部件是本发明实现模块化的基础。由此,当本发明的分析系统需要实现不同电子枪、不同测试要求时,可以方便地选择并更换相应的模块,由此可以方便而迅速地组建测试系统,各功能可连续地依次测量。由于本发明的系统要求高真空度,因此可以采用统一的标准刀口法兰盘作为接口,并采用无氧铜片对接口处真空密封。
[0074]如图5A所示,本发明的基座模块B包括光学导轨BI和置于光学导轨BI上的刀架支撑支架B2,每个功能模块G、F、E、M配有与其尺寸大小符合的刀架支撑支架B2。由此,各个功能模块借助其刀架支撑支架B2安置在所述光学导轨BI上。
[0075]水平的光学导轨BI是本发明的强流电子注分析系统的光学平台,是整个系统采用横向卧式方案的基础。如前所述,传统的强流电子注分析系统均采用纵向立式,如图1所示,其能够利用仪器系统各组件的自重力,采用内圆和外圆对中的积木式自下而上的方案进行搭建,可以很容易排除部件应力和重力的干扰。但该方案具有其自身无法克服的缺点。而本发明率先打破了传统设计方案的束缚,创新性地提出横向卧式的电子注分析系统。但是,本发明相比于现有技术更需要克服重力带来的影响,以提保证安装精度和测试精度。因此,本发明的光学导轨BI需要保证在较高承重重量下的高精度。为此,本发明优选为采用双导轨的光学导轨BI,特别是大型的双导轨的光学导轨,例如精密研磨的长3.5m的全程平行度、水平度误差均小于0.02mm的双导轨的光学导轨,以保证整个系统的水平度和稳定性。
[0076]所述的刀架支撑支架B2优选为与光学导轨BI可直接拆卸式安装。这样,当刀架支撑支架B2与其相对应的功能模块进行固定连接时,可以直接将所述的刀架支撑支架B2连同功能模块一起安装在光学导轨BI上,或从光学导轨BI上拆卸下来,在方便地更换功能模块的同时,无需重新调节各模块的安装位置来保持对中。
[0077]为了实现各功能模块在安装、调试、测试过程中进行调节进行对中,刀架支撑支架B2优选为可在三维方向上进行调节,即在水平方向能够沿光学导轨BI滑动,竖直方向上能够上下调节,并且在垂直于光学导轨的平面方向上左右调节。当然,也可设计刀架支撑支架B2在更多维度上进行调节。
[0078]电子枪装配模块G用于安装电子枪,它是使电子枪产生、发射强流电子注的模块。电子枪装配模块G的基本结构是有一个固定容纳电子枪的真空腔体,包括一套高真空排气系统;一套连接外部电源的供给阴极、栅极调制高压和热子加热电流的高压调制电压馈电头和相关的绝缘耐压真空导线电缆组,以及电子枪本身。通常,当电子枪装配模块G安装带有本身漂移管磁聚焦系统的解剖管系统时,可用解剖管系统本身的真空腔体、供电电极头和导线电缆组,而免用电子枪装配模块G的真空腔体和电极供电系统。
[0079]电子注传输过程模拟测量模块F用于测试强流电子注传输特性,其包括电子漂移管和通透收集极及套在电子漂移管外面的线包磁聚焦机构,线包聚焦机构由多组带循环冷却水组成的线包和一组反线包组成。
[0080]安装于电子枪装配模块G的电子枪发出的电子注从电子注传输过程模拟测量模块F的接口进入其电子漂移管后,在线包磁聚焦机构产生的聚焦磁场中行进。此时电子注传输特性的好坏取决于磁场分布的位形、磁场的大小以及电子枪到磁场聚焦区之间磁场过渡区的磁场分布等因素。可通过改变各组线包中电流的大小调节电子漂移管中磁场的大小和分布;通过调节反向线包的电流大小、方向以及线包磁聚焦机构的前后相对微调位置,可调节过渡区的匹配磁场位形,这些就可研究测量电子注传输过程中性能好坏及改善过程。
[0081]电子注能谱测量模块E是用于测量电子注轴向能量的分布、能散情况,其通过测量电子注轴向速度分布和离散状况再来计算出电子注的轴向能量分布、能散情况。
[0082]一种实施方式是,电子注能谱测量模块E是根据测量电子注轴向速度的方法而设计(EA模块),在电子注运动方向上施加一个均匀磁场使电子偏转而测出电子注中不同速度的偏转半径而轰击到CCD靶面上不同位置来计算出能量分布及能散曲线的,它的主结构是一个二极铁,双狭缝结构。另一种实施方式(EB模块)是用高灵敏度的感应电子注电流的感应电压波形变化与电子注电流波形的分布求出电子注轴向速度分布的,再进一步计算电子注轴向能量分布与能散,它的主结构则是高灵敏度的电子注电流感应环与电子注电流精确的收集系统结构。
[0083]电子注截面测量模块M用于测量电子注行进过程中不同截面位置注截面电流密度分布,它基本结构是YAG =Ce晶体靶面和固定并能将靶面精确运动和定位在电子注行进过程不同截面位置的电控机械系统,以及将靶面的光图像传递出来的光路及CCD记录系统。它的基本工作原理是电子注轰击到靶面使YAG=Ce晶体激发出与电子注电流密度成比例的550nm黄绿光强度图形。用CCD系统记录显示再由计算机重建强流电子注电流密度二维、三维的图形。
[0084]上述各功能模块中,组建系统时必须按照G-F-E-M顺序模块来连接不能改变顺序。但是如果测试本身带有磁聚焦系统的,只切去收集极部分的解剖管系统时,本发明的系统可以不用F模块,模块G依次接入模块E和模块M。
[0085]如果不用测试电子注能谱、能散性能时,本发明的系统也可撤下模块E。
[0086]如果本发明的系统不测量磁聚焦状况下电子注的传输性能时,则最简单的分析系统可由模块G和模块M模块。由此可见本发明的多功能模块化强流电子注分析仪系统在具体应用时极具有灵活性。
[0087]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0088]图5B是本发明的一个具体实施例的强电子注分析系统的立体结构示意图,图5C是该实施例的强电子注分析系统的纵向剖面示意图。
[0089](I)整体结构
[0090]如图5B和5C所示,本发明的强流电子注分析系统包括电子枪装配模块G、电子注传输过程模拟测量模块F、电子注能谱测量模块E和电子注截面测量模块M以及基座模块B。基座模块B包括光学导轨BI和置于光学导轨BI上的刀架支撑支架B2。
[0091]在该实施例中,所述电子枪装配模块G既可以是现有的可移动极间距的电子枪装配模块GB,也可以是根据本发明提出的新的解剖枪固定电子枪装配模块GA。所述解剖枪固定电子枪装配模块GA将在下面描述。
[0092]在该实施例中,电子注传输过程模拟测量模块F采用现有的线包磁聚焦电子注传输功能模拟测量模块FA。
[0093]在该实施例中,电子注能谱测量模块E可以采用现有的电子注能谱测量模块EA,也可以是根据本发明提出的新的电子注轴向速度测量模块EB。所述电子注轴向速度测量模块EB也在下面描述。
[0094]在该实施例中,电子注截面探测模块M,可以采用现有的电子注截面通用测量MA,也可以采用本发明新提出的微小截面光纤YAG探头探测模块MB。
[0095]在该实施例中,所述基座模块B的具体结构将在下面说明。
[0096]图5C中所示的标记9是高真空排气系统,其装配于电子枪装配模块G和电子注能谱测量模块E,用于给这两个模块及系统真空腔体抽高真空。
[0097](2)基座模块
[0098]图6A、6B为实施例采用的双导轨基础的基座模块B的结构图。如图6A所示,该实施例采用3.5m长重型车床底盘双导轨作为光学导轨BI以及该车床上大小不同规格的移动刀架托板作为刀架支撑支架B2的基础。该重型车床底盘双导轨是用模具钢浇铸成型的,双导轨精密研磨在长3.5m的全程平行度、水平度误差均小于0.02mm,并可支撑多个功能模块总重量达2.5吨而双导轨的形变小于0.02mm。经加工作为双导轨的光学导轨BI,其包括水泥墩地基BI 1、光学导轨基座B12、水平双导轨B13。。
[0099]所述水泥墩地基BI I分别建在光学导轨基座B12的前部、中部、后部,各有半米深,并具有半米见方的面积。光学导轨基座B12都带有莲花铸铁基垫(未示出),用大型螺母与深埋水泥墩中的螺杆锁紧。用水平仪将双导轨调到水平度全程误差0.02mm以下后锁死固定。
[0100]刀架支撑支架B2包括托板结构B21和固定在托板结构B21上的支架结构B22,托板结构B21用于承载支架结构B22,并调节支架结构B22在水平面上沿垂直于所述光学导轨BI的方向移动,所述支架结构B22用于固定支撑各功能模块。该实施例将车床的移动刀架托板改造成托板结构B21,并在其上连以支架结构B22。所述托板结构B21如图6A所示,其包括底部托板B211和上部托板B212,底部托板B211的底面有和光学导轨BI吻合的、同样经过研磨的凹形双导轨槽B213,侧面有一个圆柄手动摇把B215可将托板结构B21沿光学导轨BI移动。
[0101]底部托板B211上面还有一个上部托板B212,上部托板B212带有在水平面上与底部托板B211磨合良好的垂直于光学导轨BI的方向的滑动装置B214 (滑轨等),上部托板B212上也有一个单把手动摇把B216,通过摇动单把手动摇把B216,可使上部托板B212在底部托板B211上的垂直于光学导轨BI的方向移动。上部托板B212和底部托板B211都是工具铸钢制成。
[0102]如图6B所示,所述支架结构B22通过四根带调高顶丝B222的支柱B221牢固固定在所述托板结构B21的上部托板B212上,支架结构B22可用于调节功能模块连同刀架支撑支架B2的高度和水平度。沿光学导轨BI的方向的两端各有一个月牙形支架B223,其用于固定支撑各功能模块,在月牙形支架B223的两个侧面都有调节它们所固定的功能模块的中心轴线角度的调水平顶丝B224。
[0103]各功能模块的刀架支撑支架B2需要选择符合各功能模块自身大小的托板结构B21及吻合自身尺寸的标准支架结构B22。需要说明的是,电子注截面探测模块M具有很长的位于真空腔体外的YAG主杆运动定位机构的光学平台。因此该电子注截面探测模块M还要有特殊的该平台水平固定支架辅助,从而先将模块M的刀架支撑支架安在车床床头部前导轨上,将辅助固定支架放在车床床头部先行安装调试,并锁紧不再移动。而电子枪装配模块G的可移动极间距电子枪通用系统模块GB也有后部伸出同心轴运动控制系统的平台,也需像图5B设一个连结在它所在托板结构B21上的斜撑支架辅助。
[0104](3)线包聚焦的电子注传输功能模拟测量模块FA
[0105]现有的强流电子注分析系统一直缺失电子注传输功能模拟测量装置。本发明率先提出的电子注传输功能模拟测量模块F,在该实施例中,其实现为第一电子注传输功能模拟测量模块FA。如图7所示,模块FA由电子注漂移管FA100、通透收集极FA200、线包磁聚焦结构FA300组成。漂移管FA100与通透收集极FA200横向水平用高真空密封法兰盘互相封接,线包磁聚焦结构FA300套在通用漂移管FA100的外圈,前磁屏FA310卡在FA100的前接口大法兰盘FAlOl的外圆盘上,该大法兰盘用高磁导率材料KM31制成。后磁屏FA311卡在FA100的后接口大法兰盘FA102的外圆盘上。线包磁聚焦结构FA300至少有4_5各线包和前磁屏FA310前的一个反线包FA301组成。各线包之间有循环冷却水隔层分开,该隔层用于线包加电流时冷却线包使用。通过各线包的电流调节可在漂移管FA100的腔体中形成如图7所示被测电子枪发出的电子注传输进行过程中所需的均匀磁场,再配合微调FA300磁屏与漂移管前法兰盘的相对位置改变和电子枪电子注匹配的磁场位形。
[0106]通用漂移管FA100具有前接口法兰盘FA101、后接口法兰盘FA102、无氧铜内胆FA105,其前接口与被测电子枪结构连接,后接口与通透收集极FA200连接,无氧铜内胆FA105由绝缘陶瓷环FA106、绝缘陶瓷环FA107与真空腔体电绝缘,内胆FA105通有循环冷却水并有绝缘导线将打在内胆上的电子流引出真空腔体外测量。通透收集极FA200也有更大的无氧铜内胆FA204,同样有绝缘陶瓷FA205与FA206与通透收集极腔体FA203电绝缘,也有循环冷却水冷却及绝缘电导线将电子引出腔体单独测量。为了便于YAG支筒反向伸入通透收集极,后腔体是敞开的。
[0107]电子枪发出的电子注从注漂移管前接口进入在均匀磁聚焦磁场中传输行进进入通透收集极后发散打在收集极内胆上,只有中心一小部分电子注可穿过收集极后接口大法兰盘进入E模块进行能谱分析。而M模块的YAG支筒可以从M模块中伸出穿过E模块腔体、通透收集极进入电子注漂移管检测传输行进中的电子注电子光学特性。
[0108](4)第二电子注轴向速度测量模块EB
[0109]相对于图3A?3C所示的传统的电子注能谱测量系统,本发明提出一种新的电子注轴向速度测量模块,在此称为第二电子注轴向速度测量模块EB。如图8所示,该电子注轴向速度测量模块EB主要包括容性探针装置EB100、主真空腔体EB110、连接被测器件的前法兰盘EB201、后法兰盘EB202、绝缘陶瓷EB301、EB302、连接管EB400、连接法兰盘EB500、收集极腔体结构EB600、收集极偏压结构EB700、电压积分及传输电路EB800,以及电流测量装置组成。
[0110]所述模块EB横向水平安置,电子注从前接口法兰盘EB201进入主真空腔体EB110,经由改善后的电子注感应环EB130感应出电子注电流的感应电压,再由电磁屏蔽良好的接头与电磁屏蔽导线结构传递到积分电路EB800测出电子注感应电压波形V(t),收集极腔体结构EB600收集到的电子注电流由电流测量装置测出电子注电流I (t),经由计算可得出电子注轴向速度分布V (t) = k.I (t) /V (t),其中k为容性探针结构与测量电路决定的一个常系数。
[0111](5)强流电子注微小截面光纤YAG探头探测的第二电子注传输过程模拟测量模块MB
[0112]图9A、9B是第二电子注传输过程模拟测量模块EB的正面示意图及其俯视图。图9C光纤YAG探针、柔性光纤缆、光缆图像输出检测结构示意图;
[0113]图9D光纤YAG探头结构示意图,如图9A图9B所示,本实施例中采用本发明人2012年申请的专利测量电子注截面的通用系统结构中的高真空腔体结构、YAG支筒支撑与运动机构、YAG主杆运动定位机构,将其YAG支筒前端的YAG晶体探测机构、光学观测照相机构去掉,换上微小截面光纤YAG探头探测系统的核心部件光纤YAG探针结构MB100、柔性光纤缆MB200、光缆图像输出结构MB300,组成了新的模块电子注传输过程模拟测量模块,在此称为第二电子注传输过程模拟测量模块MB。
[0114]模块MB包括一个与原结构同样的高真空腔体结构MB400,带有高真空排气系统MB405、前接口大法兰MB402、前光学观察窗MB401、后观察窗MB403,将原YAG主杆运动定位机构和YAG支筒支撑与运动机构改造为支撑探针水平运动定位的MB500。
[0115]其改造是去掉原YAG支筒前端YAG晶体探测机构,如图9C所示,换上一头为Φ45πιπι中心内圆螺纹紧固在ΜΒ500的YAG支筒上的连接外螺纹圆环上,另一头则是可夹持直径仅数毫米的光纤YAG探针ΜΒ100的尾座光纤固定环ΜΒ121使探针ΜΒ100保持准直水平状态的连接器MB122。光纤YAG探针MBlOO随伺服电机系统MB503控制伸进连接在前接口大法兰盘MB402上被测器件的电子漂移管中运动定位。光纤YAG探头MBllO将钥层减速后的电子注直接轰击YAG晶体将电子注截面电流强度分布图像转换为成比例的550nm波长的黄绿光强度分布图像,再经由0.0lmm直径的光纤丝紧箍成按顺序排列的光纤束,将光学图像信息经由光纤YAG探针MB100、柔性光缆MB200、光缆图像输出检测结构MB300从真空腔体MB400的观察窗MB401的真空密封平面光学玻璃MB301上,再由CXD相机MB302检测记录。
[0116]如图9D所示,柔性光纤缆MB200从YAG支筒中穿过在YAG支筒末端出来绕成线圈,再从YAG支筒侧面拉伸至观察窗MB401处,将光纤缆尾部固定环MB203固定在光学玻璃MB301 上。
[0117](6)对现有的测试装置进行模块化改造
[0118](6.1)第一电子枪装配模块GA
[0119]这是强流电子注分析系统最初始、也是最基础的模块。如图5C所示,电子枪装配区中就是这个模块。本发明实施例中直接采用本发明人2012年申请的“一种用于强流电子注分析仪的可移动极间距电子枪系统”(中国专利申请号为201210132572.6)的主真空腔体以及所带的高真空排气系统、电子注调制电压馈电头、阴极与热子加热高压绝缘线缆结构,以及前接口标准大法兰盘,其中解剖电子枪或实验电子枪把枪安置于高真空腔体内,将电子枪阳极法兰配以过渡连接装置固定在高真空腔体的前接口大法兰盘内侧。过渡连接装置需开多个排气通道孔使电子枪区内部真空腔体与主真空腔体排气系统畅通。也可将实验电子枪阳极法兰盘带过渡连接器直接穿过真空腔体前法兰盘直接接到模块FA前接口标准的大法兰盘上。本实施例中高真空排气系统采用FB-600瓦里安分子泵,JB-400北科仪离子泵各一套。电子注调制电压馈电头采用耐压100kV、50A的国产4404厂产品。
[0120]所述微波器件解剖电子枪结构如带有自己的聚焦系统和电子注漂移管,则这种模块GA的建立就不需用所述主真空腔体系统了,直接将该微波器件收集极去掉,在该器件电子漂移管末端安一个过渡法兰盘,配合标准大法兰盘可直接连接,再与测能散的E模块或跳过E模块与M模块相连接。此时该解剖管可直接安置在一组刀架支撑支架结构上形成一种新式GA模块。
[0121](6.2)第二电子枪装配模块GB
[0122]此系统是本发明人2012年提出申请的的“一种用于强流电子注分析仪的可移动极间距电子枪系统”(中国专利申请号为201210132572.6)。如图2A、图2B所示,该模块GB包括一个主真空腔体结构、位于真空腔体中的电子枪结构、同心轴组件结构及光学平台结构,所述电子枪结构阳极固定在真空腔体的前接口大法兰盘上,栅极、阴极沿真空腔体中心轴线依次固定在栅极同心轴顶端的栅极、固定在阴极同心轴顶端的阴极;所述同心轴组件是一端伸入主真空腔体内,另一端则由真空波纹管密封延伸至真空腔体外,由内外相套的阴极内同心轴和栅极外同心轴组成;所述光学平台结构,位于真空腔体外安置栅极同心轴支持驱动系统及阴极同心轴支撑驱动系统的结构,其中阴极同心轴支撑驱动系统座落在栅极同心轴支持驱动系统上。该模块GB解决了热测系统在热测过程中可调节阴极与阳极的距离、以及栅极与阳极间的距离,形成设计、研究电子枪优化系统良好结构以及在改进生产工艺、稳定生产结构的研究得到良好的运用。
[0123]需要指出的是如图2A所示,该模块的刀架支撑支架结构除标准的刀架支撑支架结构GB304外还在该托板结构的下托板上伸出一个可随托板结构移动的固定辅助支架,图2A所示是伸出平行辅助支架而在图5B中所示也可是斜撑辅助支架,用于支撑同心轴组件结构及光学平台结构。
[0124](6.3)第一电子注能谱测量模块EA
[0125]该模块EA是本发明人2012年提出的“一种用于真空电子器件能谱的测量系统”(中国专利申请号为201210132372.0)。如图3A、图3B、图3C所示,包括一个高真空腔体EAlO1、二极铁电磁铁结构EA201、双狭缝结构EA30UYAG探测系统EA401以及CCD相机及控制系统EA501 ;所述主真空腔体是水平放置的钛合金制成的扁平矩形结构,二极铁电磁铁结构是卡在扁平腔体上、下面之间能产生均匀度偏差I %以内垂直于水平面的均匀磁场,调整电磁铁结构的磁场强度,使高真空腔体前接口法兰盘进入的电子注穿过双狭缝时能产生90度偏转打在YAG探测器上,形成了离散的电子注能谱图像,由正对着YAG晶体位于真空腔体侧面观察窗外的CCD相机及控制系统测量并记录谱线图的光学图像。所述双狭缝结构形成的狭缝宽度由0.1-0.5_,狭缝长度约0.5-2.0_,相对能散分辨率可达0.5%。
[0126](6.4)第一电子注截面测量模块MA
[0127]该模块MA是本发明人2012年提出“一种强流电子注分析仪测量电子注截面的通用系统”(中国发明专利申请号201210132510.5)。如图4A、4B所示,该测量电子注截面的通用系统包括高真空腔体MAlO1、YAG晶体探测机构MA201、YAG支筒支撑与运动机构MA301、YAG主杆运动定位机构MA401、一个光学观测照相机构MA501,;所述高真空腔体为圆形水平放置,前端接口大法兰盘用于连接电子枪安置区G模块或能量测试区E模块,真空腔体还带有一套高真空排气系统、前后观察窗;所述YAG晶体探测机构MA201位于主真空腔体中央,可由YAG支筒支撑与运动系统控制安置于YAG支筒前端的YAG晶体探测器伸出前端接口大法兰盘,进入被测器件的电子注漂移管内检测电子注行进路径上的电子光学性能;所述YAG晶体探测器主要针对有大的直径电子注漂移管,且具有超过20-100kV强流电子注截面进行探测,它可将电子注截面电流强度分布图像通过X光轫致辐射形式转换为YAG晶片上强度呈比例的中心波长550nm的黄绿光强度图像;所述YAG主杆运动定位机构MA401及光学观测照相机构MA501位于真空腔体外,其中MA501安置在YAG主杆运动定位机构MA401的随动平台上随MA401控制YAG支筒上的YAG晶体探测机构MA201同步运动与定位,CXD相机检测并记录了 YAG晶片上的光学图像,该系统记录的电子注电流强度空间分辨率可达
0.05mm。本实施例中高真空排气系统采用FB-600瓦里安分子泵,JB-400北科仪离子泵各一套。
[0128]必须提出的是,如图4A所示,本模块的MA401模块很长,接近两米,所以其模块支撑支架除真空腔体由大托板支撑支架支撑外,MA401下部也必须有如图4A所示的辅助长方框形水平平台支架来支撑,并且是本发明大系统的唯一不动或少动的模块。
[0129](7)多功能模块化强流电子注分析仪的组装调试
[0130]当所需功能模块选好后分别放在双导轨上。本发明具体实施方案是从MA模块调起,将MA模块的MA401的辅助支架放在本车床的床头平台上,大托板支架放在车床头的双导轨上,将MA模块真空腔体MAlOl及MA401安置在支架上。用本 申请人:提出的中国专利申请的“同心检测仪”(中国专利申请号201410061191.2),先将MAlOl的腔体中心轴线和分析仪系统的机械中心轴线调好一致再将MA401的YAG支杆中心轴线调到与系统中心轴线平行且在一个水平面内,再经过调整YAG支筒的运动定位中心轴线与系统中心轴线一致,就可锁死所有支架上的顶高螺母、左右水平顶丝螺母、托板各手动摇把。并开始将其它模块在双导轨上用同心检测仪把所有模块的真空腔体机械中心轴线、线包磁结构的磁场中心轴线、电子枪及电子注漂移管和通透收集极的电场中心轴线这三轴线都与分析仪系统中心轴线调到三轴线合一,同心度与同轴度误差都要达到0.05mm以内。另外也要用同心检测仪检测M模块的水平运动YAG探头运动定位中心轴线,及可移动电子枪结构的阴极、栅极同心轴系统的移动。定位中心线调到分析仪系统中心轴线上,同轴度误差也要达到0.05mm以内。
[0131]最后将选好的模块依顺序从模块M、模块E、模块F、模块G倒着排列在双导轨上分别摇动该系统的下托板上手动圆柄摇把把它们连在一起,使它们接口大法兰盘夹好无氧铜密封片用螺钉紧固。再锁死圆柄摇把。一个有针对性的综合性能测试的精密的强流电子注分析仪系统就完成了。
[0132](8)建立分析系统运动控制、数据采集处理系统
[0133]本实施方案硬件采用国产工控机,NI公司四通道运动控制卡PC1-7344、高性能高精度多功能数据采集卡PC1-6115 ;软件利用河北工业大学数据采集测量、图像处理分析、运动控制等模块,以及强流电子光学的分析软件。实现了各运动部件精密运动,实现了 YAG探测器轴向运动精度好于0.1_,可通过程序控制发射单脉冲、多脉冲及低重复频率的脉冲及所需的脉冲宽度、脉冲波形切尾时间,并在发射高压脉冲前设置一定延迟时间开启CCD相机快门记录YAG探测器上的荧光图像。同时也实现了 C⑶记录的图像数据传至工控机显示屏实时显示并记录到存储器中,利用软件生成电子注截面电流密度分布曲线。最后工控机按实验程序完成定时、定间距地从阳极口逐点沿轴向延伸检测,达到设定目标位置时,工控机将采集的图像数据根据电子光学软件,生成电子注成型、传输全过程的二维、三维电子注电流密度相对分布图像及相关的电子光学传输过程性能数据及相关分析,显示并打印实验报告。同样对电子注能谱分析和能散测试也同样形成电子注电子能量分布图像、能散分布图形等相关分析数据并显示打印实验报告。
[0134]本发明的优点
[0135]本发明突破了现有的强流电子注分析仪系统只能检测单一的固定结构的强流电子枪的电子光学性能,提供了可针对不同类型微波电真空器件有多个选择不同测量功能的模块的多功能模块化的强流电子注分析仪。
[0136]本发明提供电子装配区及针对固定电极结构解剖枪、实验枪或带自身磁聚焦系统电子注漂移管的电子枪GA模块也提供了可移动极间距电子枪通用系统的GB模块;首次提供了线包磁聚焦电子注传输功能模拟测量系统FA模块;既提供了强流电子注能谱测量系统EA模块,也提供了强流电子注轴向速度测量系统EB模块;还针对微波电真空器件的电子注漂移管的不同管径既提供了强流电子注截面测量系统MA模块,又提供了针对漂移管直径仅数毫米的微小截面光纤YAG探头探测系统MB模块。
[0137]本发明可组成对单一微波电真空器件系统连续测量、研究,从电子枪到磁聚焦下电子注传输过程的电子光学特性,再到最后电子注能谱及能散或电子注轴向速度分布、零散的测量和分析研究。这对微波电真空器件全面的电子光学性能的综合分析研究及各部分之间相互匹配状况地研究提供了更直观、有效的条件和手段。
[0138]本发明是大型精密科学仪器,静态真空度lX10_6Pa,热测过程中真空度好于5X10_6Pa,可承受的电子注调制高压80kV,调制电流30A,测量电子注截面分辨率0.05mm,电子注能量分辨率0.5%, YAG探测器轴向调节定位精度0.1mm。
[0139]本发明有可靠地安全报警保障系统,保障实验人员、分析仪设备安全和实验的顺利进行。并且有先进的远程自动化运动控制、数据采集处理及分析系统,能用工控机程序化控制实验全过程,并用二维三维图像和分析数据、图表直观地显示出实验过程中的结果及最终需要的实验报告。
[0140]以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种强流电子注分析系统,其特征在于,包括在水平方向上安置的基座模块(B),以及在该基座模块(B)上沿着水平方向依次安置的多个功能模块,各功能模块共轴且具有统一的接口部件。
2.如权利要求1所述的强流电子注分析系统,其特征在于,所述基座模块(B)包括光学导轨(BI)和置于光学导轨(BI)上的刀架支撑支架(B2),每个所述功能模块配有与其尺寸大小符合的所述刀架支撑支架(B2),各个所述功能模块借助所述刀架支撑支架(B2)安置在所述光学导轨(BI)上。
3.如权利要求2所述的强流电子注分析系统,其特征在于,所述光学导轨(BI)为双导轨,所述刀架支撑支架(B2)与所述光学导轨(BI)可直接拆卸式安装。
4.如权利要求2所述的强流电子注分析系统,其特征在于,所述刀架支撑支架(B2)可在三维方向上进行调节。
5.如权利要求3所述的强流电子注分析系统,其特征在于,所述光学导轨(BI)包括水泥墩地基(B11)、光学导轨基座(B12)、水平双导轨(B13); 其中,所述水泥墩地基(Bll)分别建在所述光学导轨基座(B12)的前部、中部、后部,各光学导轨基座(B12)都带有莲花铸铁基垫,用大型螺母与深埋水泥墩中的螺杆锁紧。
6.如权利要求4所述的强流电子注分析系统,其特征在于,所述刀架支撑支架(B2)包括托板结构(B21)和固定在所述托板结构(B21)上的支架结构(B22); 所述托板结构(B21)用于承载所述支架结构(B22),并调节支架结构(B22)在水平面上沿垂直于所述光学导轨(BI)的方向移动;所述支架结构(B22)用于固定支撑各功能模块。
7.如权利要求6所述的强流电子注分析系统,其特征在于,所述托板结构(B21)包括底部托板(B211)和上部托板(B212),所述底部托板(B211)的底面有和所述光学导轨(BI)吻合的双导轨槽(B213),侧面有一个圆柄手动摇把(B215),该圆柄手动摇把(B215)用于使所述托板结构(B21)沿所述光学导轨(BI)移动。
8.如权利要求7所述的强流电子注分析系统,其特征在于,所述上部托板(B212)带有在水平面上垂直于所述光学导轨(BI)的方向的滑动装置(B214),所述上部托板(B212)上具有摇把(B216),通过摇动摇把(B216),可使所述上部托板(B212)在所述底部托板(B211)上的垂直于所述光学导轨(BI)的方向移动。
9.如权利要求6所述的强流电子注分析系统,其特征在于,所述支架结构(B22)通过带调高顶丝(B222)的支柱(B221)固定在所述托板结构(B21)上;所述支架结构沿所述光学导轨(BI)的方向的两端各有一个月牙形支架(B223),其用于固定支撑各功能模块,在所述月牙形支架(B223)的两个侧面都有调节它们所固定的功能模块的中心轴线角度的调水平顶丝(B224)。
10.如权利要求1-9中任一项所述的强流电子注分析系统,其特征在于,所述功能模块包括电子枪装配模块(G)和电子注截面测量模块(M), 所述电子枪装配模块(G)用于安装电子枪,是使电子枪产生、发射强流电子注的模块; 所述电子注截面测量模块(M)用于测量所述电子注行进过程中不同截面位置注截面电流密度分布。
11.如权利要求10所述的强流电子注分析系统,其特征在于,所述功能模块还包括电子注传输过程模拟测量模块(F),其位于所述电子枪装配模块(G)和电子注截面测量模块(M)之间。
12.如权利要求10所述的强流电子注分析系统,其特征在于,所述功能模块还包括电子注能谱测量模块(E),其位于所述电子枪装配模块(G)和电子注截面测量模块(M)之间。
13.如权利要求10所述的强流电子注分析系统,其特征在于,所述功能模块还包括电子注传输过程模拟测量模块(F)和电子注能谱测量模块(E),并且,所述电子枪装配模块(G)、电子注传输过程模拟测量模块(F)、电子注能谱测量模块(E)和电子注截面测量模块(M)依次排列。
【文档编号】G01R31/00GK104237672SQ201410383816
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】阮存军, 李庆生, 李崇山, 吴迅雷, 龙志翘 申请人:中国科学院电子学研究所
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