电子枪发射性能的测试系统及方法与流程

本发明涉及真空电子学技术领域，尤其涉及一种电子枪发射性能的测试系统及方法。

背景技术：

电子枪是微波管的心脏，由阴极-热子组件、阴极支撑筒、控制极和热子引线组件等部分组成，其功能是产生和形成一定形状的电子注。在微波管研制过程中，电子枪组件的装配和焊接精度可以用接触式或非接触式的测量方法进行检验，判断电子枪几何尺寸是否合格；但是电子枪的发射性能和导流系数等电性能的检测只能待形成整管后在热测环节进行验证。若电子枪的电性能指标不合格，则只能对整管进行返工，调整工艺参数重新制备电子枪组件。微波管的研制过程中电子枪主要面临两个问题：一是电子枪聚束极膨胀量的大小决定了阴极-阳极之间的距离，距离的大或小都会影响电子枪的发射性能和整管的电气性能。目前是根据膨胀量计算距离，无法模拟阴极-阳极的工作状态；二是形成整管前电子枪阴极发射性能测试和导流系数测定尚无相关手段，而电子枪阴极发射电流大或小均会影响整管中电子枪打火。为确保微波管的可靠性及稳定性，需对电子枪发射性能进行测试。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

针对于现有的技术问题，本发明提出一种电子枪发射性能的测试系统及方法，用于解决现有技术中模拟阴极-阳极的工作状态及形成整管前电子枪阴极发射性能测试和导流系数无法测定的问题。

(二)技术方案

本发明提供一种电子枪发射性能测试系统，包括：第一真空室、第二真空室、真空系统、电极系统及电气控制系统；第一真空室及第二真空室用于放置电子枪，其中第一真空室设有阳极；真空系统用于对第一真空室及第二真空室抽真空；电极系统用于为电子枪提供电流和电压；电气控制系统用于控制真空系统及电极系统的动作，以测试电子的枪发射性能。

可选地，真空系统包括离子泵1、机械泵59、分子泵60及真空管道3；离子泵1的进气口连接第一真空室；机械泵59的进气口连接分子泵60的出气口，分子泵60的进气口连接第二真空室；分子泵60的进气口与离子泵1的进气口通过真空管道3连接。

可选地，真空管道3包括第一端口、第二端口、第三端口及第四端口；离子泵1的进气口连接第一端口，第二端口连接第一真空室；分子泵60的进气口连接第四端口，第三端口连接第二真空室。

可选地，电极系统包括第一电极8、第二电极10及第三电极22，三电极的一端连接真空系统，另一端连接电气控制系统。

可选地，第一端口与第二端口处于同一垂线上，第三端口与第四端口处于同一垂线上。

可选地，真空系统还包括第一气动高真空挡板阀4、第二气动高真空挡板阀9、第三气动高真空挡板阀23，第四气动高真空挡板阀30、第五气动高真空挡板阀35、三通连接管36、盲板法兰37、第六气动高真空挡板阀38、第七气动高真空挡板阀39、真空连接管40及第三波纹管41；机械泵59的进气口通过第五气动高真空挡板阀35、三通连接管36、第三波纹管41与分子泵60的出气口连接；机械泵59进气口通过第五气动高真空挡板阀35、真空连接管40与第六气动高真空挡板阀38、第七气动高真空挡板阀39连接；盲板法兰37设于第四端口旁。

可选地，离子泵1的进气口与第一端口之间设有第一插板阀2，第二端口与第一真空室之间设有第二插板阀7；分子泵60的进气口与第四端口之间设有第四插板阀31，第三端口与第二真空室之间设有第三插板阀24。

可选地，电子枪发射性能测试系统还包括真空计42、第一电阻规34、第二电阻规61及电离规62；第一电阻规34与真空计42连接，用于测量机械泵59进气口的真空度；第二电阻规61与真空计42连接，用于测量第一真空室及第二真空室的低真空度；电离规62与真空计42连接，用于测量第一真空室及第二真空室的高真空度。

可选地，离子泵的启动条件为进气口真空度优于5×10^-4pa，分子泵的启动条件为进气口真空度不低于10pa。

本发明另一方面提供一种电子枪发射性能的测试方法，包括：s1，关闭所有插板阀，并开启第一气动高真空挡板阀；s2，将电子枪置于第一真空室或第二真空室中，使得电子枪的电极与系统的电极连接；s3，启动机械泵，开启第二、第三、第四气动高真空挡板阀，待机械泵进气口真空度优于第一预设值，启动分子泵，开启分子泵连接的第二、第三、第四插板阀；s4，待分子泵进气口真空度优于第二预设值时，打开第一插板阀；s5，对电子枪进行加热，测试电子枪的发射电流、导流系数及表面温度。

(三)有益效果

本发明提出一种电子枪发射性能的测试系统及方法，有益效果为：

(1)该性能测试系统及方法通过真空系统和电气系统获得超高真空，极限真空度优于2×10^-7pa。

(2)该性能测试系统及方法能够方便快捷的测试电子枪发射性能，有效缩短了电子枪及微波管的研制周期，提高了电子枪的可靠性及稳定性；

(3)该性能测试系统及方法能够测试电子枪在不同电流和时间下的温度、电压等实验数据为微波管后续工序提供依据；

(4)双工位测试系统结构紧凑，占用空间小，操作方便，便于生产批量化应用。

附图说明

图1示意性示出了本发明实施例微波管电子枪发射性能测试系统的示意图。

图2示意性示出了本发明实施例微波管电子枪发射性能测试系统的右视图。

图3示意性示出了本发明实施例微波管电子枪发射性能测试系统中电气控制系统的示意图。

图4示意性示出了本发明实施例微波管电子枪发射性能测试方法的流程图。

【附图标记】

1-离子泵；2-第一插板阀；3-真空管道；

4-第一气动高真空挡板阀；5-第一卡箍；6-第一三通；

7--第二插板阀；8-第一电极；9-第二气动高真空挡板阀；

10-第二电极；11-水冷阳极；12-升降机构；

13-第一观察窗cf63；14-不锈钢钟罩；15-第二观察窗cf63；

16-支架；17-刀口法兰cf150；18-石英钟罩；

19-物料盘；20-橡胶密封圈；21-台架；

22-第三电极；23-第三气动高真空挡板阀；24-第三插板阀；

25-变径管；26-第二三通；27-第一波纹管；28-第二卡箍；

29-第三卡箍；30-第四气动高真空挡板阀；

31-第四插板阀；32-弯管；33-第二波纹管；

34-第一电阻规；35-第五气动高真空挡板阀；36-三通连接管；

37-盲板法兰；38-第六气动高真空挡板阀；

39-第七气动高真空挡板阀；40-真空连接管；41-第三波纹管；

42-真空计；43-机柜；44-显示屏；45-钟罩升按钮；

46-钟罩降按钮；47-钟罩脱开按钮；48-压缩空气异常按钮；

49-真空异常按钮；50-缺水按钮；51-分子泵异常按钮；

52-机械泵异常按钮；53-报警复位按钮；54-第一灯丝电源；

55-第二灯丝电源；56-高压电源；57离子泵电源；

58-ups电源；59-机械泵；60-分子泵；61-第二电阻规；62-电离规。

具体实施方式

本发明提供了一种微波管电子枪发射性能测试系统及方法，其具有结构紧凑、可靠性高、测量参数全等优点，可有效缩短电子枪及微波管的研制周期。

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，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明一实施例提出一种电子枪发射性能测试系统，包括：

第一真空室、第二真空室、真空系统、电极系统及电气控制系统。

第一真空室及第二真空室用于放置电子枪，其中第一真空室设有阳极；真空系统用于对第一真空室及第二真空室抽真空；电极系统用于为电子枪提供电流和电压；电气控制系统用于控制真空系统及电极系统的动作，以实现对置于两真空室中电子的枪发射性能的测试。具体结构示意图如图1及图2所示。

请参照图1及图2，在台架21不锈钢工作台面上对称设置第一真空室(不锈钢钟罩14)及第二真空室(石英钟罩18)。不锈钢钟罩14与升降机构12连接，实现钟罩的升降；电子枪与水冷阳极11组成电子枪性能测试结构，实现模拟阴极-阳极的工作状态；通过第一观察窗13及第二观察窗15实现内部观察；通过支架16对不锈钢钟罩14进行安装和拆卸维修；通过刀口法兰17实现真空密封。

石英钟罩18与下方的工作台面采用l型氟橡胶密封圈20密封连接，构成密封的工作台。在工作台的下方设置有真空管道3和电极接线柱，用于工作台和真空系统之间的真空连接，以及和电极系统的电性连接。石英钟罩18要求承受一定压力和温度，因此主体是直立的圆筒形回转体，底部端口形状为圆形平面，顶部为半球形。物料盘19置于石英钟罩内部，用于电子枪的安装和固定。

真空系统包括：离子泵1、机械泵59、分子泵60、阀门和真空管道3。其中，离子泵1位于不锈钢钟罩14工作台的下部，分子泵60位于石英钟罩18工作台的下部。

机械泵59的进气口连接至与分子泵60的出气口；分子泵60的进气口连接到石英钟罩18工作台。离子泵1的进气口连接至不锈钢钟罩14工作台。分子泵60的进气口和离子泵1的进气口通过真空管道3连接。在实际工作中，可以根据需要开启相应的真空泵，对不锈钢钟罩14和石英钟罩18抽真空。

真空管道3为“h”型的真空管道。离子泵1的进气口通过第一插板阀2连接至真空管道3的第一端口，真空管道3的第二端口通过第二插板阀7和不锈钢钟罩14工作台连接。其中，第一端口和第二端口为处于同一垂线的端口。

分子泵60的进气口通过第四插板阀31与真空管道3的第四端口连接。真空管道3的第三端口通过第三插板阀24与石英钟罩18工作台连接。其中，第三端口和第四端口为处于同一垂线的端口。

其中，第一插板阀2、第二插板阀7、第三插板阀24和第四插板阀31均为气动超高真空插板阀。不锈钢钟罩工作台独立工作时，开启第一插板阀2、第二插板阀7和第四插板阀31；石英钟罩工作台独立工作时，开启第一插板阀2、第三插板阀24和第四插板阀31；两工作台同时工作时，开启第一插板阀2、第二插板阀7、第三插板阀24和第四插板阀31。

进一步的，真空系统还包括：第一气动高真空挡板阀4、第二气动高真空挡板阀9、第三气动高真空挡板阀23，第四气动高真空挡板阀30、第五气动高真空挡板阀35、三通连接管36、盲板法兰37、第六气动高真空挡板阀38、第七气动高真空挡板阀39、真空连接管40及第三波纹管41。机械泵59的进气口通过第五气动高真空挡板阀35、三通连接管36、第三波纹管41与分子泵60的出气口连接；机械泵59进气口通过第五气动高真空挡板阀35、真空连接管40与第六气动高真空挡板阀38、第七气动高真空挡板阀39连接。盲板法兰37设于真空管道3的第四端口附近，实现真空密封，可用于扩展接口使用。

机械泵59、第二波纹管33、第一电阻规34、三通连接管36、第一波纹管27，第一三通6，第二三通26，卡箍5、28、29，弯管32，变径管25，第一气动高真空挡板阀4，第五气动高真空挡板阀35、第六气动高真空挡板阀38、第七气动高真空挡板阀39、真空连接管40，第二气动高真空挡板阀9和第三气动高真空挡板阀23，第四气动高真空挡板阀30分别与两个工作台连接，组成真空系统的旁路系统，通过气动高真空挡板阀的开启和关闭实现两个工作台的预抽真空和真空放气。

电极系统设置于台架21下方，对应工作台电极的第一电极8、第二电极10及第三电极22。工作台上放置的微波管电子枪的电性连接于工作台架下方相应的电极上。三个电极的前端连入真空系统内，后端与电气控制系统连接，为处于真空状态的微波管电子枪提供电流和电压。

电子枪发射性能测试系统还设置有电离规62和第二电阻规61，通过4个插板阀的转换对真空系统的真空度进行测量。两工作台可以单独工作或同时工作，且其中一工作台放大气后，另一位的真空度不低于6×10^-6pa。

请参见图3，电气控制系统是plc控制系统，其机柜43上设有复合真空计42、显示屏44、钟罩升按钮45、钟罩降按钮47、第一灯丝电源54、第二灯丝电源55、高压电源56、离子泵电源57、ups电源58，为防止误操作，机柜43上配有故障提示按钮，包括压缩空气异常按钮48，真空异常按钮49，缺水按钮50，分子泵异常按钮51，机械泵异常按钮52，和报警复位按钮53。机械泵59，分子泵60，气动高真空挡板阀，插板阀，离子泵电源57，电子枪灯丝电源54和55，高压电源55，ups电源58，复合真空计42，钟罩升按钮45，钟罩降按钮46，钟罩脱开按钮47，压缩空气异常按钮48，真空异常按钮49，缺水按钮50，分子泵异常按钮51，机械泵异常按钮52，和报警复位按钮53均通过控制线路与电气控制系统连接。

分子泵电源和分子泵60与电气控制系统连接，用于控制分子泵60的启动和关闭；离子泵电源57与离子泵1连接，用于控制离子泵1的启动和关闭，其中离子泵的启动条件是真空度优于5×10^-4pa，且真空管道及真空腔室经过充分烘烤去气；两套灯丝电源54，55和高压电源56分别与电极连接，分别控制两个工作台上电子枪的电流和电压。

复合真空计42与第一电阻规34、第二电阻规61及电离规62连接，用于监测真空系统的真空度。为了同时测量低真空和高真空，该真空计采用复合真空计。第一电阻规34用于测量机械泵59进气口的真空度，满足分子泵60的启动要求。

第二电阻规61和电离规62分别连接至真空管道3。其中，第二电阻规61与真空计42连接，用于测量两工作台低真空时的真空度(10⁵pa～1×10^-1pa)。电离规62与真空计42连接，用于测量两工作台高真空时的真空度(1×10^-1pa～2×10^-7pa)。

两工作台共用一套数显真空计42、一个机械泵59及其电源，一个分子泵60及其电源和一个离子泵1及其电源57。

分子泵异常51与真空度关联，真空度低于10pa时，分子泵电源不允许分子泵60启动。

灯丝电源关联真空度，真空度低于3.0×10^-4pa时，灯丝电流维持恒定；待真空度优于3.0×10^-4pa时，灯丝电流值逐渐增加。

通过上述离子泵1、分子泵60等真空度启动条件的设置，使得微波管电子枪发射性能测试系统通过真空系统和电气系统获得超高真空，极限真空度优于2×10^-7pa，测量可靠性高。通过设计两个工位，不仅能测试电子枪的发射性能及导流系数，还可测量电子枪的不同电流和时间下的温度。测量参数全。通过两工位对称结构的设计方式及各器件之间的连接方式的设计，使得系统结构紧凑，占用空间小，操作方便，便于生产批量化应用。

基于上述微波管电子枪发射性能测试系统，本发明另一实施例提出一种电子枪发射性能的测试方法，该方法是基于两个工位同时工作的情况下，其流程如图4所示，包括：

s1，关闭所有插板阀，并开启第一气动高真空挡板阀。

在进行性能检测之前，需要检测系统的水路、电路是否正常，若正常关闭所有插板阀(2、7、24、31)，并开启第一气动高真空挡板阀4，真空系统进行放气，打开工位上的钟罩。

s2，将电子枪放置到钟罩内，电子枪灯丝两极分别与电极连接，注意接线要紧固，罩上钟罩，并关闭第一气动高真空挡板阀4。

s3，启动机械泵59，打开第二气动高真空挡板阀9、第三气动高真空挡板阀23及第四气动高真空挡板阀30。待机械泵59进气口真空度优于第一预设值(例如10pa)，开分子泵60电源并启动，打开分子泵60连接的第四插板阀31、第二插板阀7和第三插板阀24。

s4，分子泵2正常工作，待分子泵60进气口真空度优于第二预设值(例如2.0×10^-3pa)时，打开离子泵连接的第一插板阀2，启动离子泵1。

s5，对电子枪进行加热，测试所述电子枪的发射电流、导流系数及表面温度。

待真空室中真空度优于3.0×10^-4pa时，按下加热电源“开”按钮开始对两工位上的电子枪进行加热，电子枪缓慢加热，真空度优于1×10^-4pa时逐步加电流1a～2a，在组件加热过程中真空计显示系统真空度优于2×10^-4pa。在电子枪加热过程中，可进行电子枪发射电流，导流系数，表面温度等性能测试。同时，电子枪可进行真空除气，以充分去除两工位电子枪表面及内部吸附的气体、易挥发的物质；待电子枪加热完毕后，将灯丝电流旋钮至“0”，测试过程结束。

测试结束后，关闭离子泵、分子泵连接的插板阀，然后按下离子泵、分子泵“停止”钮，待分子泵转速为零后，关闭分子泵电源、机械泵电源、冷却水及相应阀门。

另外，需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)机械泵是可以用干泵来代替；

(2)气动高真空挡板阀可以用手动高真空金属角阀来代替；

(3)插板阀可以用手打超高真空插板阀代替；

(4)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。

综上所述，本发明提供一种具有双工位工作台的微波管电子枪发射性能测试系统及方法，其具有结构紧凑、可靠性高、测量参数全等优点，可有效缩短电子枪的研制周期，具有较好的推广应用价值。

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，所应理解的是，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。