电子枪测试装置及电子枪测试系统

1.本技术一般涉及电子枪技术领域，具体涉及一种电子枪测试装置及电子枪测试系统。


背景技术：

2.电子枪需要进行测试以验证其发射性能和导流系数等电性能。现有的测试通常是通过一个与电子枪出口相连接的法拉第筒进行电子束流的收集和测试，只能获得电子束流的峰值流强和束流脉宽，无法对电子枪发射面的表面温度进行测量；
3.阴栅组件在一定的灯丝功率下，其阴极表面需满足一定的温度环境，阴极温度是反映阴栅组件热结构是否合理的重要指标。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本技术期望提供一种电子枪测试装置和测试系统，用于解决现有技术中电子枪发射面温度无法测定的问题。
5.在本技术的第一个方面，本技术提供一种电子枪测试装置。
6.作为优选，所述电子枪测试装置包括：
7.真空腔体，所述真空腔体沿待测电子枪的电子束流出射方向具有正对设置的投射孔和观察窗，待测电子枪通过所述投射孔向真空腔体内发射电子束流；以及
8.电子束流检测部件，部分设置于所述真空腔体内，能够沿垂直于电子束流出射方向的方向移动，在移入电子束流穿过区域时接收电子束流，在移出电子束流穿过区域时通过所述观察窗测量待测电子枪发射面的温度。
9.作为优选，所述电子束流检测部件包括：
10.支撑筒，所述支撑筒的一端设有收集极，另一端伸出所述真空腔体用于连接传动部件；
11.所述收集极通过设置于所述支撑筒内的电缆连接数据采集器。
12.作为优选，所述传动部件包括：
13.丝杆、传动杆、驱动装置和用于对所述电子束流检测部件移动位置进行限制的限位开关，所述丝杆与所述驱动装置连接，带动所述电子束流检测部件沿所述传动杆移动，所述丝杆和所述传动杆的轴线平行且垂直于所述电子束流的中心轴线。
14.作为优选，所述待测电子枪通过真空管道与所述投射孔连接，所述真空管道包含至少一个柔性段。
15.作为优选，靠近所述投射孔的真空管道上设有用于使发射至所述真空腔体内的电子束流产生汇聚的聚焦部件，所述聚焦部件环绕所述真空管道一周设置。
16.作为优选，所述聚焦部件包括环状聚焦线圈和包覆所述环状聚焦线圈外表面的导磁极铁。
17.作为优选，所述聚焦部件可沿所述真空管道的轴线移动。
18.作为优选，还包括用于为所述真空腔体抽真空的抽真空部件。
19.在本技术的第二个方面，本技术提供一种电子枪测试系统。
20.所述电子枪测试系统包括如上所述的电子枪测试装置和光学测温件，所述光学测温件透过所述观察窗对准待测电子枪发射面，读取所述发射面的温度。
21.作为优选，所述光学测温件为比色测温仪。
22.本技术的有益效果：
23.本技术的测试装置通过设置观察窗和可移动的电子束流检测部件，同时实现了对电子枪发射面温度的测量和束流强度及脉宽的测量，具有结构紧凑，占用空间小，操作方便等优点。
附图说明
24.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
25.图1为本技术一种优选的实施例的测试装置与待测电子枪的连接示意图；
26.图2为本技术一种优选的实施例的测试装置的立体示意图；
27.图3为本技术一种优选的实施例的测试装置的另一立体示意图；
28.图4为本技术一种优选的实施例的测试装置的再一立体示意图；
29.图5为本技术一种优选的实施例的电子束流检测部件的剖视图；
30.图6为本技术一种优选的实施例的传动部件的示意图；
31.图7为本技术一种优选的实施例的聚焦部件的示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
34.需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
35.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
36.需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解
上述术语在本技术中的具体含义。
37.根据本技术的第一方面，请参照图1-4，示出了本技术提供一种优选的实施方式的电子枪测试装置，包括真空腔体1和电子束流检测部件2，所述真空腔体1沿待测电子枪3的电子束流出射方向具有正对设置的投射孔10和观察窗11，待测电子枪3通过所述投射孔10向真空腔体1内发射电子束流；所述电子束流检测部件2部分设置于所述真空腔体1内，能够沿垂直于电子束流出射方向的方向移动，在移入电子束流穿过区域时接收电子束流，在移出电子束流穿过区域时通过所述观察窗11测量待测电子枪发射面的温度。
38.具体地，真空腔体1沿电子出射方向的相对的两侧分别开设通孔，其中一个通孔作为投射孔10用于连接待测电子枪3出射端，另一个通孔形成有观察窗11，所述观察窗11位于正对投射孔10的位置，也即位于正对待测电子枪3出射端的位置，从而能够通过观察窗11观测待测电子枪3的发射面，进而能够通过所述观察窗11测量发射面的温度，具体是电子枪阴极和栅极的温度；
39.其中，电子束流检测部件2可移动地设置于所述真空腔体1内，其运动方向垂直于电子束流的中心轴线，当其处于电子束流穿过区域时，阻挡并接收电子束流，测定电子束流的峰值流强和束流脉宽；当其不处于电子束流穿过区域时，暴露电子枪的发射面至观察窗11，通过观察窗11观察并测量发射面温度；其中，所述发射面为电子枪阴栅组件的发射面，包括阴极的表面和栅极的表面；
40.其中，真空腔体1用于为电子束流提供真空环境，优选真空腔体 1的真空度达到1
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pa以上。
41.进一步，在本技术一些优选的实施方式中，所述观察窗11包括法兰110和透明窗片111，所述真空腔体1用于形成观察窗11的通孔上亦设置法兰，通过两个法兰的对接在所述真空腔体1上形成观察窗11，并实现对真空腔体11的密封。
42.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，所述透明窗片111 采用石英玻璃，其耐高温且耐辐射。
43.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，如图5所示，所述电子束流检测部件2包括支撑筒20，所述支撑筒20的一端设有收集极21，另一端伸出所述真空腔体1连接传动部件4；所述收集极21 通过设置于所述支撑筒20内的电缆22连接数据采集器(图中未示出)。
44.具体地，电缆22的一端连接收集极21，另一端通过外接数据采集器，收集极21接收电子束流，并通过电缆22将信号传输至数据采集器，生成电子束流的峰值流强和束流脉宽；
45.在支撑筒20设置收集极21的端部设有转接法兰23，通过所述转接法兰23将所述收集极21和电缆22固定于支撑筒20；收集极21伸出支撑筒20的该端部，电子束流穿被收集极21接收，从而实现电子束流流强和脉宽的测定；其中，所述收集极21为接收面为圆形的片状结构，当所述电子束流检测部件处于电子束流穿过区域时，所述收集极21的中心轴线与电子束流的中心轴线重合；
46.其中，所述电缆22为同轴电缆，所述支撑筒20伸出真空腔体1 的端部通过法兰24外接传动部件4。
47.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，如图6所示，所述传动部件4包括丝杆40、传动杆41、驱动装置和限位开关42，所述丝杆40与所述驱动装置连接，带动所述电子束流检测部件4沿所述传动杆41移动，所述丝杆40和所述传动杆41的轴线平行且垂直于所述
电子束流的中心轴线，所述限位开关42用于对所述电子束流检测部件移动位置进行限制。
48.具体地，真空腔体1的上部开设通孔，该通孔上设置一转接管50，所述转接管50远离真空腔体的一端通过法兰51连接波纹管52，所述电子束流检测部件2穿设于波纹管52中，电子束流检测部件2设有收集极21的一端位于真空腔体1内，另一端通过法兰24和法兰53连接在波纹管52上；
49.传动杆41上设有滑块43，滑块43连接法兰53，当驱动装置带动丝杆40运动时，滑块43带动法兰53沿传动杆上下移动，从而带动设置于波纹管52内的电子束流检测部件2上下移动；限位开关43对电子束流检测部件2上行和下行的行程进行控制，使其在移动至合适位置时停止移动；示例性地，使其在下行至收集极21的中心轴线与电子束流的中心轴线重合时停止移动，以便测定束流流强和脉宽；其中，优选电子束流检测部件2可以移出束流中心轴线为基准半径30mm的区域；
50.其中，所述驱动装置可以为电机或气缸。
51.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，如图1所示，所述待测电子枪通过真空管道6与所述投射孔10连接，所述真空管道6 包含至少一个柔性段60。
52.具体地，所述投射孔10设置转接法兰100，所述真空管道6的一端设置活套法兰61，通过所述活套法兰61将所述真空管道6连接至真空腔体1，真空管道6的另一端通过转接法兰62连接至待测电子枪 3，从而实现待测电子枪3与测试装置的连接；
53.其中，真空腔体1和真空管道6优选采用不锈钢材料，通过设置柔性段60以便于测试装置与待测电子枪3的对接和安装，柔性段60 可以为柔性材料制成的波纹管。
54.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，如图1所示，靠近所述投射孔10的真空管道6上设有用于使发射至所述真空腔体1内的电子束流产生汇聚的聚焦部件7，所述聚焦部件7环绕所述真空管道6 一周设置。
55.聚焦组件7使电子枪发射的电子束流产生汇聚，便于被电子束流检测部件接收，提高检测结果的准确性。
56.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，如图7所示，所述聚焦部件7包括环状聚焦线圈70和包覆所述环状聚焦线圈70外表面的导磁极铁71。
57.具体地，所述环状聚焦线圈70呈圆环状，中间区域具有贯穿孔 700，通过所述贯穿孔700将其套设在真空管道6上；所述导磁极铁 71包括两个与环状聚焦线圈70横截面相匹配的第一导磁极铁711和一个环状的第二导磁极铁712，所述第一导磁极铁711和第二导磁极铁712包覆所述环状聚焦线圈70除贯穿孔700之外的外表面，即导磁极铁71部分地包覆所述环状聚焦线圈70的外表面；
58.环状聚焦线圈70通电可以产生磁场，导磁极铁71可以把磁场集中在真空管道的中心区域，使阴极发射的电子束流产生汇聚，具备焦点易于调节的优点，通过改变线圈中电流就能有效调节焦点位置；
59.其中，本技术的环状聚焦线圈70的平均电流密度小于1.5a/mm2，因此不需要增加水冷管道。
60.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，所述聚焦部件7可沿所述真空管道6的轴线移动，使得其在电子枪3和真空腔体1之间的相对位置被调整，以满足不同束流中心的调整。
61.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，所述测试装置还包括用于为所述真空腔体1抽真空的抽真空部件8。
62.具体地，所述抽真空部件8为离子泵，通过离子泵使得测试装置获得超高真空，真空度达到1
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pa以上，测量可靠性高；
63.示例性地，在真空腔体1的下部开孔，通过法兰与离子泵连接。
64.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，如图所示，所述真空腔体1还设于备用设备接口和真空角阀接口。
65.具体地，在真空腔体1相对的一侧开孔并安装盲板法兰12实现真空密封，该孔可用于扩展接口使用；在另一侧开孔并安装真空角阀13 实现真空密封，真空角阀13一方面用于在真空腔体1内真空度过高时充气，保护测试装置，另一方面用于外接真空抽取系统，以便在真空腔体1内真空度达不到要求时进行抽真空。
66.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，如图1-4所示，所述测试装置还包括支撑架9，所述真空腔体1、聚焦部件7和抽真空部件8安装于所述支撑架9上。
67.具体地，所述支撑架9具有支撑平面90，所述真空腔体1通过法兰安装于支撑平面90上，且与位于支撑平面90之下的抽真空部件8 连接；在支撑平面90上设有聚焦部件安装架91和调节块92，所述聚焦部件安装架91固定连接于调节块92，所述调节块92开设平行于真空管道1轴线的滑槽93，所述滑槽93中穿设引导件94，所述引导件 94的一端连接至所述支撑平面90，另一端具有限位凸起，所述调节块93可沿所述引导件94移动，使得所述聚焦部件7能够沿真空管道1 的轴线移动。
68.进一步地，支撑架9的底部具有相对于地面活动的支撑脚95，所述支撑脚95高度可调，使得测试装置的高度位置和高度可调，便于与待测电子枪连接。
69.在本技术中，所述的法兰为cf35法兰，能够使构成测试装置的各部件实现真空封接，隔离真空侧与空气侧，使真空腔体1处于高真空环境，提高检测结果的准确性。
70.根据本技术的第二个方面，本技术提供一种电子枪测试系统。
71.所述电子枪测试系统包括如上所述的电子枪测试装置和光学测温件，所述光学测温件透过所述观察窗对准待测电子枪发射面，读取所述发射面的温度。
72.其中，所述发射面为阴栅组件，即通过观察窗可以观察到阴栅组件，进而能够测量阴极和栅极的温度。
73.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，所述光学测温件为比色测温仪。
74.本技术的实施例采用非接触测量，不会干扰被测温度场的状态，具有测温速度快、准确度高、灵敏度高等优点；本技术的一个实施例采用石英玻璃制成的观察窗，在采用比色测温仪测量时，石英玻璃不会吸收透过观察窗的光，测温准确性高。
75.本技术的一种实施例的测试系统的使用方法如下：
76.使用抽真空部件对真空腔体抽真空，待真空腔体中真空度优于1
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pa以上时，电子枪进行加热和束流发射；
77.在电子枪束流发射过程中，移动所述电子束流检测部件进入束流穿过区域，并使收集极的轴线与电子束流中心轴线重合，电子束流检测部件接收电子束流，进行束流流强及脉宽测试；
78.束流流强及脉宽测试结束后，停止束流发射，将所述电子束流检测部件移出束流
穿过区域，使用比色测温仪通过所述观察窗测量阴极和栅极温度。
79.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于) 具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。