[发明专利]电子注轴向速度测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及真空电子学技术领域，尤其涉及一种电子注轴向速度测量系统。

背景技术

电真空器件是一类在真空或气体介质中，利用电子注与高频电磁场相互作用而实现微波功率放大与转换功能的有源电子器件。如今，电真空器件在雷达、电子对抗、制导和卫星通信等领域得到了广泛的应用。随着电真空器件技术的发展，各种各样的电子注测量系统应运而生。电子注轴向速度是电子注的重要性质。

图1为现有技术电子注轴向速度测量系统中测量系统的结构示意图。如图1所示，容性探针的前端通过法兰盘200与待测设备，如电子枪、速调管、回旋管等，相连接，其后端通过绝缘陶瓷301和连接管400与平面盲板法兰连接。该容性探针包括：主腔体结构110，其同时作为外电极；电子注感应环130，其作为内电极。其中，该主腔体结构110和电子注感应环130之间具有绝缘陶瓷筒120，两者构成了电容，电子注感应环130通过导线连接至主腔体结构110外侧。利用容性探针测量电子注的感应电压V(t)，并在平面盲板法兰上测量电子注电流I(t)，进而就可以由下式计算得到电子注的平均轴向速度v(t)：

v(t)=k·I(t)/V(t)           (1)

其中，该感应电压V(t)为电子注通过真空腔体而在容性探针内电极感应得到的；k是由容性探针的结构及测量电路决定的一个常系数。

然而，在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术电子注轴向速度测量系统存在如下技术缺陷：

(1)电子注轰击在平面盲板法兰上产生大量二次电子，该二次电子使得电子注电流测量不准确，并且二次电子回轰在电容探针内电极上会干扰电子注感应电压的测量；

(2)具有较大横向速度的电子注通过电容探针时部分边缘电子发散打在探针内电极上，使得内电极传输的电子注感应电压错误，甚至有破坏内电极的风险；

(3)由于电子注感应环及绝缘陶瓷具有一定厚度，因此在感应环前后边缘处就有较大的非径向电场，这就增加了电子注感应环上测量的电压波形的畸变，使探测结果以及后续计算都带来较大的误差；

(4)由于电子注感应环的引线是从后侧边缘单独引出的，这加剧了电场畸变，同时引线容易受到杂散电子的轰击，降低了探针探测的准确性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种电子注轴向速度测量系统，以减小测量过程中杂散电子的影响，提高电子注轴向速度的测量精度。

(二)技术方案

本发明电子注轴向速度测量系统包括：容性探针装置100、收集极腔体结构600、电压积分及传输电路800、电压测量装置和电流测量装置。容性探针装置100包括：主腔体结构110，呈筒状；电子注感应环130，呈环状，由金属导电材料制备，隔着绝缘陶瓷筒120固定于主腔体结构110的内侧。收集极腔体结构600，与主腔体结构110相连通，呈中间大、两头小的纺锤形。电压积分及传输电路800，其前端电性连接至电子注感应环130，用于将电子注穿过容性探针时产生的感应电荷转换为电压信号。电压测量装置，电性连接于电压积分及传输电路800的后端。电流测量装置，电性连接至收集极腔体结构600。其中，电子注由主腔体结构110的入口进入，经由主腔体结构110进入收集极腔体结构600内，由该收集极腔体600进行吸收，由电压测量装置和电流测量装置分别得到电子注感应电压V(t)及电子注电流I(t)。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明电子注轴向速度测量系统具有以下有益效果：

(1)在主腔体结构前端和后端分别设置电子吸收环，滤去电子注边缘发散角过大的电子，起到电子注整形的作用，防止杂散电子直接轰击到容性探针结构；

(2)收集极腔体结构设置为中间粗两头细的形状，可以有效防止电子注轰击时二次电子逸出，再辅以内壁打毛工艺和镀低二次电子发射系数的涂层，使收集极处产生的二次电子减到最小；

(3)利用可调电压直流稳压电路在收集极与后法兰盘上加一个适当的负电压以阻止采取上述措施后仍微量产生的杂散电子返回容性探针结构区域，使杂散电子被收集极或后电子吸收环吸收；

(4)在电子注感应环的两侧增加了与其绝缘的金属材料的电场改善环，从而大大减少了电子注感应环两侧边缘电场畸变，使电场更均匀；

(5)真空绝缘馈电头从真空腔体外壁和绝缘陶瓷筒中穿过，并钎焊在电子注感应环外侧中部，从而不会影响到电子感应环内表面的电场分布，同时避免了引线受到真空腔体内杂散电子的轰击；