[发明专利]基于电子束流恒定的电子枪灯丝加热电流自动整定方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子束加工设备技术领域，具体涉及一种基于电子束流恒定的电子枪灯丝加热电流自动整定方法。

背景技术

采用轴对称皮尔斯电子枪的电子束加工设备，其阴极发射电子束流受温度限制状态和空间电荷限制状态。为了提高电子束的品质，现有电子束加工设备温度限制状态为饱和发射，在空间电荷限制状态下，加速电压为恒定值，采用改变栅偏电压-U_b来改变阴极的有效发射面积的方法来控制电子束流，其中阴极（灯丝）采用恒流控制方式。

然而，由于不同灯丝间材质及几何尺寸的差异，将导致灯丝饱和加热电流不同；即使同一根灯丝随着工作时间的累积，其所需的饱和加热电流亦有所变化；另外灯丝的装配及加热微变形都会影响其发射电子能力。这种固定的灯丝电流工作制，灯丝阴极易要么工作于过深饱和状态，影响其使用寿命；要么工作于欠饱和状态，影响电子束的品质。

为了既充分发挥三极皮尔斯电子枪电子束品质性能，又能最大限度的延长灯丝阴极寿命，需对灯丝加热电流饱和程度进行量化的判断及控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有电子束加工设备无法兼顾电子束品质和灯丝阴极使用寿命的问题，提供一种基于电子束流恒定的电子枪灯丝加热电流自动整定方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于电子束流恒定的电子枪灯丝加热电流自动整定方法，包括如下步骤：

步骤1、电子束流稳定于I_E，逐渐增加灯丝电流使得栅偏电压达到设定的最小栅偏电压-U_Gmin并保持稳定，记录此时灯丝稳定电流I_Kmin；

步骤2、保持电子束流为I_E，继续增加灯丝电流达到设定的灯丝基准电流I_K1，记录此时基准的稳态栅偏电压值-U_G1；

步骤3、保持电子束流为I_E，让灯丝电流增加1个固定微量δ_k，并记录第一次增量的稳态栅偏电压相对于基准的稳态栅偏电压的变化量δ_g1；

步骤4、保持电子束流为I_E，让灯丝电流再增加1个固定微量δ_k，并记录第二次增量的稳态栅偏电压相对于第一次增量的稳态栅偏电压的变化量δ_g3；

步骤5、保持电子束流为I_E，让灯丝电流减小3个固定微量δ_k，并记录第一次减量的稳态栅偏电压相对于基准的稳态栅偏电压的变化量δ_g2；

步骤6、保持电子束流为I_E，让灯丝电流再减小1个固定微量δ_k，并记录第二次减量的稳态栅偏电压相对于第一次减量的稳态栅偏电压的变化量δ_g4；

步骤7、计算相对电子束流与相对灯丝加热电流关系式的常数，即指数系数β和相对饱和栅偏电压-U_gmax；其中

步骤8、设定灯丝工作电流饱和度ε，并计算灯丝工作电流I_K2；其中

上述方案中，电子束流I_E的取值范围为1%～10%额定电子束流值。

上述方案中，电子束流I_E的介于0.5mA～10mA之间。

上述方案中，最小栅偏电压-U_Gmin的取值范围为10%～20%栅偏截止电压值。

上述方案中，设定的灯丝基准电流I_K1比灯丝稳定电流I_Kmin大5%～20%。

上述方案中，固定微量δ_k为1个灯丝电流数字设定的最小分辨率值。

上述方案中，灯丝工作电流饱和度ε的取值范围为75%～95%。

与现有技术相比，本发明通过对灯丝加热电流饱和程度进行量化的判断及控制，从而既充分发挥三极皮尔斯电子枪电子束品质性能，又能最大限度的延长灯丝阴极寿命。

附图说明

图1为电子枪栅偏电压与灯丝加热电流关系图。

图2为基于电子束流恒定的电子枪灯丝加热电流自动整定方法的流程图。

具体实施方式

本发明基于电子束流恒定的电子枪灯丝加热电流自动整定方法的原理如下：