[发明专利]电子束流功率密度分布的微分测试方法

摘要

本发明公开了一种电子束流功率密度分布的微分测试方法，首先进行测试系统的布置；法拉第筒传感器的设计；电子束流沿平行于细缝长度方向的路径运动，为正程扫描路径，此过程采集的信号为有效信号，将用于后续处理；当电子束流完全经过细缝后逆向运动，为逆程扫描路径，此过程采集的信号为无效信号，将不予存储；重复前述步骤，使电子束流在钨片上的投影斑点从细缝的一侧运动到另一侧；设电子束流的电流密度分布函数为f(x,y)，则功率密度分布函数为g(x,y)=f(x,y)·Ua；整个偏转扫描的正程扫描为n次，则会获得n个fi(x)，将n个fi(x)用计算机软件绘制成电流密度分布图形，最后得到功率密度分布图形和直径。本发明不需要每次都使用新的金属试样测量功率密度分布，节约测试成本。

主权项

1.一种电子束流功率密度分布的微分测试方法，其特征在于步骤如下：1.1测试系统的布置，测试系统包括电子束焊机、能量吸收装置（5）、法拉第筒传感器（6）、工控机，电子束焊机包括电子束发射阴极（1）、聚焦线圈（3）、偏转线圈（4）、工作台（7）和焊机控制系统，电子束流（2）在电子枪中由电子束发射阴极（1）产生，聚焦线圈（3）、偏转线圈（4）同轴，聚焦线圈（3）在偏转线圈（4）上面，能量吸收装置（5）和法拉第筒传感器（6）安装在工作台（7）上，法拉第筒传感装器（6）位于电子束焊机的偏转线圈（4）正下方，能量吸收装置（5）放置在法拉第筒传感器（6）左侧并且处于同一水平线上，法拉第筒传感器（6）与工控机中的数据采集卡（8）连接；电子束流（2）经过静电聚焦后，再由电子束焊机的聚焦线圈（3）控制其聚焦状态，电子束流（2）穿过聚焦线圈（3）、偏转线圈（4），在焊机控制系统的驱动下，偏转线圈（4）控制电子束流（2）偏摆扫描，电子束流（2）发生大角度偏转至能量吸收装置（5）上；1.2法拉第筒传感器（6）的设计，法拉第筒传感器（6）上安装钨片（9），垂直于钨片（9）并在钨片（9）中心加工细缝（10），垂直移动法拉第筒传感器（6），测量不同工作距离的电子束功率密度分布图形，直径最小处为电子束焦点的位置，在整个偏转扫描过程中电子束流（2）的投影斑点（11）始终在钨片（9）的上运动，正程扫描路径（12）和逆程扫描路径（13）是位于钨片（9）表面的投影斑点（11）运动轨迹；1.3电子束流（2）沿平行于细缝（10）长度方向的路径运动，为正程扫描路径（12），当电子束流（2）在测试过程经过细缝（10），则电子束流（2）中的部分电子会进入细缝（10）被法拉第筒传感器（6）吸收，此过程采集的信号为有效信号，将用于后续处理；1.4当电子束流（2）完全经过细缝（10）后逆向运动，并在垂直于细缝（10）长度方向上步进△y，为逆程扫描路径（13），此过程中当电子束流（2）经过细缝（10）时，同样会有部分电子会进入细缝（10）被法拉第筒传感器（6）吸收，但为保证采集信号的相位关系，此过程采集的信号为无效信号，将不予存储；1.5重复步骤1.3和1.4，使电子束流（2）在钨片（9）上的投影斑点（11）从细缝（10）的一侧运动到另一侧；1.6设电子束流（2）的电流密度分布函数为f(x,y)，则功率密度分布函数为g(x,y)=f(x,y)·U_a，其中U_a为电子束流（2）加速电压；细缝（10）宽度为d，由于d很小，假定在d区域内沿Y方向上的电流密度分布是均匀的，即在此区域内的电流密度分布与y无关，所以第i次正程扫描得到的电流密度分布简化为f_i(x)，已知电子束流（2）的偏转扫描速度为v：其中I为t时刻进入细缝（10）的电子束流强度，V为t时刻的采集电压，R为采样电阻；1.7整个偏转扫描的正程扫描为n次，则会获得n个f_i(x)，将n个f_i(x)用计算机软件绘制成电流密度分布图形，最后得到功率密度分布图形和直径。