專利名稱：一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及固體材料次級(jí)電子發(fā)射特性測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
所謂二次電子發(fā)射(Secondary Electron Emission)，就是指具有一定能量或速度的電子(或離子)轟擊物體表面時(shí)，會(huì)引起電子從該物體表面發(fā)射出來(lái)的現(xiàn)象。從樣品表面發(fā)射的二次電子在數(shù)量上可多于或少于一次電子，在能量上也呈現(xiàn)一定分布，其中包括一次電子的彈性散射電子，非彈性散射電子、真二次電子、俄歇電子等，有時(shí)還有其它復(fù)雜現(xiàn)象伴隨二次電子發(fā)射過(guò)程，如輻射X射線，產(chǎn)生熒光等。固體材料二次電子發(fā)射的能力，通常用二次電子發(fā)射系數(shù) J來(lái)表征。簡(jiǎn)單地說(shuō)，二次電子發(fā)射系數(shù)可定義為二次發(fā)射電子流Zi與一次電子流冬之比。1899年Compbell首先發(fā)現(xiàn)了二次電子發(fā)射現(xiàn)象，二次電子發(fā)射的物理過(guò)程很復(fù)雜，在二十世紀(jì)初的科技條件下實(shí)用性不強(qiáng)，開(kāi)始階段的研究工作進(jìn)展緩慢。二十世紀(jì)三十年代后，由于電真空器件的發(fā)展，二次電子發(fā)射問(wèn)題才逐漸引起了研究人員的注意，這是因?yàn)槎坞娮影l(fā)射有正反兩方面的影響。積極方面是其具有優(yōu)良的電子倍增作用，可以在光電倍增管等電子器件中得到廣泛應(yīng)用。另一方面，在某些器件中，由于二次電子發(fā)射，導(dǎo)致器件工作不穩(wěn)定，這些都需要對(duì)二次電子發(fā)射機(jī)理與發(fā)射材料自身特性做一個(gè)系統(tǒng)的研究。在過(guò)去的近一個(gè)世紀(jì)中，研究人員對(duì)大量材料的二次電子發(fā)射現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究，包括其發(fā)射機(jī)理、測(cè)試方法以及器件應(yīng)用。在二次電子發(fā)射的理論及測(cè)試技術(shù)方面，國(guó)外許多實(shí)驗(yàn)室都進(jìn)行了專門研究，如美國(guó)的ORNL、SLAC、BNL,日本的KEK、歐洲的CERN等在這方面都做了很多工作，并設(shè)計(jì)制造了功能齊全、測(cè)量精確的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。我國(guó)相關(guān)學(xué)者在該研究領(lǐng)域也獲得了許多研究成果， 如中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的謝愛(ài)根教授首次提出了“有效真二次電子發(fā)射系數(shù)”的概念(發(fā)表于《強(qiáng)激光與粒子束》，2005)，并分別推導(dǎo)出高能原電子能量與金屬的有效真二次電子發(fā)射系數(shù)的關(guān)系式，和金屬的有效真二次電子發(fā)射系數(shù)與高能原電子入射角的關(guān)系式，并進(jìn)行了驗(yàn)證。另外，還分別設(shè)計(jì)了測(cè)量金屬材料和絕緣體材料的二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)量方法和簡(jiǎn)易測(cè)量裝置，并測(cè)量了幾種金屬材料和絕緣體材料的二次電子發(fā)射系數(shù)。中山大學(xué)的譚化兵建立了基于掃描電子顯微鏡系統(tǒng)的二次電子發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)；利用該測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)多種形貌的氧化鎂納米棒薄膜進(jìn)行了二次電子發(fā)射特性測(cè)試(譚化兵.氧化鎂納米棒薄膜二次電子發(fā)射特性研究[D].廣州中山大學(xué)，2009)。固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)測(cè)試裝置是獲取其二次電子發(fā)射系數(shù)的有利工具。隨著科技的發(fā)展，對(duì)測(cè)試裝置的可靠性、操作智能化提出了更高的要求，為滿足這些需求，微型計(jì)算機(jī)被應(yīng)用于測(cè)試設(shè)備的控制系統(tǒng)中。然而早期的微機(jī)只是單純作為一個(gè)顯示設(shè)備， 它實(shí)現(xiàn)了一定程度的圖形化，但只是用于測(cè)試結(jié)果的存儲(chǔ)與處理，沒(méi)有真正意義上的人機(jī)對(duì)話，即不能通過(guò)鼠標(biāo)或觸摸屏點(diǎn)擊來(lái)控制顯示測(cè)試設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，還存在一些不足顯示界面符號(hào)化，不直觀；相關(guān)配套軟件功能簡(jiǎn)單，沒(méi)有故障報(bào)警，出現(xiàn)問(wèn)題的部分不能直觀地在微機(jī)上顯示；沒(méi)有完整、直觀的界面，進(jìn)程顯示不明顯、參數(shù)顯示不集中。
發(fā)明內(nèi)容鑒于目前固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)測(cè)試的技術(shù)瓶頸，本實(shí)用新型提供一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置，由機(jī)械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和分析檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成。 本裝置操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)采集與處理準(zhǔn)確快速，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試過(guò)程的智能化，可以較好地滿足工業(yè)防靜電設(shè)計(jì)、工程選材及靜電預(yù)測(cè)對(duì)固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)測(cè)量的需要本實(shí)用新型的一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置，包括機(jī)械系統(tǒng)、 電氣控制系統(tǒng)和分析檢測(cè)系統(tǒng)；所述機(jī)械系統(tǒng)包括真空室、真空泵、電子槍、加熱裝置；所述電子槍包括依次連接的熱陰極、調(diào)制極和加速極；所述加熱裝置包括加熱絲和熱電偶，所述電氣控制系統(tǒng)包括電源、可編程控制器(以下簡(jiǎn)稱PLC)和溫控電路；所述電源包括燈絲電源、調(diào)制電源、加速電源；所述分析檢測(cè)系統(tǒng)包括工控機(jī)、數(shù)字量模擬量模塊(以下簡(jiǎn)稱 D/A模塊)、二路示波卡和觸摸控制屏；PLC與真空泵連接，用于控制真空室的真空度；所述機(jī)械系統(tǒng)還包括電子收集裝置，所述電子收集裝置包括一次電子收集器、二次電子收集器、 一次前置放大器、二次前置放大器、靶臺(tái)及絕緣轉(zhuǎn)軸；所述靶臺(tái)上表面安裝有不銹鋼夾具， 下表面與絕緣轉(zhuǎn)軸固定連接；絕緣轉(zhuǎn)軸置于一次電子收集器上方，并垂直于一次電子收集器軸線；二次電子收集器為開(kāi)有小孔的半球狀金屬殼體，小孔軸線與一次電子收集器軸線重合，所述半球狀金屬殼體置于絕緣轉(zhuǎn)軸上方；所述一次前置放大器和二次前置放大器分別與一次電子收集器和二次電子收集器連接后，再與二路示波卡、D/A模塊、工控機(jī)、觸摸控制屏依次連接；所述電子槍還包括與加速極依次連接的一次聚焦腔和二次聚焦腔；所述電源還包括一次聚焦電源和二次聚焦電源；所述電氣控制系統(tǒng)還包括數(shù)字量模擬量轉(zhuǎn)換模塊 (以下簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換模塊)，PLC與工控機(jī)相連接，并且還通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊連接燈絲電源、 調(diào)制電源、加速電源、一次聚焦電源和二次聚焦電源，用于控制燈絲電源、調(diào)制電源、加速電源、一次聚焦電源和二次聚焦電源分別對(duì)電子槍的熱陰極、調(diào)制極、加速極、一次聚焦腔及二次聚焦腔提供電壓及電壓大小；所述工控機(jī)通過(guò)組態(tài)王與PLC進(jìn)行人機(jī)交互操作；加熱裝置置于一次電子收集器下方，并且通過(guò)溫控電路與PLC相連，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)一次電子收集器的加熱。所述二次電子收集器為以銅作為內(nèi)壁材料，銅表面鍍有一層金膜，所述金膜上鍍
有一層碳。所述半球狀金屬殼體的小孔孔徑為1. 5mm 2. 5 mm。所述一次電子收集器為法拉第筒，由外筒、內(nèi)筒以及置于外筒和內(nèi)筒之間的絕緣板構(gòu)成。所述絕緣轉(zhuǎn)軸與法拉第筒軸線的偏距為Icm 2 cm,該偏距可以保證在轉(zhuǎn)動(dòng)絕緣轉(zhuǎn)軸時(shí)，能使電子槍發(fā)射的電子束直接打到法拉第筒內(nèi)，完成一次電子的收集；同時(shí)再次轉(zhuǎn)動(dòng)絕緣轉(zhuǎn)軸時(shí)，使靶臺(tái)中心正對(duì)入射電子束，從而保證二次電子的收集。所述一次聚焦腔包括依次連接的一次前聚焦極和一次后聚焦極；一次前聚焦極和一次后聚集極均開(kāi)有小孔，小孔軸線與電子槍電子入射方向重合；一次前聚焦小孔孔徑為4cm 5 cm, 一次后聚焦極小孔孔徑為2 cm 3 cm。所述二次聚焦腔包括依次連接的二次前聚焦極、二次中聚焦極和二次后聚焦極； 二次前聚焦極、二次中聚焦極、二次后聚焦極均開(kāi)有小孔，并且小孔軸線與電子槍電子入射方向重合；二次前聚焦極小孔孔徑為2. 5 cm 3. 5 cm，二次中聚焦極小孔孔徑為2 cm 3 cm，二次后聚焦極小孔孔徑為1. 5 cm 2. 5 cm。所述一次電 子收集器為法拉第筒，由外筒、內(nèi)筒以及置于外筒和內(nèi)筒之間的絕緣板構(gòu)成。所述熱陰極包括燈絲及罩在燈絲外面的小金屬圓筒，所述小金屬圓筒外表面涂覆有一層六硼化鑭(LaB6)，以使陰極有較強(qiáng)的抗毒性，能夠多次使用，逸出功較小。所述調(diào)制極為前端開(kāi)有小孔的金屬圓筒，調(diào)制極套裝在熱陰極外側(cè)，略大于二次電子收集器的孔徑；加速極為開(kāi)有小孔的圓筒，用于對(duì)電子流加速。由組態(tài)王開(kāi)發(fā)的具有人機(jī)交互功能的虛擬界面，操作者可以通過(guò)界面上的按鍵來(lái)控制整個(gè)測(cè)試裝置的運(yùn)行和參數(shù)設(shè)置，其中包括真空泵的開(kāi)啟和關(guān)閉，調(diào)節(jié)燈絲電源、調(diào)制電源、加速電源和一次聚焦電源及二次聚焦電源，控制溫控電路、調(diào)節(jié)溫度大小。除此之外， 還具有實(shí)時(shí)波形顯示功能，非常直觀，有助于我們根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整參數(shù)。本實(shí)用新型的具體工作原理是在加速電壓下，經(jīng)電子槍發(fā)射并直接打到法拉第筒上的電子束會(huì)形成一次電子電流Ip ；而在相同加速電壓下，經(jīng)電子槍發(fā)射后轟擊測(cè)試材料樣品所激發(fā)的電子束會(huì)形成二次電子電流Is ；分別測(cè)出Ip和Is，根據(jù)公式S= Is / Ip, 就可以計(jì)算出該測(cè)試材料樣品的二次電子發(fā)射系數(shù)，再進(jìn)行相應(yīng)的關(guān)系運(yùn)算及結(jié)果顯示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)⑴機(jī)械結(jié)構(gòu)更完善本實(shí)用新型對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中的電子槍和電子收集裝置在結(jié)構(gòu)上均做了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得測(cè)試過(guò)程中電子的發(fā)射和收集更方便準(zhǔn)確。與傳統(tǒng)的電子槍相比，本實(shí)用新型所使用的電子槍增加了一次聚焦腔和二次聚焦腔，使得經(jīng)加速后的電子流能聚焦成極小的電子束徑，有利于一次電子的收集和減少一次電子發(fā)射能量的損失；本實(shí)用新型所使用的二次電子收集器以銅作為收集器內(nèi)壁材料，然后在內(nèi)壁覆蓋一層金膜，在金膜上附有一層碳，這樣的結(jié)構(gòu)更有利于防止從試樣材料表面激發(fā)出來(lái)的二次電子因?yàn)槟芰刻蠖趦?nèi)壁轟擊出三次電子，影響測(cè)量的精度；⑵測(cè)試過(guò)程更易于控制本實(shí)用新型中PLC為電氣控制系統(tǒng)核心部件，通過(guò)D/A 轉(zhuǎn)換模塊連接電源，實(shí)現(xiàn)發(fā)射電子的通斷控制，對(duì)從熱陰極發(fā)射出來(lái)的電子束加速，及對(duì)加速后的電子束進(jìn)行一次聚焦和二次聚焦，使得電子束通過(guò)整個(gè)電子槍后仍可保持極小的束徑，保證了電子收集的充分；PLC還直接控制機(jī)械系統(tǒng)中的真空泵，保證真空室內(nèi)的真空環(huán)境；除此之外，PLC還控制加熱模塊，使得在測(cè)量前，一次收集器內(nèi)的殘留靜電能徹底消散， 從而保證了整個(gè)測(cè)量精度；整個(gè)測(cè)試過(guò)程控制一體化，方便快捷；⑶測(cè)試過(guò)程更加智能化測(cè)試結(jié)果更直觀；本實(shí)用新型測(cè)試裝置中的分析檢測(cè)系統(tǒng)采用成熟的計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)進(jìn)行各種硬件和軟件模塊組態(tài)，及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及測(cè)試過(guò)程的實(shí)時(shí)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、管理智能化，提高了測(cè)試質(zhì)量與實(shí)驗(yàn)安全系數(shù)；工控機(jī)運(yùn)用組態(tài)王與PLC進(jìn)行通訊，系統(tǒng)人機(jī)界面清晰、美觀，測(cè)試結(jié)果以圖線顯示，更直觀。

[0024]圖1是本實(shí)用新型一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中所示電子槍的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置所測(cè)的聚酰亞胺薄膜實(shí)際二次電子發(fā)射系數(shù)與一次電子入射能量之間的關(guān)系曲線與理論曲線圖；圖4是傳統(tǒng)的二次電子發(fā)射系數(shù)測(cè)試裝置所測(cè)的聚酰亞胺薄膜實(shí)際二次電子發(fā)射系數(shù)與一次電子入射能量之間的關(guān)系曲線與理論曲線圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)用新型的一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置，包括機(jī)械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和分析檢測(cè)系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)在電氣控制系統(tǒng)控制下為測(cè)試過(guò)程提供真空環(huán)境，并產(chǎn)生和收集一次電子電流與二次電子電流，電流信號(hào)經(jīng)放大傳輸至分析檢測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)分析處理后在分析檢測(cè)系統(tǒng)中顯示出所求二次電子發(fā)射系數(shù)與電子槍出射電子能量之間的關(guān)系曲線。機(jī)械系統(tǒng)由真空室、真空泵、電子槍1、電子收集裝置和加熱裝置構(gòu)成；真空室是一個(gè)密封金屬箱體，為機(jī)械系統(tǒng)中其他部件提供良好的真空環(huán)境；空泵為立式無(wú)油真空機(jī)組，位于真空室外，用于調(diào)節(jié)真空室的真空環(huán)境。所述電氣控制系統(tǒng)包括可編程控制器(PLC)及其外擴(kuò)的D/A轉(zhuǎn)換模塊(采用 FX2N-4DA模塊)、燈絲電源、調(diào)制電源、加速電源、一次聚焦電源、二次聚焦電源及溫控電路。所述分析檢測(cè)系統(tǒng)包括工控機(jī)、D/A模塊、二路示波卡和觸摸控制屏。如圖2所示電子槍由絕緣筒12、熱陰極11、調(diào)制極13、加速極14、一次聚焦腔15 和二次聚焦腔16固定連接構(gòu)成；一次聚焦腔15包括均開(kāi)有小孔的一次前聚焦極17和一次后聚焦極18，對(duì)通過(guò)了加速極的電子束進(jìn)行初級(jí)聚焦，使絕大部分電子流可以從一次聚焦腔通過(guò)，一次前聚焦極和一次后聚焦極的小孔孔徑分別為4cm和3cm。二次聚焦腔16包括均開(kāi)有小孔的二次前聚焦極19、二次中聚焦極20和二次后聚焦極21，對(duì)通過(guò)加速極的電子束進(jìn)行第二次聚焦，使通過(guò)一次聚焦腔的電子束再次縮徑，達(dá)到所需求的束徑值并沿電子槍軸線射出。二次前聚焦極19、二次中聚焦極20和二次后聚焦極21的小孔孔徑分別為3 cm、2. 5cm、1. 5 cm0電子收集裝置包括一次電子收集器、二次電子收集器、一次前置放大器、二次前置放大器、靶臺(tái)4及與其固定連接的絕緣轉(zhuǎn)軸5，用于收集一次電子和二次電子并進(jìn)行信號(hào)放大，與所述分析檢測(cè)系統(tǒng)連接。電子槍與電子收集裝置通過(guò)絕緣塊2固定連接，絕緣塊2采用聚四氟乙烯。所述一次電子收集器為法拉第筒，法拉第筒由外筒6和內(nèi)筒9以及置于兩筒之間的絕緣板10構(gòu)成；所述二次電子收集器為半球狀金屬殼體3，半球狀金屬殼體置于絕緣轉(zhuǎn)軸2上方，殼體中心開(kāi)有孔徑為2mm的小孔，小孔軸線與法拉第筒軸線重合；金屬殼體以銅作為內(nèi)壁的材料，令收集器能夠充分收集二次電子，銅表面鍍有一層金膜，金膜上還鍍有一層碳，以防止從測(cè)試材料樣品表面激發(fā)出來(lái)的二次電子因?yàn)槟芰刻蠖诙坞娮邮占鲀?nèi)壁轟擊出三次電子；靶臺(tái)4上表面安裝有不銹鋼夾具，用于固定測(cè)試材料樣品，下表面與絕緣轉(zhuǎn)軸5固定連接。絕緣轉(zhuǎn)軸5置于法拉第筒上方，垂直于法拉第筒軸線并與所述軸線的偏距為1cm。加熱裝置位于法拉第筒的下方，包括加熱絲8和熱電偶7，均與電氣控制系統(tǒng)中的溫控電路相連，用于測(cè)試之前對(duì)法拉第筒進(jìn)行加熱，以去除殘余靜電。所述燈絲電源用于加熱電子槍熱陰極，使其發(fā)射電子；所述調(diào)制電源用于調(diào)節(jié)調(diào)制極的電位，以實(shí)現(xiàn)發(fā)射電子的通斷控制；所述加速電源用于加速?gòu)年帢O發(fā)射出來(lái)的電子束；一次聚焦電源及二次聚焦電源分別對(duì)加速后的電子束進(jìn)行一次聚焦和二次聚焦，使得電子束通過(guò)整個(gè)電子槍后仍可保持極小的束徑。所述工控機(jī)通過(guò)其RS-232串口與PLC連接，進(jìn)行指令傳輸；通過(guò)D/A模塊接收來(lái)自二路示波卡的電子信號(hào)并進(jìn)行分析處理；觸摸控制屏與安裝有組態(tài)王的工控機(jī)相連，用于顯示組態(tài)王控制界面，所述控制界面包括結(jié)果顯示窗口和相應(yīng)的控制按鈕。通過(guò)控制按鈕可智能化控制電源的啟閉及調(diào)制電源和加速電源的參數(shù)設(shè)定；結(jié)果顯示窗口顯示所測(cè)得的固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)與電子槍出射電子能量之間的關(guān)系曲線。PLC為電氣控制系統(tǒng)核心部件，通過(guò)FX2N-4DA連接燈絲電源、調(diào)制電源、加速電源、一次聚焦電源及二次聚焦電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中電子槍的控制。所述PLC還直接控制機(jī)械系統(tǒng)中的真空泵，保證真空室內(nèi)的真空度。所述PLC與溫控電路直接相連，控制加熱裝置；PLC與工控機(jī)相連，傳輸分析檢測(cè)系統(tǒng)的指令。本實(shí)用新型的一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)智能測(cè)試裝置的具體操作步驟如下步驟一將測(cè)試材料樣品聚銑亞銨薄膜放入丙酮溶液中，用超聲波清洗十分鐘，晾干。確認(rèn)裝置中各系統(tǒng)正確連接，開(kāi)啟工控機(jī)和觸摸控制屏電源，進(jìn)入軟件操作界面。打開(kāi)真空室箱體，將測(cè)試材料樣品安裝在靶臺(tái)的夾具上，關(guān)閉真空箱體。通過(guò)觸摸屏啟動(dòng)真空泵，將機(jī)械系統(tǒng)抽真空，直到真空度優(yōu)于5 X 10_4 Pa，停止真空泵。通過(guò)觸摸控制屏啟動(dòng)溫控電路，使加熱絲加熱法拉第筒，直到完全去除法拉第筒上的殘余靜電，關(guān)閉溫控電路。步驟二 通過(guò)觸摸控制屏設(shè)置燈絲電源電壓為6. 3V并啟動(dòng)，使電子槍熱陰極通電加熱后發(fā)射電子；設(shè)定調(diào)制電源電壓為40V，設(shè)定加速電源電壓為0，再分別設(shè)定一次聚焦電源電壓和二次聚焦電源電壓，使從熱陰極發(fā)射出來(lái)的電子處于正常發(fā)射狀態(tài)。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)絕緣轉(zhuǎn)軸，使靶臺(tái)避開(kāi)從電子槍發(fā)射出來(lái)的電子束，以令電子束能直接打到法拉第筒的內(nèi)筒中，收集到一次電子電流。以步長(zhǎng)IOV調(diào)節(jié)加速電壓從0逐漸增加到2kV，一次電 子電流經(jīng)一次前置放大器放大后進(jìn)入二路示波卡，在觸摸控制屏上結(jié)果顯示窗口生成一次電子電流與加速電源電壓之間的關(guān)系曲線。收集完全后，將調(diào)制電源電壓和加速電源電壓置為0V， 這時(shí)熱陰極電位高于調(diào)制極，使從熱陰極發(fā)射出來(lái)的電子回推，從而無(wú)法到達(dá)法拉第筒，至此完成一次電子電流的收集。步驟三轉(zhuǎn)動(dòng)絕緣轉(zhuǎn)軸，使靶臺(tái)上的測(cè)試材料樣品對(duì)準(zhǔn)電子槍出射方向，調(diào)整調(diào)制電源電壓為40V，使從熱陰極發(fā)射出來(lái)的電子再次處于正常發(fā)射狀態(tài)，以令電子束直接轟擊靶臺(tái)上的測(cè)試材料樣品，此時(shí)二次電子收集器便收集到從測(cè)試材料樣品激發(fā)出來(lái)的二次電子電流。由于打到測(cè)試樣品的一次電流在靶臺(tái)上流走并逐漸消散，所以不會(huì)影響到二次電子的收集。以步長(zhǎng)IOV調(diào)節(jié)加速電壓從O逐漸增加到2kV，二次電子電流經(jīng)二次前置放大器放大后進(jìn)入二路示波卡，在觸摸控制屏上結(jié)果顯示窗口生成二次電子電流與加速電源電壓之間的關(guān)系曲線。收集完全后，將調(diào)制電源電壓和加速電源電壓置為0V，這時(shí)熱陰極電位高于調(diào)制極，使從熱陰極發(fā)射出來(lái)的電子回推，從而無(wú)法到達(dá)法拉第筒，至此完成二次電子電流的收集。步驟四不同的加速電壓決定了從電子槍出射的電子能量，且存在相應(yīng)規(guī)律，經(jīng)軟件進(jìn)行分析處理后，通過(guò)觸摸控制屏操作進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)運(yùn)算，在結(jié)果顯示介面顯示出二次電子發(fā)射系數(shù)與電子 槍出射電子能量之間的關(guān)系曲線，并與理論曲線進(jìn)行比較。步驟五通過(guò)觸摸控制屏操作保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖線，關(guān)閉各系統(tǒng)中所有受控電源； 退出軟件操作界面，關(guān)閉工控機(jī)和觸摸屏，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。通過(guò)圖3和圖4可以看出圖3中的測(cè)量值和理論值相當(dāng)吻合，尤其體現(xiàn)在入射電子的低能區(qū)和高能區(qū)，幾乎與理論曲線重合，這表明了該測(cè)試裝置能較精確地反映了固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)和入射電子能量的關(guān)系。而對(duì)于圖4，傳統(tǒng)的測(cè)試裝置在入射能量增大時(shí)，反而與理論值偏離越大，證明了傳統(tǒng)測(cè)試裝置在入射能量較大時(shí)，發(fā)射過(guò)程中的一次電子耗損相當(dāng)嚴(yán)重，所以傳統(tǒng)的測(cè)量裝置只能適合于低能區(qū)的測(cè)試。最后需要說(shuō)明的是以上實(shí)施方式僅用以說(shuō)明而非限制本實(shí)用新型的技術(shù)方案， 盡管參照上述實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的任何修改及局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置，包括機(jī)械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和分析檢測(cè)系統(tǒng)；所述機(jī)械系統(tǒng)包括真空室、真空泵、電子槍、加熱裝置；所述電子槍包括依次連接的熱陰極、調(diào)制極和加速極；所述加熱裝置包括加熱絲和熱電偶；所述電氣控制系統(tǒng)包括電源、可編程控制器和溫控電路；所述電源包括燈絲電源、調(diào)制電源、加速電源；所述分析檢測(cè)系統(tǒng)包括工控機(jī)、數(shù)字量模擬量模塊、二路示波卡和觸摸控制屏；所述可編程控制器與真空泵連接，可編程控制器還與數(shù)字量模擬量模塊連接；其特征在于所述機(jī)械系統(tǒng)還包括電子收集裝置，所述電子收集裝置包括一次電子收集器、二次電子收集器、一次前置放大器、二次前置放大器、靶臺(tái)及絕緣轉(zhuǎn)軸；所述靶臺(tái)上表面安裝有不銹鋼夾具，下表面與絕緣轉(zhuǎn)軸固定連接；絕緣轉(zhuǎn)軸置于一次電子收集器上方，并垂直于一次電子收集器軸線； 二次電子收集器為開(kāi)有小孔的半球狀金屬殼體，小孔軸線與一次電子收集器軸線重合，所述半球狀金屬殼體置于絕緣轉(zhuǎn)軸上方；所述一次前置放大器和二次前置放大器分別與一次電子收集器和二次電子收集器連接后，再與二路示波卡、數(shù)字量模擬量模塊、工控機(jī)、觸摸控制屏依次連接；所述電子槍還包括與加速極依次連接的一次聚焦腔和二次聚焦腔；所述電源還包括一次聚焦電源和二次聚焦電源；所述電氣控制系統(tǒng)還包括數(shù)字量模擬量轉(zhuǎn)換模塊，可編程控制器與工控機(jī)相連接，并且還通過(guò)數(shù)字量模擬量轉(zhuǎn)換模塊連接燈絲電源、調(diào)制電源、加速電源、一次聚焦電源和二次聚焦電源，燈絲電源、調(diào)制電源、加速電源、一次聚焦電源和二次聚焦電源分別對(duì)電子槍的熱陰極、調(diào)制極、加速極、一次聚焦腔及二次聚焦腔連接；所述工控機(jī)通過(guò)組態(tài)王與可編程控制器進(jìn)行人機(jī)交互操作；所述加熱裝置位于一次電子收集器下方，并通過(guò)溫控電路與可編程控制器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有智能測(cè)控技術(shù)的固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)測(cè)試裝置， 其特征在于所述半球狀金屬殼體以銅作為內(nèi)壁材料，銅表面鍍有一層金膜，所述金膜上鍍有一層碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有智能測(cè)控技術(shù)的固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)測(cè)試裝置， 其特征在于所述半球狀金屬殼體小孔孔徑為1. 5mm 2. 5 mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有智能測(cè)控技術(shù)的固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)測(cè)試裝置， 其特征在于所述絕緣轉(zhuǎn)軸與一次電子收集器軸線的偏距為Icm 2 cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置，其特征在于所述一次聚焦腔包括依次連接的一次前聚焦極和一次后聚焦極；一次前聚焦極和一次后聚集極均開(kāi)有小孔，小孔軸線與電子槍電子入射方向重合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置，其特征在于所述一次前聚焦小孔孔徑為4 cm 5 cm，一次后聚焦極小孔孔徑為2 cm 3 cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置，其特征在于所述二次聚焦腔包括依次連接的二次前聚焦極、二次中聚焦極和二次后聚焦極；二次前聚焦極、二次中聚焦極、二次后聚焦極均開(kāi)有小孔，并且小孔軸線與電子槍電子入射方向重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置，其特征在于所述二次前聚焦極小孔孔徑為2. 5 cm 3. 5 cm、二次中聚焦極小孔孔徑為2 cm 3 cm、二次后聚焦極小孔孔徑為1. 5 cm 2. 5 cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置，其特征在于所述熱陰極包括燈絲及罩在燈絲外面的小金屬圓筒，所述小金屬圓筒外表面涂覆有一層六硼化鑭。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置，其特征在于所述一次電子收集器為法拉第筒，由外筒、內(nèi)筒以及置于外筒和內(nèi)筒之間的絕緣板構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型的一種固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的智能測(cè)試裝置，包括機(jī)械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和分析檢測(cè)系統(tǒng)；機(jī)械系統(tǒng)包括真空室、真空泵、電子槍、電子收集裝置和加熱裝置，以提供真空環(huán)境并且產(chǎn)生并收集二次電子；所述電氣控制系統(tǒng)包括電源、可編程控制器和溫控電路，可編程控制器通過(guò)數(shù)字量模擬量轉(zhuǎn)換模塊控制電源電壓大??；所述分析檢測(cè)系統(tǒng)包括工控機(jī)、數(shù)字量模擬量轉(zhuǎn)換模塊、二路示波卡和觸摸控制屏，工控機(jī)上安裝有組態(tài)王，用于存儲(chǔ)和分析處理探測(cè)到的電子信號(hào)，并顯示所測(cè)固體材料的二次電子發(fā)射系數(shù)與電子槍出射電子能量之間的關(guān)系曲線。本實(shí)用新型可以較好地滿足工業(yè)防靜電設(shè)計(jì)、工程選材及靜電預(yù)測(cè)對(duì)固體材料二次電子發(fā)射系數(shù)測(cè)量的需要。
文檔編號(hào)H01J49/08GK202066808SQ20112015806
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者吳金成, 常天海, 常建, 梁添, 馬威 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)