電子注軸向速度測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電子注軸向速度測量系統(tǒng)。該電子注軸向速度測量系統(tǒng)包括：容性探針裝置、收集極腔體結(jié)構(gòu)、電壓積分及傳輸電路、電壓測量裝置和電流測量裝置。容性探針裝置包括：主腔體結(jié)構(gòu)和電子注感應環(huán)。收集極腔體結(jié)構(gòu)，與主腔體結(jié)構(gòu)相連通，呈中間大、兩頭小的紡錘形。電壓積分及傳輸電路，其前端電性連接至電子注感應環(huán)，用于將電子注穿過容性探針時產(chǎn)生的感應電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號。電壓測量裝置，電性連接于電壓積分及傳輸電路的后端。電流測量裝置，電性連接至收集極腔體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以減小測量過程中雜散電子的影響，提高電子注軸向速度的測量精度。
【專利說明】電子注軸向速度測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及真空電子學【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種電子注軸向速度測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電真空器件是一類在真空或氣體介質(zhì)中，利用電子注與高頻電磁場相互作用而實現(xiàn)微波功率放大與轉(zhuǎn)換功能的有源電子器件。如今，電真空器件在雷達、電子對抗、制導和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。隨著電真空器件技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的電子注測量系統(tǒng)應運而生。電子注軸向速度是電子注的重要性質(zhì)。
[0003]圖1為現(xiàn)有技術(shù)電子注軸向速度測量系統(tǒng)中測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，容性探針的前端通過法蘭盤200與待測設備，如電子槍、速調(diào)管、回旋管等，相連接，其后端通過絕緣陶瓷301和連接管400與平面盲板法蘭連接。該容性探針包括:主腔體結(jié)構(gòu)110，其同時作為外電極；電子注感應環(huán)130，其作為內(nèi)電極。其中，該主腔體結(jié)構(gòu)110和電子注感應環(huán)130之間具有絕緣陶瓷筒120，兩者構(gòu)成了電容，電子注感應環(huán)130通過導線連接至主腔體結(jié)構(gòu)110外側(cè)。利用容性探針測量電子注的感應電壓V(t)，并在平面盲板法蘭上測量電子注電流I (t)，進而就可以由下式計算得到電子注的平均軸向速度V (t):
[0004]v(t)=k.I (t)/V(t)(I)
[0005]其中，該感應電壓V(t)為電子注通過真空腔體而在容性探針內(nèi)電極感應得到的；k是由容性探針的結(jié)構(gòu)及測量電路決定的一個常系數(shù)。
[0006]然而，在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中， 申請人:發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)電子注軸向速度測量系統(tǒng)存在如下技術(shù)缺陷:
[0007](I)電子注轟擊在平面盲板法蘭上產(chǎn)生大量二次電子，該二次電子使得電子注電流測量不準確，并且二次電子回轟在電容探針內(nèi)電極上會干擾電子注感應電壓的測量；
[0008](2)具有較大橫向速度的電子注通過電容探針時部分邊緣電子發(fā)散打在探針內(nèi)電極上，使得內(nèi)電極傳輸?shù)碾娮幼⒏袘妷哄e誤，甚至有破壞內(nèi)電極的風險；
[0009](3)由于電子注感應環(huán)及絕緣陶瓷具有一定厚度，因此在感應環(huán)前后邊緣處就有較大的非徑向電場，這就增加了電子注感應環(huán)上測量的電壓波形的畸變，使探測結(jié)果以及后續(xù)計算都帶來較大的誤差；
[0010](4)由于電子注感應環(huán)的引線是從后側(cè)邊緣單獨引出的，這加劇了電場畸變，同時弓丨線容易受到雜散電子的轟擊，降低了探針探測的準確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011](一)要解決的技術(shù)問題
[0012]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電子注軸向速度測量系統(tǒng)，以減小測量過程中雜散電子的影響，提高電子注軸向速度的測量精度。
[0013](二)技術(shù)方案
[0014]本發(fā)明電子注軸向速度測量系統(tǒng)包括:容性探針裝置100、收集極腔體結(jié)構(gòu)600、電壓積分及傳輸電路800、電壓測量裝置和電流測量裝置。容性探針裝置100包括:主腔體結(jié)構(gòu)110，呈筒狀；電子注感應環(huán)130，呈環(huán)狀，由金屬導電材料制備，隔著絕緣陶瓷筒120固定于主腔體結(jié)構(gòu)110的內(nèi)側(cè)。收集極腔體結(jié)構(gòu)600，與主腔體結(jié)構(gòu)110相連通，呈中間大、兩頭小的紡錘形。電壓積分及傳輸電路800，其前端電性連接至電子注感應環(huán)130，用于將電子注穿過容性探針時產(chǎn)生的感應電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號。電壓測量裝置，電性連接于電壓積分及傳輸電路800的后端。電流測量裝置，電性連接至收集極腔體結(jié)構(gòu)600。其中，電子注由主腔體結(jié)構(gòu)110的入口進入，經(jīng)由主腔體結(jié)構(gòu)110進入收集極腔體結(jié)構(gòu)600內(nèi)，由該收集極腔體600進行吸收，由電壓測量裝置和電流測量裝置分別得到電子注感應電壓V(t)及電子注電流I (t)。
[0015](三)有益效果
[0016]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明電子注軸向速度測量系統(tǒng)具有以下有益效果:
[0017](I)在主腔體結(jié)構(gòu)前端和后端分別設置電子吸收環(huán)，濾去電子注邊緣發(fā)散角過大的電子，起到電子注整形的作用，防止雜散電子直接轟擊到容性探針結(jié)構(gòu)；
[0018](2)收集極腔體結(jié)構(gòu)設置為中間粗兩頭細的形狀，可以有效防止電子注轟擊時二次電子逸出，再輔以內(nèi)壁打毛工藝和鍍低二次電子發(fā)射系數(shù)的涂層，使收集極處產(chǎn)生的二次電子減到最?。?br> [0019](3)利用可調(diào)電壓直流穩(wěn)壓電路在收集極與后法蘭盤上加一個適當?shù)呢撾妷阂宰柚共扇∩鲜龃胧┖笕晕⒘慨a(chǎn)生的雜散電子返回容性探針結(jié)構(gòu)區(qū)域，使雜散電子被收集極或后電子吸收環(huán)吸收；
[0020](4)在電子注感應環(huán) 的兩側(cè)增加了與其絕緣的金屬材料的電場改善環(huán)，從而大大減少了電子注感應環(huán)兩側(cè)邊緣電場畸變，使電場更均勻；
[0021](5)真空絕緣饋電頭從真空腔體外壁和絕緣陶瓷筒中穿過，并釬焊在電子注感應環(huán)外側(cè)中部，從而不會影響到電子感應環(huán)內(nèi)表面的電場分布，同時避免了引線受到真空腔體內(nèi)雜散電子的轟擊；
[0022](6)在探針轉(zhuǎn)接頭中，真空絕緣饋電頭的外圍具有外電磁屏蔽罩，同時，真空絕緣饋電頭外接同軸屏蔽插頭，使探針轉(zhuǎn)接頭有良好的抗空間電磁波干擾能力，保證探針探測的感應電壓的準確性及傳輸過程良好抗干擾性，使測量精度大大提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為現(xiàn)有技術(shù)電子注軸向速度測量系統(tǒng)中測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例電子注軸向速度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為圖2所示電子注軸向速度測量系統(tǒng)中電壓積分及傳輸電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]【主要元件】
[0027]100-容性探針裝置；
[0028]110-主腔體結(jié)構(gòu)；120-絕緣陶瓷筒；
[0029]130-電子注感應環(huán)；141-前電場改善環(huán)；
[0030]142-后電場改善環(huán)；150-引線轉(zhuǎn)接組件；
[0031]151-真空絕緣饋電頭；152-外電磁屏蔽罩；
[0032]153-同軸屏蔽插頭；101-主真空腔體本體；[0033]102-前電子吸收環(huán)；103-后電子吸收環(huán)；
[0034]201-前法蘭盤；202-后法蘭盤；
[0035]301-主真空腔體絕緣陶瓷；302-收集極絕緣陶瓷；
[0036]400-連接管；
[0037]600-收集極腔體結(jié)構(gòu)；
[0038]610-錐形開口前端；620-圓筒主體；
[0039]630-錐形后端；
[0040]700-收集極偏壓結(jié)構(gòu)；
[0041]701、702_ 導線；703-直流電源；
[0042]800-電壓積分及傳輸電路。
【具體實施方式】
[0043]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應了解，參數(shù)無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內(nèi)近似于相應的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0044]本發(fā)明電子注軸向速度測量系統(tǒng)中，采用各種措施消除二次電子從收集極逸出引起的容性探針測量信號失真，防止雜散電子及散焦電子打到容性探針結(jié)構(gòu)上，同時采取各種措施降低電子注感應環(huán)的電場畸變，保證電子注軸向速度測量的準確性。
[0045]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種電子注軸向速度測量系統(tǒng)。圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例電子注軸向速度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該電子注軸向速度測量系統(tǒng)包括:
[0046]容性探針裝置100，包括:
[0047]主腔體結(jié)構(gòu)110，呈筒狀，其同時作為外電極；
[0048]絕緣陶瓷筒120，呈環(huán)狀，固定于主腔體結(jié)構(gòu)110的內(nèi)側(cè)；
[0049]電子注感應環(huán)130，呈環(huán)狀，由金屬導電材料制備，固定于絕緣陶瓷筒120內(nèi)側(cè)的中部;
[0050]收集極腔體結(jié)構(gòu)600，與主腔體結(jié)構(gòu)110相連通，呈中間大、兩頭小的紡錘形，用于收集入射的電子；
[0051]電壓積分及傳輸電路800，其前端電性連接至電子注感應環(huán)130，用于將電子注穿過容性探針在內(nèi)電極產(chǎn)生的感應電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號；
[0052]電壓測量裝置，電性連接于電壓積分及傳輸電路800的后端；
[0053]電流測量裝置，電性連接至收集極腔體結(jié)構(gòu)600的錐形后端；
[0054]其中，電子注由主腔體結(jié)構(gòu)110的入口進入，經(jīng)由主腔體結(jié)構(gòu)110進入紡錘形的收集極腔體結(jié)構(gòu)600內(nèi)，由該收集極腔體600進行吸收，由電壓測量裝置和電流測量裝置分別得到電子注感應電壓V (t)及電子注電流I (t)。[0055]以下分別對本實施例電子注軸向速度測量系統(tǒng)的各個組成部分進行詳細說明。
[0056]請參照圖2，主腔體結(jié)構(gòu)110呈圓筒狀，其前端與前法蘭盤201釬焊密封，進而連接至待測電子注源，如電子槍、速調(diào)管、回旋管等，后端通過主真空腔體絕緣陶瓷301、連接環(huán)400、后法蘭盤202和收集極絕緣陶瓷302連接至收集極腔體結(jié)構(gòu)600。此外，該主腔體結(jié)構(gòu)110由無磁不銹鋼材料制備，其連接地電位。
[0057]主腔體結(jié)構(gòu)110、前法蘭盤201、后法蘭盤202和連接管400均由無磁不銹鋼材料制備。主真空腔體絕緣陶瓷301、收集極絕緣陶瓷302用真空密封性能良好的氧化鋁陶瓷材料制備。
[0058]在主腔體結(jié)構(gòu)110的內(nèi)側(cè)，固定有絕緣陶瓷筒120。該絕緣陶瓷筒120的尺寸由主腔體結(jié)構(gòu)110的內(nèi)徑和電子注感應環(huán)130的外徑所決定，其同樣由真空密封性能良好的氧化鋁陶瓷制成。在該絕緣陶瓷筒120的內(nèi)側(cè)，加工有三個槽狀結(jié)構(gòu)。
[0059]需要說明的是，該絕緣陶瓷筒120可以是一體成型制備，也可以是由各個部分分別成型后組裝而成，本發(fā)明并不對此進行限制。
[0060]在絕緣陶瓷筒120內(nèi)側(cè)的三個槽狀結(jié)構(gòu)中，分別釬焊固定有前電場改善環(huán)141、電子注感應環(huán)130和后電場改善環(huán)142。其中，電子注感應環(huán)130由無氧銅材料制成，其環(huán)壁厚度很薄且十分均勻，內(nèi)壁經(jīng)過拋光處理，光潔度很高。電子注感應環(huán)130和主腔體結(jié)構(gòu)分別作為本實施例容性探針裝置的內(nèi)電極和外電極。 [0061]本實施例中，前電場改善環(huán)141和后電場改善環(huán)142均由無氧銅材料制備，呈圓環(huán)形，其內(nèi)徑與電子注感應環(huán)130的內(nèi)徑相同。并且，該前電場改善環(huán)141和后電場改善環(huán)142與電子注感應環(huán)130電絕緣，并且均連接至主腔體結(jié)構(gòu)110上，與其等電位。并且，兩電場改善環(huán)與電子注感應環(huán)之間的軸向距離L滿足:0.2mm ^ L ^ 2mm。優(yōu)選地，L=0.5mm。
[0062]在現(xiàn)有技術(shù)的容性探針結(jié)構(gòu)中，電子注感應環(huán)在中間位置其電場是比較理想的電場，而在其邊緣處，就會產(chǎn)生軸向的電場。而在本實施例中，由于在電子注感應環(huán)130的上方和下方增加了前電場改善環(huán)141和后電場改善環(huán)142，這兩個電場改善環(huán)，改變在電子注感應環(huán)130邊緣處的電場分布，減小了邊緣處的非徑向電場，從而大大減少了兩側(cè)邊緣電場畸變，使電子注感應環(huán)130的電場更均勻。
[0063]為了將電子注感應環(huán)130感應的信號引出主腔體結(jié)構(gòu)110之外，本實施例容性探針裝置還包括引線轉(zhuǎn)接組件150。請參照圖2,該探針轉(zhuǎn)接頭150包括:真空絕緣饋電頭151，安裝于主腔體結(jié)構(gòu)110上，其內(nèi)導體穿過主腔體結(jié)構(gòu)110和絕緣陶瓷筒120，釬焊于電子注感應環(huán)130中部的外側(cè)；外電磁屏蔽罩152，固定于主腔體結(jié)構(gòu)110上，形成真空絕緣饋電頭151伸出主腔體結(jié)構(gòu)外部分的屏蔽外圍，并與地良好接觸，該真空絕緣饋電頭151和外電磁屏蔽罩152組成一類似于BNC接頭的結(jié)構(gòu)；同軸屏蔽插頭153，其內(nèi)導線連接于真空絕緣饋電頭的內(nèi)導體，其屏蔽層與地良好接觸，用于將電子注感應環(huán)130得到的感應信號引至外界的測試設備。
[0064]在現(xiàn)有技術(shù)的容性探針裝置中，通過主腔體結(jié)構(gòu)110內(nèi)側(cè)裸露的導線將電子注感應環(huán)130的信號引出，這樣，導線的存在加重了電子注感應環(huán)電場的畸變，并且該導線傳輸?shù)男盘柕臏蚀_性也不能得到保障。而在本實施例中，真空絕緣饋電頭151的內(nèi)導體釬焊于電子注感應環(huán)130外側(cè)的中部，既不會影響電子注感應環(huán)電場分布，也不會受到真空腔體內(nèi)雜散電子的轟擊，這樣大大提高無氧銅感應環(huán)探測電子注的感應電壓波形的準確度。[0065]此外，本實施例中，在真空絕緣饋電頭151伸出主腔體結(jié)構(gòu)110的部分設置外電磁屏蔽罩152,同時米用同軸屏蔽插頭153傳輸信號,外電磁屏蔽罩152、同軸屏蔽插頭153的屏蔽層良好接觸至地，從而最大限度了避免了由電子注感應環(huán)信號受到外界電磁波的干擾，具有良好的抗空間電磁波干擾能力，保證探針探測的感應電壓的準確性，使電子注軸向速度測量系統(tǒng)的探測精度大大提高。
[0066]圖3為圖2所示電子注軸向速度測量系統(tǒng)中電壓積分及傳輸電路的結(jié)構(gòu)示意圖。請參照圖3，該電壓積分及傳輸電路800包括:
[0067]第一電容Cl，其第一端連接至同軸屏蔽插頭153的內(nèi)導線，其第二端接地；
[0068]第一電阻R1，其第一端連接至同軸屏蔽插頭153的內(nèi)導線，其第二端連接至同軸屏蔽線的內(nèi)導線的第一端；
[0069]第二電阻R2，其第一端連接至同軸屏蔽線的內(nèi)導線的第二端，其第二端接地，該第二電阻R2的電阻值與該同軸屏蔽線的特征阻抗相匹配；
[0070]其中，電壓測量裝置，即電壓表連接至第二電阻R2的兩端，第一電阻Rl和第一電容Cl的乘積至少要10倍于被測電子注的脈沖時間。
[0071]在主腔體結(jié)構(gòu)110的前端，設置有前電子吸收環(huán)102。該前電子吸收環(huán)102的內(nèi)徑r!小于主腔體結(jié)構(gòu)110通過電子束最窄處的內(nèi)徑R，一般情況下滿足1/4R ^ T1 ^ 1/2R，其材料為電子吸收性能較 好的材料，例如石墨或TiN等。當電子注射入時，僅有入射方向靠近主腔體結(jié)構(gòu)中心軸線的電子可以通過。而偏離主腔體結(jié)構(gòu)中心軸線的電子會被該前電子吸收環(huán)所阻擋。
[0072]在主腔體結(jié)構(gòu)110的后端，設置具有廣口錐形開口的后電子吸收環(huán)103，其中，該廣口錐形開口的尖端方向朝向主腔體結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)，其最窄處的半徑r2小于主腔體結(jié)構(gòu)110的內(nèi)徑R，一般情況下滿足1/3RS r2 ( 2/3R，其材料為電子吸收性能較好的材料，例如石墨或TiN等。該后電子吸收環(huán)能夠阻擋由收集極腔體結(jié)構(gòu)反射而來的雜散電子，并將其吸收或重新反射回收集極腔體內(nèi)，從而不會對主腔體結(jié)構(gòu)中的測量產(chǎn)生不利影響。
[0073]請繼續(xù)參照圖2，收集極腔體結(jié)構(gòu)600通過收集極絕緣陶瓷302、后法蘭盤202和連接環(huán)400及主真空腔體絕緣陶瓷301與主腔體結(jié)構(gòu)110相連接，并與主腔體結(jié)構(gòu)110同軸。其中，收集極腔體結(jié)構(gòu)600由無氧銅材料制備，連接環(huán)400由無磁不銹鋼材料制備。
[0074]該收集極腔體結(jié)構(gòu)600包括:錐形開口前端610、圓筒主體620和錐形后端630，其整體上呈中間粗兩頭細(或尖)的紡錘形。其中，錐形開口前端610、圓筒主體620和錐形后端630的內(nèi)壁都經(jīng)過打毛工藝，并鍍有低二次電子發(fā)射系數(shù)的TiN涂層。
[0075]本領(lǐng)域技術(shù)人員應當清楚，除了 TiN涂層之外，收集極腔體結(jié)構(gòu)600的內(nèi)壁還可以鍍或涂覆碳涂層等低二次電子發(fā)射系數(shù)的涂層，此處，低二次電子發(fā)射系數(shù)是指二次電子發(fā)射系數(shù)小于收集極腔體結(jié)構(gòu)600材料的二次電子發(fā)射系數(shù)至少50%。
[0076]本實施例中，通過將收集極設置為中間粗兩頭細的紡錘形，可以有效防止電子注轟擊時二次電子逸出，再輔以內(nèi)壁打毛工藝和鍍低二次電子發(fā)射的涂層，使收集極處產(chǎn)生的二次電子減到最小。
[0077]本實施例中，收集極腔體結(jié)構(gòu)600由無氧銅材料制備，后法蘭盤202和連接環(huán)400由無磁不銹鋼材料制備。該收集極腔體結(jié)構(gòu)600與后法蘭盤202之間通過絕緣陶瓷302密封并電絕緣。[0078]本實施例中，電子注軸向速度測量系統(tǒng)還包括:收集極偏壓電路700，設置于收集極腔體結(jié)構(gòu)600和后法蘭盤202之間，使收集極腔體結(jié)構(gòu)600的電壓高于后法蘭盤202的電壓。
[0079]其中，該收集極偏壓電路700包括:可調(diào)直流電源703，其正極通過導線701連接至收集極腔體結(jié)構(gòu)600，其負極通過導線702連接至后法蘭盤202。其中，該可調(diào)直流穩(wěn)壓電源可調(diào)電壓的幅度介于OV至1000V之間，視所測電子注峰值電壓來調(diào)節(jié)。
[0080]本領(lǐng)域技術(shù)人員應當清楚，除了可調(diào)直流電源之外，偏壓電路中的電源也可以為能夠輸出固定偏壓的直流電源，一般情況下，該固定偏壓約為50V?200V之間。
[0081]本實施例中，電壓測量裝置和電流測量裝置均為電學領(lǐng)域常用的部件，此處不再詳細說明。
[0082]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實施例進行了詳細描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當對本發(fā)明電子注軸向速度測量系統(tǒng)有了清楚的認識。
[0083]此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進行簡單地更改或替換，例如:
[0084](I)主腔體結(jié)構(gòu)110、收集極腔體結(jié)構(gòu)600、電子注感應環(huán)130、前電場改善環(huán)141、后電場改善環(huán)142還可以用其他金屬材料制備，并不限于上述實施例中提及的無氧銅或無磁不銹鋼；
[0085](2)前電子吸收環(huán)102和后電子吸收環(huán)103還可以用其他電子吸收性能較好的材料制備，并不限于上述實施例中提及的C或TiN。
[0086]綜上所述，本發(fā)明提供一種具有雜散電子抑制功能的電子注軸向速度測量系統(tǒng)。該電子注軸向速度測量系統(tǒng)中，將收集極腔體設置為中間粗兩頭細的紡錘形，并通過主腔體結(jié)構(gòu)110前后兩個電子吸收環(huán)濾除雜散電子，在收集極腔體內(nèi)測打毛并鍍低二次電子發(fā)射系數(shù)的涂層，從而最大限度的降低了雜散電子對電子束軸向速度測量的影響，保護了容性探針結(jié)構(gòu)。
[0087]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 容性探針裝置(100)，包括: 主腔體結(jié)構(gòu)(110);以及 電子注感應環(huán)(130)，由金屬導電材料制備，隔著絕緣陶瓷筒(120)固定于主腔體結(jié)構(gòu)(110)的內(nèi)側(cè)； 收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)，與所述主腔體結(jié)構(gòu)(110)相連通，呈中間大、兩頭小的紡錘形； 電壓積分及傳輸電路(800)，其前端電性連接至所述電子注感應環(huán)(130)，用于將電子注穿過容性探針時產(chǎn)生的感應電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號； 電壓測量裝置，電性連接于所述電壓積分及傳輸電路(800)的后端； 以及 電流測量裝置，電性連接至所述收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)； 其中，電子注由所述主腔體結(jié)構(gòu)(110)的入口進入，經(jīng)由所述主腔體結(jié)構(gòu)(110)進入所述收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)內(nèi)，由該收集極腔體(600)進行吸收，由電壓測量裝置和電流測量裝置分別得到電子注感應電壓V (t)及電子注電流I⑴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)的內(nèi)壁經(jīng)過打毛工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)的內(nèi)壁具有低二次電子發(fā)射系數(shù)的涂層； 該低二次電子發(fā)射系數(shù)指二次電子發(fā)射系數(shù)小于所述收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)材料的二次電子發(fā)射系數(shù)至少50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)的內(nèi)壁鍍或涂覆C涂層或TiN涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 前電子吸收環(huán)(102)，設置于所述主腔體結(jié)構(gòu)(110)的前端，其內(nèi)徑1^滿足:1/4R ^ T1 ( 1/2R，其中，R為所述主腔體結(jié)構(gòu)(110)的內(nèi)徑； 后電子吸收環(huán)(103)，設置于所述主腔體結(jié)構(gòu)(110)的后端，用于阻擋由所述收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)反射回所述主腔體結(jié)構(gòu)(110)的電子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述后電子吸收環(huán)(103)具有廣口錐形開口，該廣口錐形開口的尖端方向朝向所述主腔體結(jié)構(gòu)(110)的內(nèi)側(cè)，其最窄處的半徑1"2滿足:
1/3R ^ r2 ^ 2/3R。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述前電子吸收環(huán)(102)和后電子吸收環(huán)(103)的材料為石墨或TiN。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述主腔體結(jié)構(gòu)(110)的后端通過后法蘭盤(202)連接至所述收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)，所述后法蘭盤(202)和所述收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)之間具有絕緣陶瓷件(302);所述電子注軸向速度測量系統(tǒng)還包括: 偏壓電路(700)，電性連接于所述收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)和后法蘭盤(202)之間，使所述后法蘭盤(202)的電壓低于所述收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)的電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述電子注感應環(huán)(130)隔著絕緣陶瓷筒(120)固定于所述主腔體結(jié)構(gòu)(110)的內(nèi)側(cè)的中部；所述容性探針裝置(100)還包括: 前電場改善環(huán)(141)和后電場改善環(huán)(142)，分別隔著絕緣陶瓷筒(120)固定于所述主腔體結(jié)構(gòu)(110)的內(nèi)側(cè)的上部和下部，由金屬導電材料制備，該兩電場改善環(huán)與所述電子注感應環(huán)(130)絕緣，與所述真空腔體結(jié)構(gòu)(110)等電位。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述電場改善環(huán)與所述電子注感應環(huán)之間的軸向距離L滿足:0.2mm≤L≤2mm，該兩電場改善環(huán)與所述電子注感應環(huán)(130)的內(nèi)徑相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，在所述絕緣陶瓷筒(120)的內(nèi)側(cè)具有三個槽狀結(jié)構(gòu)，所述前電場改善環(huán)(141)、電子注感應環(huán)(130)和后電場改善環(huán)(142)分別釬焊于該三個槽狀結(jié)構(gòu)內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述容性探針裝置(100)還包括: 引線轉(zhuǎn)接組件(150)，其前端連接至所述電子注感應環(huán)(130)，其后端連接至所述電壓積分及傳輸電路(800)的前端，用于將由所述電子注感應環(huán)(130)的感應信號引出所述真空腔體結(jié)構(gòu)(110)外。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述引線轉(zhuǎn)接組件(150)包括: 真空絕緣饋電頭(151)，安裝于所述真空腔體結(jié)構(gòu)(110)上，其內(nèi)導體穿過所述真空腔體結(jié)構(gòu)(110)和絕緣陶瓷筒(120)，釬焊于所述電子注感應環(huán)(130)中部的外側(cè)；以及 外電磁屏蔽罩(152)，固定于所述真空腔體結(jié)構(gòu)(110)上并與地良好接觸，屏蔽于真空絕緣饋電頭(151)伸出所述真空腔體結(jié)構(gòu)(110)部分的外圍； 同軸屏蔽插頭(153)，其內(nèi)導線的前端連接于所述真空絕緣饋電頭(151)的內(nèi)導體，其內(nèi)導線的后端連接至所述電壓積分及傳輸電路(800)的前端，其屏蔽層與地良好接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，電壓積分及傳輸電路(800)包括: 第一電容(Cl)，其第一端連接至同軸屏蔽插頭(153)的內(nèi)導線，其第二端接地； 第一電阻(Rl)，其第一端連接至同軸屏蔽插頭(153)的內(nèi)導線，其第二端連接至同軸屏蔽線的內(nèi)導線的第一端； 第二電阻(R2)，其第一端連接至同軸屏蔽線的內(nèi)導線的第二端，其第二端接地，該第二電阻(R2)的電阻值與該同軸屏蔽線的特征阻抗匹配； 其中，電壓測量裝置連接至第二電阻(R2)的兩端，第一電阻(Rl)和第一電容(Cl)的乘積至少要10倍于被測電子注的脈沖時間。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的電子注軸向速度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述主腔體結(jié)構(gòu)(110)由無磁不銹鋼材料制備，所述絕緣陶瓷筒(120)由氧化鋁陶瓷材料制備，所述收集極腔體結(jié)構(gòu)(600)由無氧銅材料制備。
【文檔編號】H01J37/244GK103794449SQ201410080679
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】阮存軍, 李慶生, 李崇山, 姜波, 李彥峰 申請人:中國科學院電子學研究所