用于电子注分析仪的电子枪热测系统及其监测校正方法

用于电子注分析仪的电子枪热测系统及其监测校正方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于电子注分析仪的电子枪热测系统及其监测校正方法。该电子枪热测系统包括：主真空腔体；电子枪，位于主真空腔体内，包括：沿主真空腔体轴向依次设置的阳极、栅极和阴极，其中，阳极固定于主真空腔体的前端，栅极呈圆环形；同心轴组件，其一端插入主真空腔体内，另一端延伸于主真空腔体外，包括：内外相套的阴极内同心轴和栅极外同心轴；光学监测系统，用于通过开设于主真空腔体上的透明观察窗与栅极支筒侧面的狭长通透孔来监测电子枪中阴极和栅极的位置；以及碰零电路，分别通过设置于主真空腔体上的馈电头与阳极和栅极相连接，用于校正阳极和栅极的相对位置。本发明可以减小电子枪热测工作的工作量，提高测量的准确度。
【专利说明】用于电子注分析仪的电子枪热测系统及其监测校正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及真空电子学领域，尤其涉及一种用于电子注分析仪的电子枪热测系统及其监测校正方法。
【背景技术】
[0002]电子光学动态热测系统是一种当电子枪阴极、栅极、阳极结构和相互轴向距离已确定后，测量电子枪电子光学性能的系统。但由于阴极温度要加热到工作温度而使电子枪各电极的支撑结构受到不同程度的热膨胀而改变了阴极、栅极、和阳极的极间距离。因此在热测装架前就要实测到阴极工作温度时各电极间距离的变化量，并在装架时给予修正。否则热测结果与实际电子光学设计结果相差极大无法给出正确的该电子枪电子光学的性能结果。因此现有方法是附加做一套密封玻璃罩、陶瓷杆、观测测量仪的检测系统，用于测量出各电极的热膨胀量及阴极正常工作时的阴极工作温度。
[0003]图1为现有技术中电子注分析仪测量阴极温度及电子枪各电极热膨胀的示意图。请参照图1，在该电子注分析仪中，将已按设计尺寸装架好的电子枪阳极以上部位在真空系统上换上一个大的密封玻璃罩，在阳极孔的中心及阳极孔外一定适当位置上开数个小的轴向通孔，如图1所示竖直插入直径1.5_左右细长陶瓷杆或石英杆，直至要测的阴极表面中心、栅极顶部或其他要测的电极某端部。
[0004]忽略插杆本身热膨胀量，通过纵向测距读数显微镜做一个阴极工作加热时各电极热膨胀量与时间关系的曲线。在冷却结构较合适的情况下，经过足够长的时间，当热膨胀量的增量随时间变化很小，可以忽略时，即达到基本平衡状态，此时在热测系统中各个电极的增量都达到二小时以上不超过0.0lmm左右。此时所需的时间通常有3-5小时，即为基本平衡态时间，此后记录的各个电极热膨胀总增量。作为新装架电子枪各电极间距的修正量加以校正。而要测量阴极温度时还要重新安装系统将各测量陶瓷杆去掉，加热阴极温度至工作温度，用光学高温测温仪直接通过玻璃罩顶部平面或如图1所示另设一个玻璃观察窗测量阳极孔内阴极中心面的温度。记录达到预定阴极工作温度后加热阴极的热子电流值为以后阴极工作电流值。通常测温实验放在测热膨胀之前，以便有较准确的达到基本平衡态后可开始热测工作的时间。
[0005]2012年，本申请的 申请人:提出了一种用于强流电子注分析仪的电子枪系统。图2A和图2B分别为现有技术用于强流电子注分析仪的电子枪系统及其同心轴组件的结构示意图。请参照图2A，该电子枪系统包括:主真空腔体301和位于该主真空腔体301内的电子枪。所述电子枪包括一个阳极7、一个阴极8和一个栅极9。所述主真空腔体301包括一个用于将所述阳极7引出所述主真空腔体301外的低压馈电头17。所述主真空腔体301横向水平安置，包括一个观察窗1，其用于观察和测量所述阴极8和栅极9的距离。所述阳极7通过一个阳极固定装置303固定于所述主真空腔体301的前端。
[0006]所述电子枪系统还包括一个同心轴组件302，其水平插入所述主真空腔体301，并且，其一端位于所述主真空腔体301内，另一端延伸于所述主真空腔体301外，包括:阴极内同心轴4和栅极外同心轴5，所述阴极内同心轴4和所述栅极外同心轴5内外相套。所述阴极内同心轴4位于主真空腔体301内的一端，用于固定所述阴极8 ;所述栅极外同心轴5位于主真空腔体301内的一端，用于固定所述栅极9。
[0007]电子枪系统还包括一个光学平台305，所述光学平台305位于所述主真空腔体301的外部，且位于所述同心轴组件302的下方，用于支撑和定位所述同心轴组件302。该光学平台305包括阴极光学平台13和栅极光学平台14，其分别用于支撑所述阴极内同心轴4及栅极外同心轴5，并使之分别能在轴向进行水平移动，并且，所述阴极光学平台13安装在所述栅极光学平台14之上。
[0008]对于上述的电子枪系统，虽然在热测过程中可以用伺服电机系统调节阴极、栅极相对阳极的极间距离的系统，但是测量、校正热膨胀和监测阴极温度还是沿用老的办法。即在真空系统前部装上密封玻璃罩的整个方法。
[0009]在实现本发明的过程中， 申请人:发现现有技术电子注分析仪存在如下技术缺陷:
[0010](I)由于测量光路上陶瓷杆的干扰，在测温度与测热膨胀实验时不能兼容，要更换真空系统中的细长陶瓷杆，系统要冷却，打开真空腔体而后又重新抽真空，重新加热阴极温度再次测量，并且还要多次重复实验，取得平均极间距离变化量，因此耗时长，耗费大量人力、物力，而对真正热测工作中热膨胀量也难以精确掌握。
[0011](2)电子注分析器中无法直接检测热测工作中发生的被测电子枪由于热膨胀产生的栅极与阳极距离及栅极与阴极距离的增量，只能附加一个玻璃罩、陶瓷杆结构在分析器的实验中模拟求出。由于有可以移动电极极间距电子枪热测系统中阴极栅极支持运动系统都很长，而结构复杂，直接从顶端测量阴极温度困难，用来测量热膨胀时达到基本平衡状态很长。甚至要十几个小时，才能达到“相对”平衡状态。相对平衡态热膨胀的增量，要每小时大于0.01mm。一次大实验如优化电子枪极间距结构实验长达5至6小时，每组实验也都在I至2小时，几组小组实验做下来，累计的电极热膨胀增量，使前后实际真空中电子枪极间距离的结构偏差已大大超出可容许的范围，实验精度无法保证。因此采用现有技术是难以保证实验的要求的。

【发明内容】

[0012](一)要解决的技术问题
[0013]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种用于电子注分析仪的电子枪热测系统及其监测校正方法，以减小电子枪热测工作的工作量，提高测量的准确度。
[0014](二)技术方案
[0015]根据本发明的一个方面，提供了一种用于电子注分析仪的电子枪热测系统。该电子枪热测系统包括:主真空腔体；电子枪，位于主真空腔体内，包括:沿主真空腔体轴向依次设置的阳极、栅极和阴极，其中，阳极固定于主真空腔体的前端，栅极呈圆环形；同心轴组件，其一端插入主真空腔体内，另一端延伸于主真空腔体外，包括:内外相套的阴极内同心轴和栅极外同心轴，阴极内同心轴位于主真空腔体内的一端,用于固定阴极；栅极外同心轴位于主真空腔体内的一端，用于固定用于支撑栅极的栅极支筒；光学平台，位于主真空腔体夕卜，用于支撑和驱动阴极内同心轴和栅极外同心轴；光学监测系统，用于通过开设于主真空腔体上的透明观察窗与栅极支筒侧面的狭长通透孔来监测电子枪中阴极和栅极的位置；以及碰零电路，分别通过设置于主真空腔体上的馈电头与真空腔体内的阳极和栅极相连接，用于校正阳极和栅极的相对位置。
[0016]根据本发明的另一个方面，还提供了一种对上述电子枪热测系统中电子枪阴极与栅极间距离、阳极与栅极间距离进行监测和校正的监测校正方法。该监测校正方法包括:步骤A，将阳极、栅极、阴极在电子枪热测系统上安装好，接着电子注分析仪排气到预设气压；步骤B，通过望远镜和CCD相机测量此时特征点或刻度到阴极端面的距离并定义为电子枪阴栅极极间距离Hra，其对应于栅极头到阴极端面距离的设计值hra;步骤C，驱动栅极伺服电机精确缓慢移动向阳极“撞”去，当栅极端部“撞”到阳极头底平面时，碰零电路中的电阻值由“无穷大”突变为“零”，记录下此时栅极伺服电机移动的距离定义为该电子枪热测系统栅阳极间距离Hm，其对应于阳极头到栅极头的距离的设计值heA ;步骤D，电子枪阴极激活分解至工作状况；以及步骤E，由CCD相机通过望远镜、前玻璃观察窗、栅极支撑筒开的狭长通透孔，观测到阴极端面和栅极狭长通透孔上的特征点，重新调节阴极伺服电机系统使栅极与阴极的距离调到栅极头到阴极端面距离的设计值hra ;再通过调节栅极伺服电机系统使栅极、阴极同步向阳极运动实现“碰零”操作并以此点调节栅极伺服电机系统向后退至栅阳极间距离的设计值heA。
[0017](三)有益效果
[0018]从上述技术方案可以看出，本发明用于电子注分析仪的电子枪热测系统及其监测校正方法具有以下有益效果:
[0019](1)免去以前的为专门测量电子枪电极热膨胀而做的前期专门检测热膨胀及阴极工作温度的玻璃罩、陶瓷杆系统及前期实验，节省了大量的时间、劳力、物力。
[0020](2)本发明直接在真空腔体上安装观察窗，栅极支撑件开观察孔，用读数显微镜直接测量系统中电子枪电极位置及阴极头温度。这种直观监测、校正电极极间距离的方法、监测阴极工作温度方法使可移动电子枪极间距的电子光学热测系统从难以保证实验的要求变成能在热测实验中较精准地实时监测并修正热膨胀带来的各电极距离的变化。保证实验的真实、可靠性。并且实时性强、直观性强。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1为现有技术中电子注分析仪测量阴极温度及电子枪各电极热膨胀的示意图；
[0022]图2A和图2B分别为现有技术用于强流电子注分析仪的电子枪热测系统及其同心轴组件的结构示意图；
[0023]图3A和图3B分别为根据本发明实施例用于电子注分析仪的电子枪热测系统的立体图和俯视图；
[0024]图4为图3A所示电子枪热测系统中主真空腔体内部分的剖视图；
[0025]图5为在图3A所示电子枪热测系统中由光学监测系统监测得到的阴极、栅极支筒及栅极支筒上特征点或刻度的示意图；
[0026]图6为根据本发明实施例电子注分析仪电极极间距离的支撑件热膨胀引起的电子枪阴极与栅极间距离、阳极与栅极间距离的变化进行实时监测校正方法的流程图。
[0027]【主要元件】
[0028]100-主真空腔体；[0029]101-透明观察窗；102-点弧灯；
[0030]103-第一多头低压馈电头；
[0031]200-电子枪；
[0032]201-阳极；202-栅极；
[0033]203-阴极；204-栅极支筒；
[0034]205-狭长通透孔；206-刻度或特征点；
[0035]300-同心轴组件；
[0036]301阴极内同心轴；302栅极外同心轴；
[0037]400-光学平台；
[0038]401-阴极伺服电机系统；402-栅极伺服电机系统；
[0039]500-光学监测系统；
[0040]501- 望远镜；502-CCD 相机；
[0041]504-仪器支撑平台；
[0042]600-碰零电路；
[0043]601-第二多头低压馈电头；602-第一段真空绝缘导线；
[0044]603-多头高压馈电头；604-第二段真空绝缘导线；
[0045]605-欧姆表。
【具体实施方式】
[0046]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0047]在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种具有电极极间距离校正功能的电子注分析仪。图3A和图3B分别为根据本发明实施例用于电子注分析仪的电子枪热测系统的立体图和俯视图。请参照图3A和图3B，本实施例电子注分析仪包括:
[0048]主真空腔体100 ；
[0049]电子枪200，位于该主真空腔体100内，包括:沿主真空腔体100轴向依次设置的阳极201、栅极202和阴极203，其中，阳极201固定于主真空腔体100的前端，栅极202呈圆环形；
[0050]同心轴组件300，其一端插入主真空腔体100内，另一端延伸于主真空腔体100外，包括:阴极内同心轴301和栅极外同心轴302，阴极内同心轴301和栅极外同心轴302内外相套。阴极内同心轴301位于主真空腔体100内的一端，用于固定阴极203 ;栅极外同心轴302位于主真空腔体301内的一端，用于固定栅极支筒204，该栅极支筒204与主真空腔体100同轴，其两侧同时开口，所述栅极202由该栅极支筒204支撑；
[0051]光学平台400，位于主真空腔体100外，用于驱动同心轴组件300的阴极内同心轴301和栅极外同心轴302 ；
[0052]光学监测系统500，用于通过开设于主真空腔体100上的透明观察窗与栅极支筒204上的狭长通透孔来监测电子枪中阴极和栅极的位置；
[0053]碰零电路600，分别通过设置于主真空腔体100上的馈电头与真空腔体内的阳极和栅极相连接，用于校正阳极和栅极的相对位置。
[0054]以下分别对本实施例电子注分析仪的各个组成部分进行详细说明。
[0055]主真空腔体100横向水平安置，在该主真空腔体的表面，设置若干个馈电头。通过这些馈电头，可以为主真空腔体内的部件提供能量，或者将相应元件的信号引出主真空腔体外。这些馈电头将在下文恰当位置进行详细说明。
[0056]同心轴组件300，包括:阴极内同心轴301和栅极外同心轴302，阴极内同心轴301和栅极外同心轴302内外相套。阴极内同心轴301位于主真空腔体100内的一端，用于固定阴极203 ;栅极外同心轴302位于主真空腔体301内的一端，用于固定栅极支筒204，该栅极支筒204与主真空腔体100同轴，其两侧同时开口，所述栅极202由该栅极支筒204支撑。
[0057]光学平台400位于主真空腔体100的外部，且位于同心轴组件300的下方，用于支撑和定位同心轴组件300。该光学平台400包括:阴极伺服电机系统401和栅极伺服电机系统402，分别用于支撑阴极内同心轴301及栅极外同心轴302，并使之分别能在轴向进行水平移动，并且，阴极伺服电机系统401安装在栅极伺服电机系统402之上。
[0058]需要说明的是，应用伺服电机系统只是本发明的一优选实施例而已，只要是能够实现对阴极内同心轴301和栅极外同心轴302的支撑与驱动的驱动装置，同样能够应用到本发明中，此处不再重述。
[0059]图4为图3A所示电子枪热测系统中主真空腔体内部分的剖视图。在图4中，同心轴组件300部分被省略。请参照图4，栅极202位于阳极201和阴极203的中间，呈圆环状，由一圆筒状的栅极支筒204进行支撑。
[0060]在栅极支筒204上，沿其轴向开设有长方形的狭长通透孔205。通常情况下，该狭长通透孔的宽度介于1.5mm至2.0mm之间、长度介于IOmm至15mm之间，视电子枪尺寸确定。该狭长通透孔205并不影响电子枪内电位分布。在狭长通透孔的上和/或下侧，标记有轴向刻度或特征点206。
[0061]在主真空腔体100与该狭长通透孔的对应位置开设透明观察窗101。该透明观察窗101由无色透明无畸变平板光学玻璃制成的。通过该透明观察窗101和栅极支筒204上狭长通透孔205的组合，应能够观察到在预设范围内移动的阴极端面以及狭长通透孔205上下侧所刻的刻度或特征点。
[0062]在主真空腔体100内、透明观察窗101的上方，设置点弧灯102。该点弧灯102照亮栅极支筒204上的狭长通透孔205、刻度或特征点206及狭长通透孔205内阴极203的端面。在主真空腔体100上具有第一多头低压馈电头103，点弧灯102通过两条真空绝缘供电线连接至该多级低压馈电头103上，由外界向其供电。
[0063]本实施例中，光学监测系统500包括:望远镜501，正对望远镜501设置的CXD相机502或光学测温仪以及支持仪器的测试平台504。
[0064]在需要观察电子枪栅极和阴极的位置和两者之间的距离时，光学监测系统为望远镜501和CXD相机502的组合。由CXD相机502和望远镜501，透过观察窗和栅极支筒204上的狭长通透孔205，可以清楚的观察阴极端面以及狭长通透孔205上下侧所刻的刻度或特征点，如图5所示。
[0065]在需要观察电子枪阴极温度时，光学监测系统为望远镜501和光学测温仪的组合。将光学测温仪通过望远镜501，透过观察窗和栅极支筒204上的狭长通透孔，对准阴极端面，即可以读取阴极的实际温度。
[0066]为了固定望远镜等元件的位置，光学监测系统500还带有一个一端固定在前观察窗下方主真空腔体支架上横向伸出主真空腔外的水平支撑板和一个固定在支撑板上的测试平台504。本领域技术人员可以根据需要合理设置水平支撑板和测试平台504的位置、形状和尺寸，此处不再详细描述。
[0067]请参照图4，碰零电路600包括:第二多头低压馈电头601，位于所述主真空腔体上，电子枪阳极201通过第一段真空绝缘导线602连接于第二多头低压馈电头601的位于主真空腔体内侧的一端；多头高压馈电头603，位于所述主真空腔体上，电子枪栅极202通过第二段真空绝缘导线604连接于多头高压馈电头603的位于主真空腔体内侧的一端；欧姆表605，其一端连接至第二多头低压馈电头601的位于主真空腔体外侧的一端，另一端连接至多头高压馈电头603的位于主真空腔体外侧的一端。
[0068]需要说明的是，在原有的电子注分析仪系统中，第二多头低压馈电头601、第一段真空绝缘导线602、多头高压馈电头603及第二真空绝缘导线604等部件均是已有的。本实施例电子注分析仪是利用这些已有的部件以及增加的欧姆表来实现碰零功能。当然，也可以利用新增的其他馈电头来实现碰零电路，并不限于高压馈电头或低压馈电头。
[0069]此外，阴极和阳极之间存在高压。因此，欧姆表是不固定接到系统上的，只有实施碰零功能时，要关闭高压电源才能接上使用，碰零完成后随即取下欧姆表，即碰零电路在通常情况下处于断开状态以避免危险。
[0070]至此，本实施例具有电极极间距离校正功能的电子注分析仪介绍完毕。
[0071]基于上述的电子注分析仪，本发明还提供了一种电极极间距离监测校正的方法。
[0072]在叙述监测校正方法之前先将方法中本实施方案中使用的碰零功能操作和监测阴极温度时更换测试平台上仪器的具体做法进行描述。
[0073]碰零电路是指:如图4所示，实际上包括栅极阳极间电阻真空外测试电路，此电路是置于真空腔体外测试电路，它和真空腔体内的原有的内电路组成完整的测量阳极与栅极头移动接触显示电阻为零的“碰零”电路。
[0074]所述“碰零”操做是指操作分析仪上已设有的栅极和阴极伺服电机系统402精确缓慢移动栅极与阴极“组件”结构向阳极“撞”去。当栅极端部“撞”到阳极头底平面时，“碰零”电路中的电阻值由“无穷大”突变为“零”，记录下的移动距离定义为此时该电子枪热测系统栅阳极间距离Hm，此值可换算出实际此状态下栅极与阳极的实际栅极、阳极间距。
[0075]在本实施例中测量阴极工作温度时，在测试平台504上使用光学测温仪，通常在阴极分解激活完毕确认阴极工作温度时以及实验结束或有必要时测阴极温度。而在其它时间都基本上换上望远镜501、CXD相机502用于监测栅极、阴极位置。
[0076]图6为根据本发明实施例电子注分析仪电极极间距离的支撑件热膨胀引起的电子枪阴极与栅极间距离、阳极与栅极间距离的变化进行实时监测校正方法的流程图。请参照图6，该监测校正方法包括:[0077]步骤A，系统装架并排气至lX10_6Pa:首先按理论或计算机结果的设计将阳极、栅极、阴极等在电子枪热测系统上安装好，阳极头到栅极头的距离的设计值为heA，栅极头到阴极端面距离的设计值为hra，接着电子注分析仪排气到IX 10_6Pa ；
[0078]步骤B，测量该电子枪在该电子枪热测系统定义的阴栅极间距离Ha，通过望远镜50KCCD相机502直接测量此时特征点或刻度206到阴极端面的距离并定义为该电子枪热测系统装架的原设计电子枪阴栅极极间距离Hce,它对应于设计值hra ；
[0079]步骤C，驱动栅极和阴极伺服电机系统401和402精确缓慢移动向阳极“撞”去，当栅极端部“撞”到阳极头底平面时，“碰零”电路中的电阻值由“无穷大”突变为“零”，记录下的移动距离定义为此时该电子枪热测系统栅阳极间距离Hm，通过碰零操作可以测量装架后电子枪阳极头底平面到栅极头的距离并定义为该电子枪热测系统装架的原设计电子枪栅阳极极间距离Ηω，它对应于设计值heA ；
[0080]步骤D，电子枪阴极激活分解至工作状况:阴极逐步加热分解激活至工作状态，最少要5?6小时,此后系统进入热状态；
[0081]步骤E，工作状态下直接监测热状态下Hra、Hga的变量并校正。直接在阴极正常工作状态下操作者直接通过CCD相机、望远镜、前玻璃观察窗、栅极支撑筒开的狭长通透孔，观测到阴极端面和栅极狭长通透孔上的特征点，重新调节阴极伺服电机系统402使栅极与阴极的距离调到原设计值。再通过调节栅极伺服电机401使栅极、阴极同步向阳极运动实现“碰零”操作并以此点计算调节栅阴伺服电机401向后退至设计的栅极与阳极距离。由于阳极是固定在主真空腔体前端的，它随主真空腔体热膨胀的距离很小，在数十小时工作时间内是可以忽略的。至此就完全消除前段时间由阴极激活加热至工作状态所带来的电子枪各电极间的热膨胀量。可以直接进行热测实验了。同时可从前观察窗看到阴极端面，从而也可以直接用光学高温测温仪测到实时的阴极工作温度；
[0082]步骤F，实验过程中实时监测下Hra、Hga变化量，按要求及时校正；
[0083]需要指出的是，可移动极间距电子枪的结构较长，达到热平衡状态是耗时很长，很难达到的。有必要在长达五、六小时至十数个小时的多组实验中要随时监测栅阳极间距与栅阴极间距，如果增量达到或超过0.02mm，就必须把它们用401、402调节，把这个增量消除。通常2小时修正一次是适宜的。可以做到每组重要数据完成后还可再进行一次电子枪各电极极间距的核对工作以确保实验数据真实可靠。
[0084]步骤G，整理数据给出试验电子枪系列结构新的热测设计值及对应测试结果。在完成电子枪系列电子光学性能的测试并认可后，首先要分别整理各试验数据的即时知；、Hga值，换算为新设计的hra、heA值，因此从具有可移动极间距电子枪结构的电子注分析器给出的新电子枪栅阳极间距与阴栅极间距以及所测试出的电子光学性能就是直接给出的新设计值。
[0085]至此，已经结合附图对本发明两实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明用于电子注分析仪的电子枪热测系统及其监测校正方法有了清楚的认识。
[0086]此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
[0087]综上所述，本发明具有电极极间距离校正功能的电子注分析仪及其校正方法可直接观测阴极温度、测量出冷态及实时热测状态下栅极与阳极间电极距离及阴极与栅极电极间距离，可测出电极间热膨胀量，可提供利用分析仪原阴极加热电源校正阴极温度，利用栅阴极移动伺服电机系统与阴极伺服电机系统实时修正热膨胀量，保证热测实验中阴极温度符合要求，电子枪各电极之间距离满足热测实验精度，并能直接给出优化设计的电子枪精确的各极间距离。
[0088]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于电子注分析仪的电子枪热测系统，其特征在于，包括: 主真空腔体； 电子枪，位于所述主真空腔体内，包括:沿主真空腔体轴向依次设置的阳极、栅极和阴极，其中，所述阳极固定于主真空腔体的前端，所述栅极呈圆环形； 同心轴组件,其一端插入所述主真空腔体内，另一端延伸于所述主真空腔体外,包括:内外相套的阴极内同心轴和栅极外同心轴，所述阴极内同心轴位于主真空腔体内的一端，用于固定所述阴极；所述栅极外同心轴位于主真空腔体内的一端，用于固定用于支撑栅极的栅极支筒； 光学平台，位于所述主真空腔体外，用于支撑和驱动所述阴极内同心轴和栅极外同心轴； 光学监测系统，用于通过开设于所述主真空腔体上的透明观察窗与所述栅极支筒侧面的狭长通透孔来监测电子枪中阴极和栅极的位置；以及 碰零电路，分别通过设置于所述主真空腔体上的馈电头与真空腔体内的阳极和栅极相连接，用于校正所述阳极和栅极的相对位置。
2.根据权利要求1所述的电子枪热测系统，其特征在于，所述狭长通透孔沿其轴向开设于所述栅极支筒上，在该狭长通透孔的上和/或下侧，标记有轴向刻度或特征点； 所述透明观察窗开设于所述主真空腔体上与所述狭长通透孔的对应位置，通过所述透明观察窗和狭长通透孔的组合，能够观察到在预设范围内移动的阴极端面以及狭长通透孔上和/或下侧所刻的刻度或特征点。
3.根据权利要求2所述的电子`枪热测系统，其特征在于，所述光学监测系统包括:望远镜，正对所述望远镜设置的CCD相机或光学测温仪；其中: 由所述望远镜和光学测温仪的组合，透过所述观察窗和狭长通透孔，对准阴极端面，读取阴极的温度； 由所述望远镜和CCD相机的组合，透过所述透明观察窗和狭长通透孔，观察在预设范围内移动的阴极端面以及狭长通透孔上和/或下侧所刻的刻度或特征点。
4.根据权利要求2所述的电子枪热测系统，其特征在于，所述狭长通透孔呈长方形，其宽度介于1.5mm至2.0mm之间，其长度介于IOmm至15mm之间。
5.根据权利要求2所述的电子枪热测系统，其特征在于，还包括: 点弧灯，设置于所述主真空腔体内、所述透明观察窗的上方，用于照亮所述栅极支筒上的所述狭长通透孔、刻度或特征点及阴极端面。
6.根据权利要求3所述的电子枪热测系统，其特征在于，所述碰零电路包括: 第二多头低压馈电头，位于所述主真空腔体上，所述电子枪阳极通过第一段真空绝缘导线连接于该第二馈电头的位于所述主真空腔体内侧的一端； 多头高压馈电头，位于所述主真空腔体上，所述电子枪栅极通过第二段真空绝缘导线连接于该多头高压馈电头的位于所述主真空腔体内侧的一端；以及 欧姆表，其一端连接至第二馈电头的位于所述主真空腔体外侧的一端，另一端连接至所述多头高压馈电头的位于所述主真空腔体外侧的一端。
7.根据权利要求6所述的电子枪热测系统，其特征在于，所述欧姆表在实施碰零功能时，关闭与多头高压馈电头相连接的用于产生阴极和阳极之间电压的高压电源的情况下接入碰零电路，在此状态以外的其他情况下碰零电路处于断开状态。
8.根据权利要求6所述的电子枪热测系统，其特征在于，所述光学平台包括:阴极伺服电机系统和栅极伺服电机系统，分别用于支撑所述阴极内同心轴及栅极外同心轴，并使之分别能在轴向进行水平移动，并且，所述阴极伺服电机系统安装在所述栅极伺服电机系统之上。
9.一种监测校正方法，其特征在于，用于对权利要求7所述电子枪热测系统中电子枪阴极与栅极间距离、阳极与栅极间距离进行监测和校正，包括: 步骤A，将所述阳极、栅极、阴极在电子枪热测系统上安装好，接着电子注分析仪排气到预设气压； 步骤B，通过所述望远镜和CCD相机测量此时特征点或刻度到阴极端面的距离并定义为电子枪热测系统阴栅极极间距离Hce,其对应于栅极头到阴极端面距离的设计值hra ； 步骤C，驱动所述栅极伺服电机精确缓慢移动向阳极“撞”去，当栅极端部“撞”到阳极头底平面时，所述碰零电路中的电阻值由“无穷大”突变为“零”，记录下此时栅极伺服电机移动的距离定义为该电子枪热测系统栅阳极间距离Hm，其对应于阳极头到栅极头的距离的设计值heA ； 步骤D，电子枪阴极激活分解至工作状况； 步骤E，由所述CCD相机通过望远镜、前玻璃观察窗、栅极支撑筒开的狭长通透孔，观测到阴极端面和栅极狭长通透孔上的特征点，重新调节所述阴极伺服电机系统使此时栅极与阴极的距离Ha调到对应栅极 头到阴极端面距离的设计值ha的原Ha值；再通过调节所述栅极伺服电机系统使栅极、阴极同步向阳极运动实现“碰零”操作并以此点调节栅极伺服电机系统向后退至所述对应栅阳极间距离的设计值heA的原Hm值。
10.根据权利要求9所述的监测校正方法，其特征在于，所述步骤E还包括: 由光学测温仪通过望远镜、前玻璃观察窗、栅极支撑筒开的狭长通透孔，观测电子枪阴极在工作状况的温度。
【文档编号】G01R31/00GK103760452SQ201410057251
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】阮存军, 李庆生, 李崇山, 龙志翘, 吴迅雷, 李彦峰 申请人:中国科学院电子学研究所