[實用新型]具有快速脈沖工作模式的小型非放射性電子源的控制電路

有效

• 申請號: 201720410378.8
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN207149522U
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 趙永建;張向平;盧世通
• 申請（專利權）人: 金華職業技術學院
• 主分類號: H01J19/82
• 分類號: H01J19/82
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及真空電子技術領域及高電壓電路領域，尤其是一種構造簡單有效的具有快速脈沖工作模式的小型非放射性電子源的控制電路。

背景技術

現有的非放射性電子源缺陷為，一是聚焦系統體積大，二是脈沖電子發射的方法，電子束流在兩個離子化脈沖之間是完全空白的，發射電流只在離子化脈沖的時間內測量。但是，在某些應用中如離子遷移譜儀，離子化時間可以短到1微秒，且電子電流小于1nA，為了直接測量這個電流脈沖，跨阻抗放大器需要超過1MHz的帶寬，噪聲電流在100pA以下。上述這樣的條件幾乎不可能實現，現有技術方案是使用一個相對較慢的電流放大器來測量一定時間內發射電流的平均值，通過已知的占空比，可以計算出實際發射過程中的發射電流。但是，在離子遷移譜中持續時間在10ms量級，平均發射電流會比實際的發射電流小10000倍，這導致了信噪比的下降，并需要一個較慢的控制系統，進一步導致了系統響應極其慢。所述具有快速脈沖工作模式的小型非放射性電子源的控制電路能解決這一問題。

實用新型內容

為了解決上述問題，本實用新型提供一種僅使用單個控制柵格的高度集成化的電子源，裝置主要是一個小型的真空玻璃管，以及其包含的饋電引線和金屬電極，構造簡單有效。

本實用新型所采用的技術方案是：

所述具有快速脈沖工作模式的小型非放射性電子源的控制電路主要包括加速電壓源、電流表、抽取電壓源、由燈絲控制器、電流感應器I、電壓感應器I組成的燈絲加熱電流源、燈絲、抽取柵格、氮化硅膜、真空玻璃管、由電壓輸入端口I、電壓輸入端口II、電壓源、光纖I、電壓放大器、電流感應器II、電壓感應器II組成的柵格電壓脈沖發生器、微處理器、COM模塊、計算機、由補償電壓、補償放大電路組成的脈沖補償放大器、由補償控制電路、電流放大器、積分電路組成的發射電流測量模塊、包括整流器I的高壓源、包括整流器II的隔離電源及光纖II，所述補償放大電路中包括一個差分放大電路，所述積分電路中包括一個十六位雙斜率數模轉換器，真空玻璃管的抽氣口是密封的，鎢材料的所述燈絲位于真空玻璃管內一端，通電加熱后產生熱電子，所述抽取柵格位于真空玻璃管內的所述燈絲前面、且能夠通過改變燈絲表面的場強來控制熱發射電子流，真空玻璃管另一端安裝有一個銅制成的加速電極且其中心具有一個直徑1毫米的孔，所述孔由一張250納米厚的所述氮化硅膜密封，電子源內部為真空環境、外部為大氣環境，動能大于7keV的電子可以穿過所述氮化硅膜，所述燈絲和抽取柵格相對于加速電極的電勢都為-10kV，由電勢差產生的電場使發射的電子加速到動能10keV，能夠穿過所述氮化硅膜進入大氣環境，所述真空玻璃管內具有吸氣劑以能保持真空環境。

所述控制電路中，所述燈絲加熱電流源的燈絲控制器、電流感應器I、電壓感應器 I分別均連接微處理器、且所述電壓感應器I連接所述燈絲，所述微處理器分別輸出參考電壓I、參考電壓II至所述柵格電壓脈沖發生器中的電壓輸入端口I和電壓輸入端口II，并輸入電壓放大器，所述電流感應器II、電壓感應器II分別均連接微處理器、且所述電壓感應器 II同時連接所述抽取柵格和所述脈沖補償放大器的補償放大電路，所述補償放大電路連接所述發射電流測量模塊、且所述脈沖補償放大器的補償電壓連接微處理器，所述發射電流測量模塊的補償控制電路、積分電路分別均連接微處理器、且所述積分電路連接光纖II，所述發射電流測量模塊輸入端依次連接高壓源、隔離電源，所述微處理器通過COM模塊連接計算機。

本實用新型產生脈沖方法是基于下述效應的考慮，即控制所述抽取柵格的電壓來實現，為了使所述電壓能夠實現很容易且快速的切換，是通過設計合適的電路來完成的，具體地，產生脈沖的方法是通過在兩個具有不同衰減因子的電壓之間切換，所述衰減因子即電子源的外部發射電子電流與內部發射電子電流之比，其中一個電壓使得部分聚焦電子到所述氮化硅膜上，另一個電壓完全使電子束散焦，沒有電子到達氮化硅膜，則外部發射電流就可以在開啟和關閉這兩個狀態進行切換，由于衰減因子對于某個特定的電壓是常數，可以由靜態的測量容易地獲得。

由于無論外部發射電流在開啟還是關閉狀態、還是在切換的過程中，內部發射電流保持不變，可以連續地對其進行測量，并可以通過調節燈絲電流對其進行控制；也正是因為本發明的電子源可以連續測量內部發射電流，與增加的內部發射電流結合，實現了離子遷移譜中信噪比的提高，因此，既能夠精確地控制外部發射電流，又能夠在非常短的時間內得到一個可重復的尾部發射電流，甚至在非常低的值。