本发明专利技术提供一种螺旋线行波管慢波结构工作温度测量方法以及对应的工作温度测量装置。该装置包括行波管、光纤、解调仪以及数据处理装置。其中，光纤上刻写有至少一处FBG光栅，光纤通过所述解调仪连接所述数据处理装置。本发明专利技术创新之处在于，本发明专利技术中光纤伸入行波管的管壳内，固定于管壳内的夹持杆的侧面台阶之上。光纤的引出部位镀有金属涂覆层，保证光纤的机械强度，并保证行波管密闭性。本发明专利技术所提供的测量装置能够在行波管工作状态下，测量行波管内部若干点的工作温度。且本发明专利技术所提供的测量装置对行波管内电磁场分布影响小，对行波管工作性能影响小。
【技术实现步骤摘要】
一种螺旋线行波管慢波结构工作温度测量方法及装置
本专利技术属于真空电子学领域，尤其涉及一种新型螺旋线行波管慢波结构，提供了一种螺旋线行波管管内温度的分布式测试方法及装置。
技术介绍
螺旋线行波管作为一种高频信号放大器，具有宽频带、高功率等优势，是雷达、通信、电子对抗系统中的核心器件。温度是影响行波管的可靠性、稳定性的重要因素之一。管内温度较高时，慢波结构会发生热形变，其高频特性会发生变化，影响行波管工作特性。实验证明，输出端螺旋线过热会引起行波管输出功率下降。当管内温度过高时，管内会释放出大量气体，造成行波管失效。研究行波管工作时的温度分布情况对于完善行波管的设计，提高各组件的性能参数很有参考意义。国外的行波管热分析工作始于六十年代末，包括理论分析和数值仿真。进行理论分析时，一般是采用一种近似的方法，进行简化分析，结合一定的边界条件和初始条件推导出慢波结构的温度分布变化。采用理论方法进行热分析存在一定问题。由于理论分析方法对接触热阻考虑不充分，使温度计算值比实验值偏小，为了和实验值吻合，多采用乘以修正系数的方法，无法推广到任意材料和尺寸的慢波结构。进行数值仿真时，一般是采用有限元方法分析慢波线的温度分布。但模拟结果比实验值明显偏大，表面模型仍然过于理想化。而数值模拟方法同样存在由于很少考虑接触热阻影响，导致计算结果低于实验值的问题。因此，若能找到实测管内温度的方法，将会为管内热分析提供极大的便利。但是由于行波管管壳内腔空间较小，同时管壳内需要保持真空状态，难以将温度传感器放置于其中；行波管工作时，有高频电磁场在慢波结构上传输，将一般的温度传感器放置其中时，会影响电磁场的分布，从而影响行波管的正常工作状态。FBG光纤光栅可用于测量温度，同时具有抗电磁干扰、灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低、适用于高温、腐蚀性等环境中使用的优点，且能够在一根光纤上实现多点复用、分布式测量等优势，为螺旋线热分析提供了一种新的思路。本专利技术中提出的新型慢波结构中集成了一根或数根刻写FBG光栅的光纤，可用于测量管内温度分布。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供了一种基于光纤光栅的螺旋线行波管慢波结构，同时基于该结构提供了一种螺旋线行波管管内温度测试方法。该方法能够测量行波管管内的工作温度分布，并且不影响行波管正常工作。技术方案：为了解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种螺旋线行波管慢波结构工作温度分布式测量装置及与之配套的测量方法。本专利技术中，将光纤光栅放置于螺旋线夹持杆旁，构成一种基于光纤光栅的螺旋线行波管慢波结构，基于此新型慢波结构，可测量处于工作态的螺旋线行波管管内温度分布。此外，此新型慢波结构可降低电磁波相速，进而可降低与电磁波发生互作用的电子注速度，最终降低对电子枪发射电子注的速度要求。首先，为实现上述目的，提出一种螺旋线行波管慢波结构工作温度分布式测量装置，包括行波管(行波管包括管壳、夹持杆、光纤、螺旋线、输入窗、输出窗等)、至少一根光纤、解调仪以及数据处理装置，所述行波管内设有夹持杆，所述光纤上刻写有至少一处FBG光栅，所述光纤通过所述解调仪连接所述数据处理装置，其特征在于，所述光纤伸入所述行波管的管壳内，所述光纤与所述管壳接触部位的涂覆层为金属涂覆层，所述金属涂覆层通过焊料与管壳焊接，保证所述管壳内为真空；所述管壳内的光纤设置于所述夹持杆的侧面台阶上，并保证所述FBG光栅与所述夹持杆的侧面台阶接触，所述光纤上与夹持杆接触部分的涂覆层被剥除；所述解调仪用于输出光信号，并解调所述FBG光栅反射的光信号；所述光纤用于传输所述解调仪输出的光信号，并返回所述FBG光栅反射的光信号；所述数据处理装置用于接收并处理所述解调仪解调出的数据。这里，将光纤放置于夹持杆侧面的台阶处，这样的设计对行波管工作性能影响较小。而且，由于光纤本身的二氧化硅材质对行波管内电磁场分布的影响均比较小，相比于现有的电子测温装置而言，光纤测温方式不会对行波管正常工作带来过多的干扰。进一步的，为便于安装，所述测量装置中，所述光纤上镀有金属涂覆层的部位弯曲为弧形，通过管壳上的孔隙或通过两段管壳之间的缝隙引出至管壳外部。通过两段管壳之间的缝隙引出光纤的方式可以进一步减少管壳上的开孔，进一步保证行波管真空密闭。进一步的，为保证行波管真空密闭同时保证光纤弯曲部位的机械强度，所述测量装置中，所述金属涂覆层为金、银或铜。金属涂覆层选用这几类金属一方面便于对光纤进行焊接，密封行波管管壳(光纤外原先的涂覆层为聚合物。聚合物与光纤之间、聚合物与管壳之间均存在空气，无法保证行波管真空密闭，且聚合物无法进行焊接)，另一方面也解决了裸光纤脆弱不易弯折的问题(金属涂覆层覆盖在裸光纤外围，可以保证光纤在弯曲状态下不发生断裂，保证光纤正常工作)。进一步的，为保证FBG光栅测温的准确性，所述测量装置中，所述FBG光栅通过至少一个夹具与所述夹持杆的侧面台阶保持接触，所述夹具紧贴所述夹持杆的侧面设置，所述夹具的内侧与光纤相接触的部位设有与光纤相匹配的凹槽。这里的“匹配”指凹槽的直径与光纤直径相同，能够容纳光纤进行固定。进一步的，为减小所述夹具对行波管工作状态的影响，所述测量装置中，所述夹具沿所述夹持杆轴向的尺寸不超过1mm。由于夹具所采用的介质材料会对行波管内电磁场分布产生影响，因而，保证沿夹持杆轴向的尺寸足够小，使得夹具可被视为夹持杆轴向上孤立的点，这样，会使得前述的干扰影响不至于持续叠加。因而，严格限制夹具在夹持杆轴向的尺寸大小有益于降低夹具本身对行波管性能的影响(行波管内部，电磁波幅度值沿夹持杆轴向放大)。进一步的，为减小所述夹具对行波管工作状态的影响，所述测量装置中，所述夹具为陶瓷或玻璃。这两种材质，连同光纤本身的二氧化硅材质对行波管内电磁场分布的影响均比较小。尤其是相比于现有的电子测温装置而言，光纤测温方式对行波管内电磁场分布的影响非常有限。与上述夹具并列地，为保证FBG光栅测温的准确性，所述测量装置中，所述夹持杆的侧面台阶处还可设置凹槽，所述凹槽与所述光纤的尺寸相匹配，所述FBG光栅通过凹槽与所述夹持杆的侧面台阶保持接触。这里的“匹配”同样指凹槽的直径与光纤直径相同，能够容纳光纤进行固定。进一步的，为便于组装、布线，所述测量装置中，所述解调仪通过网线与所述数据处理装置连接。同时，所述测量装置中，所述数据处理装置(10)为电脑。本专利技术还同时提供一种与上述螺旋线行波管慢波结构工作温度分布式测量装置相配套的螺旋线行波管管内工作温度分布式测试方法，方法步骤如下：第一步，控制所述解调仪向所述光纤输出光信号，所述光纤将所述光信号传输至行波管内的FBG光栅，所述FBG光栅反射所述光信号并通过所述光纤(3)将反射的光信号传输至解调仪；第二步，所述解调仪计算光信号波长，并解调所述FBG光栅反射的光信号，将解调后的数据输出至数据处理装置；第三步，数据处理装置根据解调仪解调得到的数据计算行波管管内工作温度值，并输出。本专利技术在行波管处于工作状态时，开启光纤光栅测试系统，解调仪中的光源发出的光信号经光纤传输至行波管内部夹持杆上的裸光纤部分，经若干FBG光栅反射(不同FBG光栅中心波长不同，反射的光信号互不干扰)，将反射的光信号经光纤传输至管外，在解调仪中计算出光信号波长，再通过网线传输至PC机本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种螺旋线行波管慢波结构工作温度分布式测量装置，包括行波管(8)、至少一根光纤(3)、解调仪(9)以及数据处理装置(10)，所述行波管(8)内设有夹持杆(2)，所述光纤(3)上刻写有至少一处FBG光栅，所述光纤(3)通过所述解调仪(9)连接所述数据处理装置(10)，其特征在于，所述光纤(3)伸入所述行波管(8)的管壳(1)内，所述光纤(3)与所述管壳(1)接触部位的涂覆层为金属涂覆层，所述金属涂覆层通过焊料与管壳(1)焊接，保证所述管壳(1)内为真空；所述管壳(1)内的光纤(3)设置于所述夹持杆(2)的侧面台阶上，并保证所述FBG光栅与所述夹持杆(2)的侧面台阶接触，所述光纤(3)上与夹持杆(2)接触部分的涂覆层被剥除；所述解调仪(9)用于输出光信号，并解调所述FBG光栅反射的光信号；所述光纤(3)用于传输所述解调仪(9)输出的光信号，并返回所述FBG光栅反射的光信号；所述数据处理装置(10)用于接收并处理所述解调仪(9)解调出的数据。
【技术特征摘要】
1.一种螺旋线行波管慢波结构工作温度分布式测量装置，包括行波管(8)、至少一根光纤(3)、解调仪(9)以及数据处理装置(10)，所述行波管(8)内设有夹持杆(2)，所述光纤(3)上刻写有至少一处FBG光栅，所述光纤(3)通过所述解调仪(9)连接所述数据处理装置(10)，其特征在于，所述光纤(3)伸入所述行波管(8)的管壳(1)内，所述光纤(3)与所述管壳(1)接触部位的涂覆层为金属涂覆层，所述金属涂覆层通过焊料与管壳(1)焊接，保证所述管壳(1)内为真空；所述管壳(1)内的光纤(3)设置于所述夹持杆(2)的侧面台阶上，并保证所述FBG光栅与所述夹持杆(2)的侧面台阶接触，所述光纤(3)上与夹持杆(2)接触部分的涂覆层被剥除；所述解调仪(9)用于输出光信号，并解调所述FBG光栅反射的光信号；所述光纤(3)用于传输所述解调仪(9)输出的光信号，并返回所述FBG光栅反射的光信号；所述数据处理装置(10)用于接收并处理所述解调仪(9)解调出的数据。2.如权利要求1所述的螺旋线行波管慢波结构工作温度分布式测量装置，其特征在于，所述光纤(3)上镀有金属涂覆层的部位弯曲为弧形，通过管壳(1)上的孔隙(14)或通过两段管壳之间的缝隙(15)引出至管壳(1)外部。3.如权利要求2所述的螺旋线行波管慢波结构工作温度分布式测量装置，其特征在于，所述金属涂覆层为金、银或铜。4.如权利要求1至3任一所述的螺旋线行波管慢波结构工作温度分布式测量装置，其特征在于，所述FBG光栅通过至少一个夹具(13)与所述夹持杆(2)的侧面台阶保持接触，所述夹具(13)紧贴所述夹持杆(2)的侧面设...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙小菡，张劲，袁慧宇，赵兴群，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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