真空馈口电子倍增电流检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种真空馈口电子倍增电流检测装置，包括电子倍增探针、检测电路、数据采集卡以及PC机；此外还包括电子倍增探针与检测电路之间的同轴传输线、检测电路与数据采集卡之间的同轴传输线以及数据采集卡与PC机之间的USB数据传输线；电子倍增探针探测RF器件中产生的电子倍增电子；电子倍增探针通过检测电路直接提取RF器件腔体中电子倍增电子产生的ECUR电流，然后通过数字采集卡，将ECUR电流信号转化为数字信号在PC机中实时显示，实现电子倍增电流没有对器件产生损坏的情况下，断开RF开关，从而保护整个RF系统；该装置不仅是用于超导回旋加速器谐振腔的输入耦合腔体中，对于航空航天中的射频器件同样适用。

Electronic multiplier current detection device for vacuum feed port

The invention discloses an electronic multiplier current detection device for vacuum feeder, which includes an electronic multiplier probe, a detection circuit, a data acquisition card and a PC. In addition, it includes a coaxial transmission line between the electronic multiplier probe and the detection circuit, a coaxial transmission line between the detection circuit and the data acquisition card, and a data acquisition card and a PC. USB data transmission line between RF devices; electronic multiplier probe detects electron multiplier electrons generated in RF devices; electronic multiplier probe directly extracts ECUR current generated by electron multiplier electrons in RF device cavity through detection circuit, and then converts ECUR current signal into digital signal through digital acquisition card, which realizes real-time display in PC. The device is not only used in the input coupling cavity of the superconducting cyclotron resonator, but also suitable for the radio frequency devices in aerospace.

【技术实现步骤摘要】
真空馈口电子倍增电流检测装置
本专利技术属于超导回旋加速器真空馈口ECUR电流检测
，涉及一种简单，直接的新型电子倍增探针技术、检测电路技术、以及数据采集技术的新型真空馈口ECUR电流检测技术，具体为一种真空馈口电子倍增电流检测装置。
技术介绍
超导回旋加速器因其特有的紧凑特性和低功耗等特性越来越广泛的应用于PET(positronemissiontomography)诊断、同位素生产和质子治疗等医学领域。其中，谐振腔是超导回旋加速器重要的部件之一，谐振腔主要提供离子加速的电场，输入功率耦合器是射频功率耦合进入腔体的关键器件。在低气压环境中，射频信号在同轴集成器件中易产生二次电子倍增。二次电子倍增的本质是离子往复运动并发生碰撞使电子脱离次级能层，汇成雪崩形成的。在外加电场作用下，各种射线等导致间隙中存在的自由电子在奔向阳极的过程中被加速，不断和气体分子碰撞，引发碰撞电离。电离产生的新电子又继续引起电离，形成连锁反应，电子数目不断增加。高能量电子直接电离气体分子，产生大量二次电子。气体放电分为以下几个主要过程：(1)电子平均能量与E/P(E为外加电场，P为气压)呈指数关系，电子数目呈指数倍增；(2)弱电离通道的形成，是实现放电过程中重要的预击穿过程。碰撞电离等产生大量的二次电子，间隙中形成弱电离通道；(3)形成良好的等离子体通道，完成气体间隙击穿。这一过程中气体被加热，放电通道电导率急剧上升，通道电阻减少到临界值，间隙完成击穿。在导线的内外层的连接处仍存有真空间隙区，而且电介质易受温度循环的影响。在低气压条件下，电子自由路径比同轴导线内外层的空间距离大得多，同轴结构的击穿功率随内介质厚度增加而增加。自由电子在微波电场中加速并撞击导线表面，产生冗余电子，一旦雪崩条件存在，二次电子倍增就会产生，结果导致导线的表面放电，放电时功率密度不小于10mW/cm2,其破坏力相当强。同轴传输产生二次电子倍增常用规格f*d表达(f为通过的频率；d为内外层导体间隙)，这是相当严格的条件。如果f*d因子小于0.7GHZmm(50Ω)，则产生二次电子倍增的概率就很大。因此在分析同轴传输二次电子倍增时，除了要考虑通过的功率大小和f*d这两个约束条件，还应注意以下方面：(1)真空度大于约0.1Pa时，导线的内外层间必定存在电子移动。可以采用通过在空气缝隙加介质或改装连接器尺寸防止倍增发生；(2)次级倍增是电场引发的。外加场强与气压的关系，决定电子能量高低。若要保证功率正常传输，则电子能量应低于电子逃逸能量阀值。为了确保空间RF设备无损坏或无降级使用，则要求射频器件承受功率有足够的余量。传统二次电子倍增检测试验的粗略方法是将被测设备放入模拟低压环境，试验后测试性能，检查设备是否损坏或有放电痕迹，若性能下降，而外观看不出变化，摇晃器件发现内部是否有异物声，若无异常现象，检查导体与绝缘体交界附近应有融化物或放电痕迹。若被测设备无损坏，测试性能没降低也不能简单的说做实验过程没发生弱二次电子倍增，因为弱二次电子倍增发生的低气压环境一旦不在，设备的射频性能可在环境恢复过程中及时恢复。所以二次电子倍增的检测方法显得格外重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种真空馈口电子倍增电流检测装置，有机的结合了模拟信号和数字信号的优点，其中新型电子倍增检测探针与检测电路既可以用于RF器件的打火检测，又可以用于一般电子倍增器件的电子倍增电流检测，防止电子倍增现象对器件的损坏。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：真空馈口电子倍增电流检测装置，该装置中：电子倍增探针探测RF器件中产生的电子倍增电子；电子倍增探针通过检测电路直接提取RF器件腔体中电子倍增电子产生的ECUR电流，然后通过数字采集卡，将ECUR电流信号转化为数字信号在PC机中实时显示，实现电子倍增电流没有对器件产生损坏的情况下，断开RF开关。具体地，该装置包括电子倍增探针、检测电路、数据采集卡以及PC机；此外还包括电子倍增探针与检测电路之间的同轴传输线、检测电路与数据采集卡之间的同轴传输线以及数据采集卡与PC机之间的USB数据传输线。具体地，所述电子倍增探针用于捕捉RF器件真空腔体中由于电子倍增现象产生的电子，当电子倍增探针捕获电子时，会在电子倍增探针内芯中产生ECUR电流；所述检测电路用于提取电子倍增探针内芯中ECUR电流；所述同轴传输线、数据采集卡、USB数据传输线以及显示PC机组成数据采集模块；所述数据采集模块利用同轴传输线将外置电容的电势差无损耗的传输至数据采集卡，数据采集卡将模拟信号转化为数字信号，并且通过USB传输线将数字信号传输到PC机，然后经过数字信号处理将腔体内部产生的ECUR电流实时的显示在PC机界面中。具体地，所述电子倍增探针是由RF器件外壁、聚氟乙烯支撑、电子倍增探针内芯、电子倍增探针外导体、连接法兰以及BNC连接头组成；电子倍增探针内芯与电子倍增探针外导体安装在RF器件外壁上，电子倍增探针内芯位于电子倍增探针外导体内，电子倍增探针内芯下端穿过RF器件外壁并伸入RF器件腔体内部，电子倍增探针内芯与RF器件外壁之间设有聚氟乙烯支撑；电子倍增探针外导体上设有连接法兰，BNC连接头与电子倍增探针内芯连接。具体地，所述RF器件外壁作为电子倍增探针的固定装置以及电子倍增电子发生器件；RF器件在高压情况下，产生逃逸电子，在一定的射频场的作用下，会撞击RF器件外壁产生电子倍增电子；所述聚氟乙烯支撑用于隔离腔体内部真空与电子倍增探针中的常压状态；电子倍增探针内芯距RF器件外导体内壁具有1mm的距离。电子倍增探针中电子倍增探针内芯、电子倍增探针外导体通过外置直流电源将电子倍增探针内芯、电子倍增探针外导体的压差偏置到24V。具体地，在电子倍增探针内芯、电子倍增探针外导体中预加偏置电压用于捕捉RF器件腔体内部中由于电子倍增现象产生的电子，当电子倍增探针捕获电子时，会在内导体中产生ECUR电流。具体地，所述检测电路由电子倍增探针阳极连接点、限流电阻、外置直流电源、高阻电阻、肖特基二极管、电容以及地组成；外置直流电源的正极通过限流电阻连接电子倍增探针阳极连接点；外置直流电源的负极与地之间并联设有高阻电阻、肖特基二极管、电容。所述电子倍增阳极连接点用于将电子倍增探针的ECUR电流引入检测电路；所述限流电阻用于限制电子倍增ECUR电流过大损坏直流电源以及其他电子器件；所述外置直流电源用于为检测电路提供稳定的电源输出；所述高阻电阻保护电路，而且在无ECUR电流时，起到损耗电容能量的作用使检测电路快速恢复到初始状态。所述肖特基二极管用于实现电路的开关作用，当无ECUR电流时，肖特基二极管处于导通状态，因此电容中无势能，此时电路输出电压为0；当有ECUR电流时，肖特基二极管处于截止状态；此时电容处于充电状态，产生势能；当ECUR电流消失时，肖特基二极管仍处于截止状态，此时电容处于放电状态，势能减少，直至为0；所述电容用于存储ECUR电流信息，通过测量电容的电势能即能得出ECUR电流的大小。具体地，在数据采集模块中，所述同轴传输线将检测电路的输出值无损耗的传输到数据采集卡；所述数据采集卡用于将检测电路的模拟输出电压值转换到数字信号，并将数字信号存入数据采集卡中的缓存器中；所述USB数据传输线用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.真空馈口电子倍增电流检测装置，其特征在于，该装置中：电子倍增探针探测RF器件中产生的电子倍增电子；电子倍增探针通过检测电路直接提取RF器件腔体中电子倍增电子产生的ECUR电流，然后通过数字采集卡，将ECUR电流信号转化为数字信号在PC机中实时显示，实现电子倍增电流没有对器件产生损坏的情况下，断开RF开关。

【技术特征摘要】
1.真空馈口电子倍增电流检测装置，其特征在于，该装置中：电子倍增探针探测RF器件中产生的电子倍增电子；电子倍增探针通过检测电路直接提取RF器件腔体中电子倍增电子产生的ECUR电流，然后通过数字采集卡，将ECUR电流信号转化为数字信号在PC机中实时显示，实现电子倍增电流没有对器件产生损坏的情况下，断开RF开关。2.根据权利要求1所述的真空馈口电子倍增电流检测装置，其特征在于，该装置包括电子倍增探针(2)、检测电路(3)、数据采集卡(4)以及PC机(5)；此外还包括电子倍增探针(2)与检测电路(3)之间的同轴传输线(6)、检测电路(3)与数据采集卡(4)之间的同轴传输线(7)以及数据采集卡(4)与PC机(5)之间的USB数据传输线(8)。3.根据权利要求2所述的真空馈口电子倍增电流检测装置，其特征在于，所述电子倍增探针(2)用于捕捉RF器件(1)真空腔体中由于电子倍增现象产生的电子，当电子倍增探针捕获电子时，会在电子倍增探针内芯(23)中产生ECUR电流；所述检测电路(3)用于提取电子倍增探针内芯(23)中ECUR电流；所述同轴传输线(7)、数据采集卡(4)、USB数据传输线(8)以及显示PC机(5)组成数据采集模块；所述数据采集模块利用同轴传输线(6)将外置电容的电势差无损耗的传输至数据采集卡，数据采集卡将模拟信号转化为数字信号，并且通过USB传输线(8)将数字信号传输到PC机(5)，然后经过数字信号处理将腔体内部产生的ECUR电流实时的显示在PC机(5)界面中。4.根据权利要求3所述的真空馈口电子倍增电流检测装置，其特征在于，所述电子倍增探针(2)是由RF器件外壁(25)、聚氟乙烯支撑(24)、电子倍增探针内芯(23)、电子倍增探针外导体(27)、连接法兰(22)以及BNC连接头(21)组成；电子倍增探针内芯(23)与电子倍增探针外导体(27)安装在RF器件外壁(25)上，电子倍增探针内芯(23)位于电子倍增探针外导体(27)内，电子倍增探针内芯(23)下端穿过RF器件外壁(25)并伸入RF器件腔体内部(26)，电子倍增探针内芯(23)与RF器件外壁(25)之间设有聚氟乙烯支撑(24)；电子倍增探针外导体(27)上设有连接法兰(22)，BNC连接头(21)与电子倍增探针内芯(23)连接。5.根据权利要求4所述的真空馈口电子倍增电流检测装置，其特征在于，所述RF器件外壁(25)作为电子倍增探针的固定装置以及电子倍增电子发生器件；RF器件在高压情况下，产生逃逸电子，在一定的射频场的作用下，会撞击RF器件外壁产生电子倍增电子；所述聚氟乙烯支撑(24)用于隔离腔体内部真空与电子倍增探针中的常压状...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈根，彭振，刘广，宋云涛，陈永华，杨庆喜，巢楚颉，张鑫，尉传颂，龙嘘云，张良坤，
申请(专利权)人：合肥中科离子医学技术装备有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34