电子束流能量密度分布测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电子束流能量密度分布测量系统及方法，其中，该系统包括：电子束发生偏转聚焦装置用于控制电子束的产生、聚焦和偏转；电子束能量密度测量装置用于测量漏过电子束能量密度测量装置顶部直角缺口的电子束流强度，并记录电子束的偏转信号；控制器用于控制电子束发生偏转聚焦装置产生、聚焦和偏转电子束，同时控制电子束能量密度测量装置采集电子束强度信号和记录电子束偏转信号；数据处理装置用于将电子束流强度信号根据电子束偏转信号构建成二维数据矩阵，以采用二阶微分方法计算获得电子束能量密度分布。该系统简化测量装置的加工，无需假定电子束能量密度圆周对称，也可以准确测量不规则的电子束流能量密度分布。

Measurement System and Method of Energy Density Distribution of Electron Beam

【技术实现步骤摘要】
电子束流能量密度分布测量系统及方法
本专利技术涉及电子束加工
，特别涉及一种电子束流能量密度分布测量系统及方法。
技术介绍
在大量电子束技术相关的应用中，电子束品质对系统的性能有着至关重要的影响，主要体现在聚焦束斑尺寸和能量密度分布上。因此，准确测量电子束的能量密度分布和尺寸是检验电子束品质的重要手段。目前低能电子束束斑能量密度的测量方法主要有探针式测试法，阈值能量密度测试法、DIABEAM测试方法等([1]周琦,刘方军,关桥.电子束流焦点和测量方法进展及分类[J].焊接,2004,(01):5-10)。其中探针式测试法测量结果与探针形状和表面状态以及二次电子发射效应有关，准确性不高。阈值能量密度测试法通常采用楔形挡块或金属狭缝的方式，测量电子束能量密度的积分值，再基于电子束能量密度高斯分布的假设，计算出能量密度分布，因此该方法严重依赖于对电子束能量密度分布的假设，并不能真实测量电子束的能量分布。DIABEAM测试方法是利用电子束斑扫描小孔(直径远小于电子束束径，约20μm)，通过法拉第筒接收透过小孔的电子，得到电子束斑的能量密度分布，该方法的缺点是小孔的加工精度要求较高，小孔面积影响测量结果，且小孔堵塞等会造成测量精度降低。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种电子束流能量密度分布测量系统。本专利技术的另一个目的在于提出一种电子束流能量密度分布测量方法。为达到上述目的，本专利技术一方面提出了电子束流能量密度分布测量系统，包括：电子束发生偏转聚焦装置，所述电子束发生偏转聚焦装置用于控制电子束的产生、聚焦和偏转；电子束能量密度测量装置，所述电子束能量密度测量装置包含直角缺口，用于采集所述电子束发生偏转聚焦装置产生的电子束漏过所述直角缺口的电子束流强度，同时记录电子束的偏转信号；控制器，所述控制器用于控制所述电子束发生偏转聚焦装置产生、聚焦和偏转电子束，同时控制所述电子束能量密度测量装置采集所述电子束和记录电子束偏转信号；数据处理装置，所述数据处理装置用于将所述电子束流强度信号根据电子束偏转信号构建成二维数据矩阵，以采用二阶微分方法计算获得电子束能量密度分布。本专利技术实施例的电子束流能量密度分布测量系统，避免小尺寸圆孔和窄缝的加工制造，简化了测量装置的加工；避免小尺寸孔隙堵塞等对测量精度的影响，提高了测量的精度；无需假定电子束能量密度分布规律，可以准确测量任意形状的电子束流能量密度分布；不需要每次都使用新的金属试样，节约测试成本。另外，根据本专利技术上述实施例的电子束流能量密度分布测量系统还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，本专利技术实施例还包括：成形平台，所述成形平台置于所述电子束发生偏转聚焦装置下方，用于调整所述电子束能量密度测量装置高度，保证所述直角缺口与所述电子束发生偏转聚焦装置的焦平面重合；真空室，所述真空室内包含所述成形平台与所述电子束能量密度测量装置，用于提供真空环境，保证所述电子束正常传播。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述电子束能量密度测量装置包括：电子挡板，所述电子挡板包含所述直角缺口，用于遮挡和筛选电子束；电子收集装置，所述电子收集装置置于所述电子挡板下方，用于接收透过所述电子挡板的电子束；信号放大器，所述信号放大器输入端与所述电子收集装置连接，用于放大微弱电流信号；数据采集卡，所述数据采集卡与所述信号放大器输出端相连，用于记录所述信号放大器输入电流信号。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，通过将两块长方形金属薄片呈90°交叉构造出包含直角缺口的所述电子挡板，且所述金属薄片的边缘厚度为0.001mm～1mm。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述数据采集卡还与所述电子束发生偏转聚焦装置的偏转线圈监测端口连接，用于采集所述电子束的偏转信号。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述电子挡板为熔点较高且导电性良好的金属材料，如钨、铜等。为达到上述目的，本专利技术另一方面提出了一种电子束流能量密度分布测量方法，包括以下步骤：控制电子束扫描带有直角缺口的电子挡板；采集漏过所述电子挡板的电子束，并记录电子束偏转信号；根据所述电子束偏转信号将所述电子束流强度信号转换成二维数据矩阵；采用二阶微分方法对所述二维数据矩阵进行计算，以获得电子束能量密度分布。本专利技术实施例的电子束流能量密度分布测量方法，避免小尺寸圆孔和窄缝的加工制造，简化了测量装置的加工；避免小尺寸孔隙堵塞等对测量精度的影响，提高了测量的精度；无需假定电子束能量密度圆周对称，可以准确测量不规则的电子束流功率密度分布；不需要每次都使用新的金属试样，节约测试成本。另外，根据本专利技术上述实施例的电子束流能量密度分布测量方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述电子束扫描方式为电子束沿着相互平行的等间距扫描线依次扫描。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，在进行所述电子束扫描的过程中，当电子束斑越过所述电子挡板边缘时，部分电子穿过所述直角缺口进入下方电子收集装置，使所述电子束斑分解为沿所述直角缺口沿着x方向和y方向的强度变化。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述电子挡板为熔点较高且导电性良好的金属材料。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的电子束流能量密度分布测量系统结构示意图；图2为根据本专利技术实施例的电子束流能量密度分布测量系统模拟结构图；图3为根据本专利技术实施例的带有直角缺口的电子挡板的结构示意图；图4为根据本专利技术实施例的测量过程电子束扫描轨迹示意图，其中，(a)为初始状态，(b)为中间状态，(c)为最终状态；图5为根据本专利技术实施例的电子束流能量密度分布测量系统数据处理示意图；图6为根据本专利技术实施例的电子束流能量密度分布测量方法流程图。附图标记说明：10-电子束流能量密度分布测量系统，1-电子束发生偏转聚焦装置，2-电子束能量密度测量装置，21-电子挡板，211-第一钨薄片，212-第二钨薄片，213-十字压板，214-端盖，22-电子收集装置，23-信号放大器，24-数据采集卡，3-控制器，4-数据处理装置，5-成形平台和6-真空室。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的电子束流能量密度分布测量系统及方法，首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的电子束流能量密度分布测量系统。图1是本专利技术一个实施例的电子束流能量密度分布测量系统结构示意图。如图1所示，该电子束流能量密度分布测量系统10包括：电子束发生偏转聚焦装置1，电子束能量密度测量装置2，控制器3，数据处理装置4，成形平台5和真空室6。其中，电子束发生偏转聚焦装置1用于控制电子束的产生、聚焦和偏转。电子束能量密度测量装置2用于采集电子束发生偏转聚焦装置1产生的电子束，并测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子束流能量密度分布测量系统，其特征在于，包括：电子束发生偏转聚焦装置，所述电子束发生偏转聚焦装置用于控制电子束的产生、聚焦和偏转；电子束能量密度测量装置，所述电子束能量密度测量装置包含直角缺口，用于采集所述电子束发生偏转聚焦装置产生的电子束漏过所述直角缺口的电子束流强度，同时记录电子束的偏转信号；控制器，所述控制器用于控制所述电子束发生偏转聚焦装置产生、聚焦和偏转电子束，同时控制所述电子束能量密度测量装置采集所述电子束流强度和记录电子束偏转信号；以及数据处理装置，所述数据处理装置用于将所述电子束流强度信号根据电子束偏转信号构建成二维数据矩阵，以采用二阶微分方法计算获得电子束能量密度分布。

【技术特征摘要】
1.一种电子束流能量密度分布测量系统，其特征在于，包括：电子束发生偏转聚焦装置，所述电子束发生偏转聚焦装置用于控制电子束的产生、聚焦和偏转；电子束能量密度测量装置，所述电子束能量密度测量装置包含直角缺口，用于采集所述电子束发生偏转聚焦装置产生的电子束漏过所述直角缺口的电子束流强度，同时记录电子束的偏转信号；控制器，所述控制器用于控制所述电子束发生偏转聚焦装置产生、聚焦和偏转电子束，同时控制所述电子束能量密度测量装置采集所述电子束流强度和记录电子束偏转信号；以及数据处理装置，所述数据处理装置用于将所述电子束流强度信号根据电子束偏转信号构建成二维数据矩阵，以采用二阶微分方法计算获得电子束能量密度分布。2.根据权利要求1所述的电子束流能量密度分布测量系统，其特征在于，还包括：成形平台，所述成形平台置于所述电子束发生偏转聚焦装置下方，用于调整所述电子束能量密度测量装置高度，保证所述直角缺口与所述电子束发生偏转聚焦装置的焦平面重合；真空室，用于提供真空环境，保证所述电子束正常传播，其中，所述成形平台与所述电子束能量密度测量装置均置于所述真空室内部。3.根据权利要求1所述的电子束流能量密度分布测量系统，其特征在于，所述电子束能量密度测量装置包括：电子挡板，所述电子挡板包含所述直角缺口，用于遮挡和筛选电子束；电子收集装置，所述电子收集装置置于所述电子挡板下方，用于接收透过所述电子挡板的电子束；信号放大器，所述信号放大器输入端与所述电子收集装置连接，用于放大微弱电流信号；以及数据采集卡，...

【专利技术属性】
技术研发人员：林峰，赵德陈，张磊，郭超，马旭龙，
申请(专利权)人：清华大学，天津清研智束科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11