一种固体材料二次电子发射系数的智能测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术的一种固体材料二次电子发射系数的智能测试装置，包括机械系统、电气控制系统和分析检测系统；机械系统包括真空室、真空泵、电子枪、电子收集装置和加热装置，以提供真空环境并且产生并收集二次电子；所述电气控制系统包括电源、可编程控制器和温控电路，可编程控制器通过数字量模拟量转换模块控制电源电压大小；所述分析检测系统包括工控机、数字量模拟量转换模块、二路示波卡和触摸控制屏，工控机上安装有组态王，用于存储和分析处理探测到的电子信号，并显示所测固体材料的二次电子发射系数与电子枪出射电子能量之间的关系曲线。本实用新型专利技术可以较好地满足工业防静电设计、工程选材及静电预测对固体材料二次电子发射系数测量的需要。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及固体材料次级电子发射特性测试
，特别涉及一种固体材料二次电子发射系数的智能测试装置。
技术介绍
所谓二次电子发射(Secondary Electron Emission)，就是指具有一定能量或速度的电子(或离子)轰击物体表面时，会引起电子从该物体表面发射出来的现象。从样品表面发射的二次电子在数量上可多于或少于一次电子，在能量上也呈现一定分布，其中包括一次电子的弹性散射电子，非弹性散射电子、真二次电子、俄歇电子等，有时还有其它复杂现象伴随二次电子发射过程，如辐射X射线，产生荧光等。固体材料二次电子发射的能力，通常用二次电子发射系数 J来表征。简单地说，二次电子发射系数可定义为二次发射电子流Zi与一次电子流冬之比。1899年Compbell首先发现了二次电子发射现象，二次电子发射的物理过程很复杂，在二十世纪初的科技条件下实用性不强，开始阶段的研究工作进展缓慢。二十世纪三十年代后，由于电真空器件的发展，二次电子发射问题才逐渐引起了研究人员的注意，这是因为二次电子发射有正反两方面的影响。积极方面是其具有优良的电子倍增作用，可以在光电倍增管等电子器件中得到广泛应用。另一方面，在某些器件中，由于二次电子发射，导致器件工作不稳定，这些都需要对二次电子发射机理与发射材料自身特性做一个系统的研究。在过去的近一个世纪中，研究人员对大量材料的二次电子发射现象进行了深入研究，包括其发射机理、测试方法以及器件应用。在二次电子发射的理论及测试技术方面，国外许多实验室都进行了专门研究，如美国的ORNL、SLAC、BNL,日本的KEK、欧洲的CERN等在这方面都做了很多工作，并设计制造了功能齐全、测量精确的实验设备。我国相关学者在该研究领域也获得了许多研究成果， 如中国科学技术大学的谢爱根教授首次提出了“有效真二次电子发射系数”的概念(发表于《强激光与粒子束》，2005)，并分别推导出高能原电子能量与金属的有效真二次电子发射系数的关系式，和金属的有效真二次电子发射系数与高能原电子入射角的关系式，并进行了验证。另外，还分别设计了测量金属材料和绝缘体材料的二次电子发射系数的测量方法和简易测量装置，并测量了几种金属材料和绝缘体材料的二次电子发射系数。中山大学的谭化兵建立了基于扫描电子显微镜系统的二次电子发射测试系统；利用该测试系统，对多种形貌的氧化镁纳米棒薄膜进行了二次电子发射特性测试(谭化兵.氧化镁纳米棒薄膜二次电子发射特性研究[D].广州中山大学，2009)。固体材料二次电子发射系数测试装置是获取其二次电子发射系数的有利工具。随着科技的发展，对测试装置的可靠性、操作智能化提出了更高的要求，为满足这些需求，微型计算机被应用于测试设备的控制系统中。然而早期的微机只是单纯作为一个显示设备， 它实现了一定程度的图形化，但只是用于测试结果的存储与处理，没有真正意义上的人机对话，即不能通过鼠标或触摸屏点击来控制显示测试设备的运行状态，还存在一些不足显示界面符号化，不直观；相关配套软件功能简单，没有故障报警，出现问题的部分不能直观地在微机上显示；没有完整、直观的界面，进程显示不明显、参数显示不集中。
技术实现思路
鉴于目前固体材料二次电子发射系数测试的技术瓶颈，本技术提供一种固体材料二次电子发射系数的智能测试装置，由机械系统、电气控制系统和分析检测系统构成。 本装置操作简便，数据采集与处理准确快速，实现了测试过程的智能化，可以较好地满足工业防静电设计、工程选材及静电预测对固体材料二次电子发射系数测量的需要本技术的一种固体材料二次电子发射系数的智能测试装置，包括机械系统、 电气控制系统和分析检测系统；所述机械系统包括真空室、真空泵、电子枪、加热装置；所述电子枪包括依次连接的热阴极、调制极和加速极；所述加热装置包括加热丝和热电偶，所述电气控制系统包括电源、可编程控制器(以下简称PLC)和温控电路；所述电源包括灯丝电源、调制电源、加速电源；所述分析检测系统包括工控机、数字量模拟量模块(以下简称 D/A模块)、二路示波卡和触摸控制屏；PLC与真空泵连接，用于控制真空室的真空度；所述机械系统还包括电子收集装置，所述电子收集装置包括一次电子收集器、二次电子收集器、 一次前置放大器、二次前置放大器、靶台及绝缘转轴；所述靶台上表面安装有不锈钢夹具， 下表面与绝缘转轴固定连接；绝缘转轴置于一次电子收集器上方，并垂直于一次电子收集器轴线；二次电子收集器为开有小孔的半球状金属壳体，小孔轴线与一次电子收集器轴线重合，所述半球状金属壳体置于绝缘转轴上方；所述一次前置放大器和二次前置放大器分别与一次电子收集器和二次电子收集器连接后，再与二路示波卡、D/A模块、工控机、触摸控制屏依次连接；所述电子枪还包括与加速极依次连接的一次聚焦腔和二次聚焦腔；所述电源还包括一次聚焦电源和二次聚焦电源；所述电气控制系统还包括数字量模拟量转换模块 (以下简称D/A转换模块)，PLC与工控机相连接，并且还通过D/A转换模块连接灯丝电源、 调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源，用于控制灯丝电源、调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源分别对电子枪的热阴极、调制极、加速极、一次聚焦腔及二次聚焦腔提供电压及电压大小；所述工控机通过组态王与PLC进行人机交互操作；加热装置置于一次电子收集器下方，并且通过温控电路与PLC相连，用于实现对一次电子收集器的加热。所述二次电子收集器为以铜作为内壁材料，铜表面镀有一层金膜，所述金膜上镀有一层碳。所述半球状金属壳体的小孔孔径为1. 5mm 2. 5 mm。所述一次电子收集器为法拉第筒，由外筒、内筒以及置于外筒和内筒之间的绝缘板构成。所述绝缘转轴与法拉第筒轴线的偏距为Icm 2 cm,该偏距可以保证在转动绝缘转轴时，能使电子枪发射的电子束直接打到法拉第筒内，完成一次电子的收集；同时再次转动绝缘转轴时，使靶台中心正对入射电子束，从而保证二次电子的收集。所述一次聚焦腔包括依次连接的一次前聚焦极和一次后聚焦极；一次前聚焦极和一次后聚集极均开有小孔，小孔轴线与电子枪电子入射方向重合；一次前聚焦小孔孔径为4cm 5 cm, 一次后聚焦极小孔孔径为2 cm 3 cm。所述二次聚焦腔包括依次连接的二次前聚焦极、二次中聚焦极和二次后聚焦极； 二次前聚焦极、二次中聚焦极、二次后聚焦极均开有小孔，并且小孔轴线与电子枪电子入射方向重合；二次前聚焦极小孔孔径为2. 5 cm 3. 5 cm，二次中聚焦极小孔孔径为2 cm 3 cm，二次后聚焦极小孔孔径为1. 5 cm 2. 5 cm。所述一次电 子收集器为法拉第筒，由外筒、内筒以及置于外筒和内筒之间的绝缘板构成。所述热阴极包括灯丝及罩在灯丝外面的小金属圆筒，所述小金属圆筒外表面涂覆有一层六硼化镧(LaB6)，以使阴极有较强的抗毒性，能够多次使用，逸出功较小。所述调制极为前端开有小孔的金属圆筒，调制极套装在热阴极外侧，略大于二次电子收集器的孔径；加速极为开有小孔的圆筒，用于对电子流加速。由组态王开发的具有人机交互功能的虚拟界面，操作者可以通过界面上的按键来控制整个测试装置的运行和参数设置，其中包括真空泵的开启和关闭，调节灯丝电源、调制电源、加速电源和一次聚焦电源及二次聚焦电源，控制温控电本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种固体材料二次电子发射系数的智能测试装置，包括机械系统、电气控制系统和分析检测系统；所述机械系统包括真空室、真空泵、电子枪、加热装置；所述电子枪包括依次连接的热阴极、调制极和加速极；所述加热装置包括加热丝和热电偶；所述电气控制系统包括电源、可编程控制器和温控电路；所述电源包括灯丝电源、调制电源、加速电源；所述分析检测系统包括工控机、数字量模拟量模块、二路示波卡和触摸控制屏；所述可编程控制器与真空泵连接，可编程控制器还与数字量模拟量模块连接；其特征在于：所述机械系统还包括电子收集装置，所述电子收集装置包括一次电子收集器、二次电子收集器、一次前置放大器、二次前置放大器、靶台及绝缘转轴；所述靶台上表面安装有不锈钢夹具，下表面与绝缘转轴固定连接；绝缘转轴置于一次电子收集器上方，并垂直于一次电子收集器轴线；二次电子收集器为开有小孔的半球状金属壳体，小孔轴线与一次电子收集器轴线重合，所述半球状金属壳体置于绝缘转轴上方；所述一次前置放大器和二次前置放大器分别与一次电子收集器和二次电子收集器连接后，再与二路示波卡、数字量模拟量模块、工控机、触摸控制屏依次连接；所述电子枪还包括与加速极依次连接的一次聚焦腔和二次聚焦腔；所述电源还包括一次聚焦电源和二次聚焦电源；所述电气控制系统还包括数字量模拟量转换模块，可编程控制器与工控机相连接，并且还通过数字量模拟量转换模块连接灯丝电源、调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源，灯丝电源、调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源分别对电子枪的热阴极、调制极、加速极、一次聚焦腔及二次聚焦腔连接；所述工控机通过组态王与可编程控制器进行人机交互操作；所述加热装置位于一次电子收集器下方，并通过温控电路与可编程控制器相连。...

【技术特征摘要】
1.一种固体材料二次电子发射系数的智能测试装置，包括机械系统、电气控制系统和分析检测系统；所述机械系统包括真空室、真空泵、电子枪、加热装置；所述电子枪包括依次连接的热阴极、调制极和加速极；所述加热装置包括加热丝和热电偶；所述电气控制系统包括电源、可编程控制器和温控电路；所述电源包括灯丝电源、调制电源、加速电源；所述分析检测系统包括工控机、数字量模拟量模块、二路示波卡和触摸控制屏；所述可编程控制器与真空泵连接，可编程控制器还与数字量模拟量模块连接；其特征在于所述机械系统还包括电子收集装置，所述电子收集装置包括一次电子收集器、二次电子收集器、一次前置放大器、二次前置放大器、靶台及绝缘转轴；所述靶台上表面安装有不锈钢夹具，下表面与绝缘转轴固定连接；绝缘转轴置于一次电子收集器上方，并垂直于一次电子收集器轴线； 二次电子收集器为开有小孔的半球状金属壳体，小孔轴线与一次电子收集器轴线重合，所述半球状金属壳体置于绝缘转轴上方；所述一次前置放大器和二次前置放大器分别与一次电子收集器和二次电子收集器连接后，再与二路示波卡、数字量模拟量模块、工控机、触摸控制屏依次连接；所述电子枪还包括与加速极依次连接的一次聚焦腔和二次聚焦腔；所述电源还包括一次聚焦电源和二次聚焦电源；所述电气控制系统还包括数字量模拟量转换模块，可编程控制器与工控机相连接，并且还通过数字量模拟量转换模块连接灯丝电源、调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源，灯丝电源、调制电源、加速电源、一次聚焦电源和二次聚焦电源分别对电子枪的热阴极、调制极、加速极、一次聚焦腔及二次聚焦腔连接；所述工控机通过组态王与可编程控制器进行人机交互操作；所述加热装置位于一次电子收集器下方，并通过温控电路与可编程控制器相连。2.根据权利要求1所述的具有智能测控技术的固体材料二次电子发射系数测试装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：常天海，吴金成，马威，常建，梁添，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：81