ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК H01S3/00 

Изобретение относится к электронно-лучевым установкам, в частности к конструктивному исполнению их высоковольтных узлов, и может быть использовано в аппаратуре на основе проекционных электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), рентгеновских трубок, лазерных ЭЛТ (ЛЭЛТ), в частности в лазерных сканерах.

Известна электронно-лучевая установка для исследования активных элементов лазерных ЭЛТ, содержащая формирователь импульсов модуляции тока электронного прожектора, высоковольтный источник напряжения катода, а также находящиеся под потенциалом этого источника источники напряжения электродов электронного прожектора [1]. Формирователь импульсов и источники питания в этой установке размещены в диэлектрическом баке с трансформаторным маслом.

Недостатками этой установки являются низкие эксплуатационные параметры, обусловленные использованием масла, в частности плохая ремонтопригодность, большой вес и необходимость использования вспомогательных систем для перекачки масла.

Наиболее близкой из известных к предлагаемой является электронно-лучевая установка, содержащая по меньшей мере одну электронно-лучевую трубку, включающую корпус с цоколем, электронный прожектор с управляющими электродами и активный элемент, электропроводящий заземленный корпус с по меньшей мере одним отверстием для ввода части корпуса трубки, размещенные в электропроводящем заземленном корпусе высоковольтный источник напряжения катода, по меньшей мере один формирователь импульсов модуляции тока электронного прожектора, снабженный электропроводящим высокопо- тенциальным экраном [2]. Установка содержит также источники электропитания, размещенные в металлических высокопо- тенциальных корпусах, установленных внутри разборного кожуха, состоящего из большого количества свинчивающихся стаканов, выполненных из облученного полиэтилена. Собранная изолирующая конструкция помещается в заземленном металлическом корпусе. Свинчивание стаканов и корпуса производится с герметиком "Виксинт У-1-18". Ввод части корпуса трубки с высокопотенциальным цоколем в заземленный корпус осуществляется через полиэтиленовый стакан.

Недостатком такой установки является низкая эффективность отвода тепла от электронных узлов, размещенных в металлических высокопотенциальных корпусах, что приводит к их перегреву и снижению долговечности. При этом повышение температуры отрицательно сказывается на надежности высоковольтной изоляции. Кроме того, использование герметика для заполнения воздушных промежутков резьбовых соединений существенно осложняет сборку конструкции и затрудняет проведение ремонтно-профилактических работ.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик и срока службы установки.

Для этого в электронно-лучевой установке, содержащей по меньшей мере одну электронно-лучевую трубку, включающую корпус с цоколем, электронный прожектор с управляющими электродами и активный элемент, электропроводящий заземленный корпус с по меньшей мере одним отверстием для ввода части корпуса трубки, размещенные в электропроводящем зазем- ленном корпусе высоковольтный источник напряжения катода, по меньшей мере один формирователь импульсов модуляции тока электронного прожектора, снабженный электропроводящим высокопотенциальным экраном, часть внешней поверхности корпуса трубки со стороны электронного прожектора, размещенная внутри электро- проводящего заземленного корпуса, снабжена проводящим высокоомным покрытием, конец которого со стороны цоколя находится под потенциалом источника напряжения катода, конец со стороны активного элемента заземлен, а электро- проводящий заземленный корпус заполнен газом.

Высокоомное проводящее покрытие может быть выполнено с неравномерным распределением электрической проводимости вдоль оси корпуса трубки.

Высокоомное проводящее покрытие может быть выполнено в виде управляющего электрода, на него может быть дополнительно нанесено покрытие из диэлект- рического материала.

Часть корпуса трубки, снабженная высокоомным проводящим покрытием, может быть заключена в дополнительно введенный диэлектрический стакан, расположенный между электропроводящим зазем- ленным корпусом и высокопотенциальным экраном.

В высокопотенциальном экране может быть выполнено по меньшей мере одно отверстие, в которое введена часть корпуса электронно-лучевой трубки со стороны цоколя. В этом случае кромки отверстий в высокопотенциальном экране могут быть снабжены дополнительными электропроводящими экранами, осесимметричными корпусу трубки.

Кроме того, в предлагаемой конструкции установки между электропроводящим заземленным корпусом и высокопотенциальным экраном могут быть введены перегородки из твердого диэлектрика.

При этом электронно-лучевая установка может быть дополнительно снабжена по меньшей мере одним излучателем и оптически связанным с ним приемником, электрически связанным с формирователем импульсов. Излучатель находится под потенциалом лабораторного заземления, а приемник - под потенциалом источника напряжения катода. В этом случае между излучателем и приемником могут быть введены две оптические линзы, одна из которых закреплена на электропроводящем заземленном корпусе, а другая - на высокопотенциальном экране.

Высокоомное покрытие устраняет высоковольтные пробои по внешней поверхности стеклянного корпуса ЭЛТ, так как протекающие через покрытие токи утечки выравнивают распределение потенциала и повышают величину пробивного напряжения по поверхности корпуса ЭЛТ. Наибольшие градиенты электрического поля в пространстве между заземленным корпусом и высокопотенциальными частями установки возникают вблизи ее токоведущих частей, в частности в местах ввода корпуса ЭЛТ в заземленный корпус и высокопотенциальный экран. В этих местах электрические пробои наиболее вероятны. Выравнивание тангенциальных составляющих электрического поля по поверхности трубки и соответственно уменьшение вероятности электрических пробоев осуществляется посредством нанесения проводящего покрытия с неравномерным распределением проводимости вдоль оси корпуса ЭЛТ. Большие градиенты электрического поля, возникающие в области цоколя из-за малых радиусов кривизны поверхности металлических токовводов, устраняются при размещении участка корпуса ЭЛТ внутри электропроводящего корпуса. Дополнительное диэлектрическое покрытие обеспечивает механическую защиту проводящего покрытия, препятствует снижению электрической прочности, обусловленному воздействием окружающей среды. Аналогичные функции выполняет диэлектрический стакан, охватывающий участок корпуса ЭЛТ с проводящим покрытием. При его использовании корпус ЭЛТ может быть размещен полностью вне высокопотенциального экрана. При выполнении проводящего покрытия в виде управляющего электрода задаваемое покрытием распределение потенциала создает электрическое поле, направленное вдоль оси электронного прожектора и оказывающее формирующее воздействие на электронный пучок.

На фиг. 1 изображена установка с дополнительным диэлектрическим покрытием части корпуса ЭЛТ; на фиг.2 - установка с диэлектрическим стаканом, в котором заключена часть трубки с покрытием.

Установка содержит корпус 1 электронно-лучевой трубки с цоколем 2, электронным прожектором 3 и активным элементом 4, представляющим собой полупроводниковую пластину с нанесенными на ее плоские поверхности зеркальными покрытиями (не показаны), высоковольтный источник 5 катодного напряжения, систему источников управляющих напряжений электронного прожектора (не показана), формируемых на уровне потенциала источника 5 катодного напряжения, формирователь 6 импульсов модуляции тока ЛЭЛТ, например видеоусилитель или управляемый генератор, выход которого соединен с управляющим электродом (не показан) электронного прожектора 3, размещенный внутри разборного электропроводящего высокопотенциального экрана 7 с отверстиями 8, выполненного, например, из дюраля или меди и находящегося под потенциалом источника 5 катодного напряжения. Источники управляющих напряжений электродов электронного прожектора 3 размещены в экране 7 или в отдельном металлическом корпусе, подобном ему по конструктивному исполнению. На участках внешней поверхности корпуса 1 ЛЭЛТ со стороны электронного прожектора 3 нанесено высокоомное проводящее покрытие 9, выполненное, например, на основе клея БФ-2 с наполнением сажей и снабженное дополнительным диэлектрическим покрытием 10, например, из эпоксидного лака. Удельное сопротивление покрытия 9 составляет 0,3-1,0 ГОм/см при его длине 150-200 мм. При этом интегральные токи утечки через покрытие не превышают 3-10 мкА, что препятствует тепловому перегреву и повышает долговечность покрытия 9. Участок корпуса 1 ЭЛТ на длину 1-4 см введен внутрь электропроводящего экрана 7 через отверстие 8. Конец проводящего покрытия 9 со стороны цоколя 2 находится в непосредственном электрическом контакте с токовводом катода, а конец этого покрытия со стороны активного элемента 4 заземлен. Отверстия 8 в экране 7 снабжены дополнительными экранами 11, например торообразными или в форме электродов Роговского, выполненными из того же материала, что экран 7. Установка снабжена заземленным корпусом 12, выполненным, например, из дюраля, внутри которого в воздушной среде размещены все элементы установки, находящиеся под высоким потенциалом. Для предотвращения коронных разрядов с элементов экрана 7 и уменьшения габаритов установки вводятся диэлектрические экраны 13, например из винипласта или оргстекла с электрической прочностью, сопоставимой с электрической прочностью соответствующих разрядных промежутков. Экраны 13 размещаются в наиболее критичных с точки зрения высоковольтных пробоев и коронных разрядов местах и не образуют герметичного корпуса. Для управления формирователем 6 импульсов модуляции тока в установку введены излучатель 14, например в виде светодиода с управляющим усилителем (не показан) и оптически связанный с излучателем 14 приемник 15, например фотодиод. Для оптического согласования излучателя 14 и приемника 15 использованы передающая 16 и приемная 17 линзы. Установка может быть выполнена с диэлектрическим стаканом 18 (фиг.2), например из винипласта, закрепленным на диэлектрическом экране 13, выполненном в виде перегородки. Для предотвращения попадания влаги и пыли в зазор между корпусом 1 ЭЛТ и стаканом 18 места ввода и вывода корпуса 1 в стакан 18 уплотнены, например, посредством резиновых прокладок 19. Для улучшения условий охлаждения высокопотен- циальных элементов установки в корпусе 12 может быть установлен вентилятор (не показан).

Установка работает следующим образом.

Электронный пучок накачки, излучаемый электронным прожектором 3 ЛЭЛТ, возбуждает в активном элементе 4 генерацию лазерного излучения. Управление положением и размерами электронного пятна в плоскости активного элемента 4 и параметрами лазерного излучения осуществляется известными в технике ЭЛТ методами, например посредством управления величиной токов электромагнитных катушек (не показаны). Отрицательное напряжение 40-70 кВ подается на катод электронного прожектора 3, а активный элемент 4 заземлен, что позволяет обеспечить его эффективное принудительное охлаждение. Сигналы управления формирователем 6 импульсов модуляции тока электронного прожектора 3 передаются на "высокую сторону" через гальваническую развязку, выполненную, например, в виде пары светодиод-фотодиод с оптически сопряженными через оптические линзы 16 и 17 площадками. Гальваническую развязку можно осуществить также посредством трансформаторной связи. Формирователь 6 импульсов размещается внутри экрана 7, находящегося под потенциалом источников 5 напряжения катода. Чистота поверхности и радиусы кривизны элементов экрана 7 и заземленного корпуса 12, а также расстояние между ними выбираются из условий отсутствия электрического пробоя разрядного воздушного промежутка и коронирования с электропроводящих элементов установки.

Использованные в изобретении технические решения позволяют существенно упростить конструкцию высоковольтной изоляции, что облегчает проведение ремонтно-профилактических работ, повышает удобство эксплуатации установки. Кроме того, значительное улучшение по сравнению с известными установками условий теплоотвода от источников электропитания и блоков функциональной электроники, находящихся на уровне высокого потенциала, существенно повышает надежность их работы и срок службы.

Использование: электронно-лучевые установки, конкретнее, конструктивное исполнение их высоковольтных узлов в аппаратуре на основе проекционных электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), рентгеновских трубок, лазерных ЭЛТ (ЛЭЛТ), в частности в лазерных сканерах. Сущность изобретения: электронно-лучевая установка содержит по меньшей мере одну ЭЛТ, включающую корпус с цоколем и токовводами, электронный прожектор с катодом и управляющими электродами и активный элемент, высоковольтный источник напряжения катода, по меньшей мере один формирователь импульсов модуляции тока электронного прожектора, размещенный внутри электропроводящего корпуса, в электропроводящем корпусе выполнено по меньшей мере одно отверстие, участок внешней поверхности корпуса трубки со стороны электронного прожектора частично введен через отверстие внутрь корпуса, снабжен проводящим высокоомным покрытием, которое со стороны цоколя электрически контактирует с токовводом катода, а со стороны активного элемента заземлено. Упрощена конструкция высоковольтной изоляции от высоковольтных источников электропитания и блоков функциональной электроники. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ УСТАНОВКА, содержащая по меньшей мере одну электронно-лучевую трубку, включающую корпус с цоколем, электронный прожектор с управляющими электродами и активный элемент, электропроводящий заземленный корпус с по меньшей мере одним отверстием для ввода части корпуса электронно-лучевой трубки, размещенные в электропроводящем заземленном корпусе высоковольтный источник напряжения катода, по меньшей мере один формирователь импульсов модуляции тока электронного прожектора, снабженный электропроводящим высокопотенциальным экраном, отличающаяся тем, что часть внешней поверхности корпуса трубки со стороны электронного прожектора, размещенная внутри электропроводящего заземленного корпуса, снабжена проводящим высокоомным покрытием, которое со стороны цоколя электрически контактирует с токовводом катода, а со стороны активного элемента заземлено, а электропроводящий заземленный корпус заполнен газом. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что высокоомное проводящее покрытие выполнено с неравномерным распределением электрической проводимости вдоль оси корпуса трубки. 3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что высокоомное проводящее покрытие выполнено в виде управляющего электрода. 4. Установка по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что на высокоомное проводящее покрытие дополнительно нанесено покрытие из диэлектрического материала. 5. Установка по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что часть корпуса трубки, снабженная высокоомным проводящим покрытием, заключена в дополнительно введенный диэлектрический стакан, расположенный между электропроводящим заземленным корпусом и высокопотенциальным экраном. 6. Установка по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающаяся тем, что в высокопотенциальном экране выполнено по меньшей мере одно отверстие, в которое введена часть корпуса электронно-лучевой трубки со стороны цоколя. 7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что кромки отверстий в высокопотенциальном экране снабжены дополнительными электропроводящими экранами, осесимметричными корпусу трубки. 8. Установка по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, отличающаяся тем, что между электропроводящим заземленным корпусом и высокопотенциальным экраном введены перегородки из твердого диэлектрика. 9. Установка по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, или 7, или 8, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена по меньшей мере одним излучателем и оптически связанным с ним приемником, электрически связанным с формирователем импульсов, излучатель находится под потенциалом лабораторного заземления, а приемник - под потенциалом источника напряжения катода. 10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что между излучателем и приемником введены две оптические линзы, одна из которых закреплена на электропроводящем заземленном корпусе, а другая - на высокопотенциальном экране.