АНАЛИЗАТОР ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА Советский патент 1968 года по МПК G01R29/00 

Изобретение относится к электронной технике. Экспериментальное исследование формы и плотности электронного пучка бывает весьма необходимо при разработ -;е некоторых физических установок и приборов. Целью такого исследования может явиться выяснение картины распределения пучка в некотором его сечении или направлении, а также определение величины тока, проходящего через любую локальную область сечения пучка, перпендикулярного его оси. Одним из практических применений предлагаемого метода могут быть исследовательские и наладочные работы, проводимые при разработке мощных клистронов. В соответствии с известным способом исследования на пути исследуемого электронного пучка находится плоский подвижной экран с диафрагмирующим отверстием достаточно малого размера по сравнению с размером исследуемого сечения пучка. Часть пучка, проходящая через это отверстие, определяющее размер локальной области исследуемого сечения, попадает на расположенный за экраном коллектор, а оттуда в виде пропорционального ей электрического сигнала поступает на измерительный или регистрирующий прибор. Подвижной экран может быть выполнен в виде двух соосно расс ложенных дисков, один из которых имеет радиальную щель, а другой - ряд отверстий, расположенных по спирали. Путем соответсувующоо согласованного вращения дисков получается спиральная развертка исследуемого сечения пучка. В техническом отношении этот способ является несоверщенным из-за необходимости иметь в исследуемом пространстве механизмы, ориводящие в движение указанные диски, а также из-за трудности осуществления отвода выделяющегося на них тепла. Кроме того, сам процесс исследования по этому способу является очень медленным и требует последующей графической или табличной обработки. Предлагаемое устройство устраняет эти недостатки и дает возможность исследовать различные сечения пучка, расположенные на значительном расстоянии вдоль его оси. Измерение осуществляется с помощью зонда-электрода, воспринимающего часть исследуемого электронного пучка, который расположен непосредственно в исследуемом пространстве этого пучка и имеет возможность перемещаться в этом пространстве по любому заданному направлению, выполняя таким образом функцию зонда-датчика.

В зависимости от конкретных условий исследования и параметров пучка, зонд-электрод может быть выполнен в виде сферического или цилиндрического тела сплошного или полого (цилиндра Фарадея), открытого или защищенного экраном с диафрагмирующим отверстием (фиг. 2).

Поступающие с зонд-электрода через экранированный ввод электрические ситлалы, пропорциональные величине индицируемой части исследуемого пучка, управляют яркостью следящего электронного луча, воспроизводящего на экране осциллографа в определенном масщтабе траекторию движения воспринимающей или диафрагмирующей части зонд-электрода в исследуемом сечении пучка, обеспечивая таким образом возможность визуального наблюдения топографической картины распределения пучка в этом сечении.

Процесс исследования состоит в последовательном обходе зондом-датчиком азимутальных сечений исследуемого пучка по круговым орбитам замкнутой плоской ступенчато-круговой -спирали.

Измерение распределения тока в радиальном направлении того или иного азимутального сечения исследуемого пучка осуществляется путем перемещения в этом направлении зонда-датчика и соответствующей этому перемещению линейной развертке электронного луча осциллографа.

Движение зонда-датчика в исследуемом пространстве но той или иной заданной траектории, в частности по круговым орбитам замкнутой ступенчато-круговой спирали, осуществляется посредством пространственно-координатного механизма, изображенного на чертеже. Механизм выполнен в виде рапирообразного стержня 2 с укрепленным на его конце коллектором /; при этом рапирообразный стержень посредством подвижного сферического подщипника 3 укреплен в консольной части выдвижной трубки 4 телескопического механизма, расположенного IHO оси Z, совпадающей с направлением исследуемого электронного пучка 5. Исследуемое цространство ограничено стенками коллектора клистрона 6. Верхний конец рапирообразного стержня посредством сферического 7 и цилиндрического 8 щарниров и двух соединительных планок 9 кинематически связан с -ведущим валиком -10, расположенным .на коордннахной оси Z и 016ладающим возможностью вращательного и осевого движения.

Такая кинематическая схема обеспечивает пространственное перемещение конца рапирообразного стержня с укрепленным на нем зондом-датчиком в слециальной координатной системе Z; ф; в, при этом линейное перемещение зонда по координате Z осуществляется телескопическим перемещением вдоль оси Z опорного сферического подщипника 3, угловое перемещение по координате ф-вращением ведущего валика 10, а угловое перемещение по координате 6 осевым движением того же валика. В результате осевого движения ведущего валика изменяется угол наклона рапирообразного стержня 2 относительно оси Z,

Кроме перечисленных элементов на кинематической схеме показаны два микрометрических механизма 11 и 12 и цилиндрический щтурвал 13, служащие для плавного изменения координат зонда-датчика.

Герметизация вакуумного ввода рапирообразного стержня осуществлена посредством сильфона 14, герметично закрепленного одним концом на бортике 15 рапирообразного стержня, а другим на фланце цилиндрического стакана 16, который служит корпусом всего устройства орбитального зонда и герметично установлен на коллекторе клистрона. Электрическим вводом служит проводник 1/7, заключенный (с применением керамической и стеклянной изоляции) в экранирующую трубку 18, выполненную в виде цилиндрической опирали, и изолятор 19.

Поступающие с орбитального зонда зондсигналы, пропорциональные величине тока, индуцируемого через ту или иную локальную область исследуемого сечения пучка, могут быть зарегистрированы или измерены различными способами. В частности, для визуального наблюдения топографии исследуемого пучка зонд-сигналы, поступающие в виде отрицательных импульсов на вход импульсного усилителя, с выхода этого усилителя в виде положительных импульсов подают на управляющий электрод трубки осциллографа, которая до этого была почти полностью заперта, отпирают последнюю, пропуская на ее экран электронный луч в течение времени, соответствующего длительности зонд-сигнала.

При этом развертка на экране трубки следящего электронного луча осуществляется путем подачи на ее отклоняющие пластины, сдвинутых на 90°, синхронных синусоидальных напряжений, меняющих соответствующим образом масщтаб синусоиды на каждый период в моменты перехода орбитального зонда с орбиты на орбиту.

При условии соответствующего послесвечения трубки на ее экране будет изображение сла|бого следа электронного луча, описывающего в определенном масщтабе траекторию движения орбитального зонда в исследуемом азимутальном сечении электронного пучка, т. е. замкнутой ступенчато-круговой спирали. При этом в определенных участках изображения ступенчато-круговой спирали, соответствующих моментам подачи на трубку отпирающих ее импульсов, будут появляться яркие метки и, если зонд-сигналы синхронизированы определенным образом с импульсами ускоряющего напряжения клистрона, эти метки расположатся по радиальным направлениям экрана в виде светящихся дорожек, орределяющих область существования пучка в исследуемом сечении.

Измерения тока, протекающего через ту или иную локальную область исследуемого сечения пучка, можно осуществить, например, путем подачи зонд-сигнала интересующей нас локальной области непосредственно на вход импульсного осциллографа. Для этого зонд-датчик должен быть зафиксирован в определенном положении.

Таким же образом можно одновременно измерить токи, протекающие через ряд ло«альНых областей исследуемого сечения пучка, расположенных по любому радиально.му направлению этого сечения, если сообщить зонд-датчику возвратно-поступательное движение в том или ином из указанных радиальных направлений.

Предмет изобретения

1.Анализатор электронного потока с применением электрсУда-:коллекто.ра и внешнего регистрирующего прибора, отличающийся тем, что, с -целью уменьщения вакуумного объема и исключения необходимости размещения в этом объеме механизма развертки исследуемого электронного потока, электродколлектор укреплен на внутреннем конце подвижного органа, выполненного в виде трехэвениото шарнирно-рычажного механизма, основное звено -которого посредством сферической опоры закреплено на -подвижной телескопической трубке, а его внешний конец посредством пространственного шарнира, свободного промежуточного звена и плоского шарнира Связан с ведущим звеном, установленным в подвижных опорах, закрепленных

на той же телескопической трубке так, что это звено имеет возможность осевого и вращательного движения.

2.Анализатор по л. 1, отличающийся тем, что он содержит внешний привод, который имеет дифференциальный .редуктор и кулачковый механизм, кинематически связанные между собой и с ведущим звеном шарнирнорычажного механизма, и внешний регистрирующий лр-ибор, содержащий электроннолучевую трубку, на экране которой в заданном

масштабе воспроизводится траектория движения электрода-коллектора в исследуемом поперечном сечении электронного потока, имеющая форму замкнутой ступенчато-круговой спирали, в определенных точках которой отображаются яркие метки, соответствующие месту и плотности -регистрируемой части электронного потока.

3.Анализатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что во внещнем приводе имеется переключающее устройство, позволяющее зафиксировать положение электрода-коллектора в любом месте исследуемой области электронного потока или сообщить электроду-коллектору возвратно-поступательное движение по любому радиальному направлению поперечного сечения этого потока.

4.Анализатор по п. 1, отличающийся тем, что электрод-коллектор имеет форму тела вращения, открытого или закрытого экраном с диафрагмирующим отверстием.

5.Анализатор по п. 1, отличающийся тем, что один конец сильфонного вакуумного вво.да герметично закреплен на корпусе всего устройства, а другой его конец также герметично закреплен на основном звене шарнирнорычажнаго механизма, адежду внутренним концом и сферической опорой основного звена.

6.Анализатор по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что внутренняя поверхность сильфона вакуумного ввода и вневакуумная часть основного звена шарнирно-рычажного механизма связаны с охладителем.

7.Анализатор по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что электрод-коллектО;р связан с внещним регистрирующим прибором посредством электрического -проводника, заключенного в экранирующую спиральную трубку, помещенную в вакуумном объеме.

8.Анализатор по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что корпус всего устройства имеет цилиндрическую форму и может телескопически перемещаться в дополнительном корпусе, герметично с ним сопряженном и имеющем фланец для присоединения к нему средств вакуумной откачки.

Риг. 2