一种用于微通道板冲刷除气的电子枪装置

技术领域

本发明涉及一种电子枪装置，具体为一种用于微通道板冲刷除气的电子枪装置，属于真空电子技术领域。

背景技术

微通道板（Microchannel Plate，MCP）是一种大面阵微通道电子倍增器，它由高二次电子发射系数的含铅玻璃制成。由于其具有高增益、高分辨率、体积小、响应快等特点，被广泛应用于光子倍增与计数、光子探测与成像等技术领域，尤其是利用MCP制成的第三代微光像增强器，具有探测极微弱光信号的能力，目前已成为国内外微光夜视仪器的重要组成部分。

MCP在制作过程中，其通道内壁会吸附大量的残余气体，如H2O、N2、CO、CO2等，这些气体会导致MCP的寿命缩短、噪声增加，或者由此制作的光电转化器件的阴极灵敏度严重下降，为得到性能优异的MCP，必须对其进行冲刷除气。微通道板电子冲刷除气是MCP生产过程中必要的除气方法，同时也是微光像增强器研制过程中的关键工艺之一。现阶段，MCP的电子冲刷除气大多数直接采用电子枪作为电子发射源，因此设计高均匀性的电子枪装置至关重要。现有的电子枪装置主要存在以下问题，一是电子枪中灯丝的形状结构各异，具体有“V”字型、“Z”字型和“一”字型等多种形式，但均难以产生高均匀性的面电子束，导致MCP电子冲刷过程中的冲刷不均匀，从而影响微光像增强器成像时的图像质量；二是电子枪中灯丝的有效发射面积较小，决定了电子发射流密度不高，从而降低了电子冲刷除气效率；三是电子枪中灯丝上施加的单一负高偏压导致冲刷电子发生偏转，扰乱冲刷电子的运动轨迹，从而影响电子冲刷均匀性。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种用于微通道板冲刷除气的电子枪装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种用于微通道板冲刷除气的电子枪装置，包括引针法兰、圆筒型金属屏蔽罩、固定支撑杆以及灯丝，圆筒型金属屏蔽罩固定在引针法兰下方，圆筒型金属屏蔽罩的外侧壁竖直设置有固定支撑杆，圆筒型金属屏蔽罩的内部安装有灯丝；

圆筒型金属屏蔽罩为多层结构，各结构之间通过点焊的方式连接成一个整体，且自上到下各层结构依次为灯丝固定件、第一级金属屏蔽罩、绝缘陶瓷环连接件和第二级金属屏蔽罩；

固定支撑杆设置有四根，且其包括用于支撑灯丝固定件的两根灯丝固定件固定支撑杆、用于支撑第一级金属屏蔽罩的一根第一级金属屏蔽罩固定支撑杆、用于支撑第二级金属屏蔽罩的一根第二级金属屏蔽罩固定支撑杆；

灯丝为自行缠绕的蚊香型铼钨丝灯丝，且灯丝的两端分别与灯丝固定件中的第一封接环和第二封接环内部相连，同时在两个封接环的外部各自设计了一个引线端口作为灯丝电极。

作为本发明再进一步的方案：采用特殊定制结构并用于维持腔体真空的引针法兰的法兰直径为110mm，有效刀口直径100mm，配合100mm的标准铜圈使用，且引针法兰的中心位置设计四个贯穿的引针作为施加高压电源的引针接口，其中两个连接灯丝的电极，另外两个分别连接第一级金属屏蔽罩和第二级金属屏蔽罩。

作为本发明再进一步的方案：灯丝固定件为多层封接结构，自上到下各层结构分别为第一工字件、第一陶瓷环、第一封接环、第二陶瓷环、第二封接环、第三陶瓷环以及第二工字件，其中，工字件的直径为42mm、厚度为3mm，陶瓷环的直径为42mm、厚度为3mm，封接环的直径为42mm、厚度为0.1mm。

作为本发明再进一步的方案：第一级金属屏蔽罩固定在灯丝固定件下方，且第一级金属屏蔽罩为不锈钢材质加工而成的金属圆筒，其内径40mm，外径42mm，高度90mm。

作为本发明再进一步的方案：第一级金属屏蔽罩下方固定连接有绝缘陶瓷环连接件，且该绝缘陶瓷环连接件为第三工字件、第四陶瓷环、第四工字件的三层封接结构。

作为本发明再进一步的方案：第二级金属屏蔽罩固定在绝缘陶瓷环连接件下方，且第二级金属屏蔽罩为不锈钢材质加工而成的金属圆壁，其内径40mm，外径42mm，高度30mm。

作为本发明再进一步的方案：灯丝固定件固定支撑杆为不锈钢材质的金属长杆，其直径为5mm，长度为10mm，数量两个且形状完全相同，且灯丝固定件固定支撑杆的一端加工有直径3mm的内螺纹孔。

作为本发明再进一步的方案：第一级金属屏蔽罩固定支撑杆、第二级金属屏蔽罩固定支撑杆均为不锈钢材质的金属长杆，并包含与之配合的紧固螺钉，其直径为5mm，长度分别为50mm和90mm，且第一级金属屏蔽罩固定支撑杆和第二级金属屏蔽罩固定支撑杆的两端分别加工有直径3mm的内螺纹孔。

本发明的有益效果是：

1）本装置改变了先前的灯丝形状结构，巧妙的设计了蚊香型的灯丝结构，使灯丝发射出的冲刷电子更加均匀，达到了面电子源的效果；

2）本装置中的蚊香型灯丝结构显著增大了灯丝的有效发射面积，使得MCP的电子冲刷效率大大提升；

2）本装置在现有装置基础上额外增加了圆筒型金属屏蔽罩，由此形成密闭空间，可以有效地屏蔽外围环境对冲刷电子运动轨迹的影响。同时所述金属屏蔽罩分为上下两层，中间采用绝缘陶瓷环连接件进行连接，通过在上下两层金属屏蔽罩上分别施加不同的高压，二者的高压差会形成一个稳定均匀的内部聚焦电场，从而使灯丝发射的冲刷电子束垂直且均匀地冲刷在MCP输入面上。

附图说明

图1为本发明电子枪的结构示意图；

图2为本发明电子枪的剖视图；

图3为本发明电子枪中灯丝所采用的蚊香型结构实物图。

图中：1、引针法兰，2、圆筒型金属屏蔽罩，3、固定支撑杆，4、灯丝，5、灯丝固定件，6、第一级金属屏蔽罩，7、绝缘陶瓷环连接件，8、第二级金属屏蔽罩，9、灯丝固定件固定支撑杆，10、第一级金属屏蔽罩固定支撑杆，11、第二级金属屏蔽罩固定支撑杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1至图3所示，一种用于微通道板冲刷除气的电子枪装置，包括引针法兰1、圆筒型金属屏蔽罩2、固定支撑杆3以及灯丝4，圆筒型金属屏蔽罩2固定在引针法兰1下方，圆筒型金属屏蔽罩2的外侧壁竖直设置有固定支撑杆3，圆筒型金属屏蔽罩2的内部安装有灯丝4；

圆筒型金属屏蔽罩2为多层结构，各结构之间通过点焊的方式连接成一个整体，且自上到下各层结构依次为灯丝固定件5、第一级金属屏蔽罩6、绝缘陶瓷环连接件7和第二级金属屏蔽罩8；

固定支撑杆3设置有四根，且其包括用于支撑灯丝固定件5的两根灯丝固定件固定支撑杆9、用于支撑第一级金属屏蔽罩6的一根第一级金属屏蔽罩固定支撑杆10、用于支撑第二级金属屏蔽罩8的一根第二级金属屏蔽罩固定支撑杆11；

灯丝4为自行缠绕的蚊香型铼钨丝灯丝，且灯丝4的两端分别与灯丝固定件5中的第一封接环和第二封接环内部相连，同时在两个封接环的外部各自设计了一个引线端口作为灯丝电极。

实施例二

如图1至图3所示，本实施例中除包括实施例一中的所有技术特征之外，还包括：

采用特殊定制结构并用于维持腔体真空的引针法兰1的法兰直径为110mm，有效刀口直径100mm，配合100mm的标准铜圈使用，且引针法兰1的中心位置设计四个贯穿的引针作为施加高压电源的引针接口，其中两个连接灯丝4的电极，另外两个分别连接第一级金属屏蔽罩6和第二级金属屏蔽罩8。

灯丝固定件5为多层封接结构，自上到下各层结构分别为第一工字件、第一陶瓷环、第一封接环、第二陶瓷环、第二封接环、第三陶瓷环以及第二工字件，其中，工字件的直径为42mm、厚度为3mm，陶瓷环的直径为42mm、厚度为3mm，封接环的直径为42mm、厚度为0.1mm。

第一级金属屏蔽罩6固定在灯丝固定件5下方，且第一级金属屏蔽罩6为不锈钢材质加工而成的金属圆筒，其内径40mm，外径42mm，高度90mm。

第一级金属屏蔽罩6下方固定连接有绝缘陶瓷环连接件7，且该绝缘陶瓷环连接件7为第三工字件、第四陶瓷环、第四工字件的三层封接结构。

第二级金属屏蔽罩8固定在绝缘陶瓷环连接件7下方，且第二级金属屏蔽罩8为不锈钢材质加工而成的金属圆壁，其内径40mm，外径42mm，高度30mm。

实施例三

如图1至图3所示，本实施例中除包括实施例一中的所有技术特征之外，还包括：

灯丝固定件固定支撑杆9为不锈钢材质的金属长杆，其直径为5mm，长度为10mm，数量两个且形状完全相同，且灯丝固定件固定支撑杆9的一端加工有直径3mm的内螺纹孔，从而能够实现与引针法兰1的引针进行螺纹配合。

第一级金属屏蔽罩固定支撑杆10、第二级金属屏蔽罩固定支撑杆11均为不锈钢材质的金属长杆，并包含与之配合的紧固螺钉，其直径为5mm，长度分别为50mm和90mm，且第一级金属屏蔽罩固定支撑杆10和第二级金属屏蔽罩固定支撑杆11的两端分别加工有直径3mm的内螺纹孔，一端能够与引针法兰1的引针进行螺纹配合，另一端通过螺钉分别固定第一级金属屏蔽罩6和第二级金属屏蔽罩8。

实施例四

一种用于微通道板冲刷除气的电子枪装置，具体结构示意图如图1所示，本发明电子枪装置包括引针法兰1、圆筒型金属屏蔽罩2、固定支撑杆3和灯丝4部分组成。

此电子枪的具体安装方式如下：对于所述灯丝固定件5和所述绝缘陶瓷环连接件7，按照设计的结构层次进行铜封封接，封接后的成品需要进行清洗操作和绝缘性检查，之后，便可将灯丝固定件5、第一级金属屏蔽罩6、绝缘陶瓷环连接件7和第二级金属屏蔽罩8四部分组合成圆筒型金属屏蔽罩2，各部分彼此之间的连接方式通过镍带点焊的形式，为了后期拆卸方便，点焊的位置不宜过多，建议每一圆周进行相隔90度的四个焊点即可。

此后便可将蚊香型铼钨丝灯丝4的两端焊接在所述灯丝固定件5中的两个封接环内部。其中，所述蚊香型铼钨丝灯丝4为自行缠绕而成，先将铼钨丝围绕超细铁丝缠绕，形成螺旋形结构的灯丝4，其中超细铁丝直径1mm左右，之后再将螺旋状灯丝按照蚊香的形状进行弯曲，从而形成蚊香型铼钨灯丝4。

为了进一步紧固电子枪装置中的各部分部件，防止使用过程中零部件脱落，同时为了对灯丝4和圆筒型金属屏蔽罩2分别施加负高压，设置了灯丝固定件固定支撑杆9、第一级金属屏蔽罩固定支撑杆10和第二级金属屏蔽罩固定支撑11。两只灯丝固定件固定支撑杆分别通过螺纹配合与引针法兰1的一对引针固定，另一端分别通过镍带与灯丝固定件5封接结构中的两个封接环进行点焊固定。两只金属屏蔽罩固定支撑杆分别通过螺纹配合与引针法兰1的另一对引针固定，另一端分别通过螺钉与第一级金属屏蔽罩6和第二级金属屏蔽罩8进行固定连接。此外，这四只固定支撑杆还充当了电极连接线的作用，用于给灯丝4和圆筒型金属屏蔽罩2分别施加不同的高压电压。

使用过程中，若需对某一零部件进行维修或者更换，可以利用手术刀片切断彼此相邻之间的焊点，并将四只固定支撑杆拧出，即可完成所有零部件的分离，从而对特定零部件进行维修或者更换。此方案简单实用，且有效解决了焊接后不可调整，更换繁琐的问题

工作原理：首先，将装有待冲刷微通道板的管壳固定在电子枪装置的圆筒型金属屏蔽罩2下方，一般情况下微通道板上表面距离圆筒型金属屏蔽罩2出口约3cm为宜。之后，将各电极分别施加不同的高压。若无特殊情况，一般设置微通道板输入面为参考零电位，即共地电位。除此之外，还有4路高压可设置，电位从高到低分别为：第一路高压为微通道板高压，第二路高压为第二级金属屏蔽罩8负高压，第三路高压为第一级金属屏蔽罩6负高压，第四路高压为灯丝4负高压。在此装置中，我们选择将微通道板高压设置为800V，灯丝负高压设置为-500V，相应的，第一级金属屏蔽罩6负高压和第二级金属屏蔽罩8负高压可以分别设置为-500V与0V之间的任意值，经过我们模拟仿真与实验分析结果表面，设置第一级金属屏蔽罩6负高压为-400V，设置第二级金属屏蔽罩8负高压为-100V，实验效果最佳。

采用电流源对灯丝4进行加热，在达到特定功率时，灯丝4表面可发射出大量热电子，这些热电子即冲刷电子在高压电场的作用下向微通道板运动，一般情况下，灯丝4发射的电子是向四周运动的，当冲刷电子到达微通道板表面时，它处于一种发散的形式，不利于微通道板冲刷除气的均匀性。在此电子枪装置中，由于额外增加了两级金属屏蔽罩，两者之间的高压差会在交界面形成一个聚焦电场，具有聚焦电子的功能，因此灯丝4发射的发散型的冲刷电子经过聚焦电场的作用，处于一种会聚的状态，通过调整第一级金属屏蔽罩6和第二级金属屏蔽罩8的高压电压值，从而实现精确控制冲刷电子运动轨迹的功能。从而使灯丝4发射的冲刷电子束垂直且均匀地冲刷在微通道板输入面上。

实际应用中，本发明的电子枪装置需要配合特定的高压电源使用，所述高压电源为：DW-QL型，主要参数：电流源最大输出功率24V；具有多路高压输出，其电压输出范围分别为：0~-500V；0~-500V；0~3kV；0~4kV；市场可购置。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。