二次电子发射系数测控系统软硬件设计

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目前,有关材料二次电子发射现象的研究引起了人们越来越多的重视。因为二次电子发射特性不仅是决定航天器可靠性、安全性和工作寿命的重要因素,同时也对真空电子器件的性能有着重要的影响,因此快速精准测量靶材的二次电子发射特性对各类真空电子器件和航天器表面材料的评估、设计和性能提高都有着重要意义。  根据材料的性质不同,二次电子发射系数测量可分为对金属材料二次电子发射系数的测量和对绝缘体材料二次电子发射系数的测量。金属材料因其良好的导电性,二次发射系数测量方法目前比较成熟,研究的资料比较丰富。相对来说,绝缘材料由于其导电性差,一次电子轰击靶材后,会导致绝缘靶材表面有积累电荷产生,引起表面电势的变化,从而导致测量误差。所以,目前关于如何准确测量绝缘材料在不同负高压电子轰击下二次电子发射系数并没有完美的解决方案。  鉴于此,课题创造性地提出了三枪法二次电子发射系数测量方案,完美解决了绝缘材料表面积累电荷清除技术难题,实现了二次电子发射系数完整曲线的快速精准测量;提出了电子束切割采样方案,获得了均匀性很好的一次电子束流,实现了一次电子电流和二次电子电流的同步测量,避免了一次电子束波动对测量精度的影响;研究了二次电子收集技术方案,实现了对待测材料表面出射电子的全收集;研制出了亚微安电流的脉冲微小电流电子枪,减小了绝缘体表面的电位变化幅度,提高了测量精度;研制出了脉冲微电流积分放大器,实现了对电子束电荷量的相对测量。为了解决目前不能对二次电子发射系数进行快速测量的难题,课题对一款采集卡系统PCI-25016E进行了二次开发,设计出采集软件,能自动对测量电子枪在不同负高压下靶材的二次电子发射系数进行实时研究和分析,并将采集数据通过图形化界面显示出来。通过软件快速自动采集的数据,验证了测量系统设计的正确性,并探究了电流比 k值和电子束流、收集极电压、测量电子枪栅极电压等诸多因素的关系,从而找出测量系统最佳工作参数。最后以玻璃片为靶材进行了实例测量,对实验数据进行拟合,最终求得玻璃片?与负高压v之间的关系式。  总之,课题建立的二次电子发射系数测量系统可对导体、半导体及绝缘体的二次电子发射系数进行精确的快速测量。
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