CN102411129B - 一种用于pcm聚焦系统磁场分布测量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，涉及微波器件技术，包括四个主要部分：调节旋钮组件、磁钢固定板组件、矩形支架以及装置托架。该装置可以在一定范围内精确调节PCM聚焦系统中两组相对聚焦平面之间的距离，通过可拆卸机构可广泛适应不同的聚焦方案，并可为磁测量探针提供确定的运动路径。本发明装置针对带状电子注器件的研制和测试，具有调节精度高、通用性强、操作简便的优点，能够满足实际工程中对PCM聚焦系统进行精密调节和测量以及优选聚焦方案的要求。

Description

一种用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置

技术领域

本发明涉及微波器件技术领域，是一种为带状电子注器件中所用PCM(periodic cusped magnetic focusing)聚焦系统磁场分布测量而设计的精密机构，用于微波电真空器件制造和测试的特殊装置。

背景技术

随着科学技术的发展，对能够输出高功率微波的新型器件提出了日益迫切的需求，在常规微波器件中采用带状电子注能够使器件兼具高频率和高功率的优点，这已为从二十世纪九十年代以来大量开展的理论和实验研究工作所证实。但是为制造出实用化的带状注速调管或行波管，首要的前提是制成能够维持带状电子注长距离稳定传输的电子光学系统。

对于在矩形漂移管中传输的矩形截面带状注，理论分析已经表明通过采用闭合的PCM聚焦系统可以在电子注的窄边和宽边方向同时实现电子注内空间电荷力与约束磁场有质动力聚焦力之间的精确平衡，数值计算给出的电子注稳定传输距离可达1m以上。但鉴于这一聚焦方案对磁位形的空间分布有着严格的要求，并考虑到实际的磁钢组件存在加工误差和充磁强度的不均匀性，因此在器件上安装聚焦系统之前必须对其进行精密调节和测量，这是确保带状注电子光学系统研制成功的关键步骤。目前，在器件上安装聚焦系统之前尚没有精密调节和测试的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，对PCM聚焦磁场位形空间分布进行测量，有效解决了带状注电子光学系统中外部聚焦磁场的精密测量和调节问题。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，用于对带状注器件中聚焦系统的测试，其包括调节旋钮组件、磁钢固定板组件、支架和装置托架；

其中，四个调节旋钮组件与四组磁钢固定板组件一一对应，分别固接在框状矩形支架的四个侧面上，两组磁钢固定板组件和两个调节旋钮组件分别位于两垂直侧面，另两组磁钢固定板组件和两个调节旋钮组件分别位于两水平侧面；

框状矩形支架经定位杆与装置托架动连接，矩形支架的水平侧面与定位杆、装置托架的纵轴平行，框状矩形支架的框内中心部分，在装置托架的纵向水平套设有导向板，导向板与矩形支架四个侧面之间为四个磁钢固定板组件。

所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其所述装置托架，包括固定架，定位杆，定位杆榫头，导向盖板和导向板；其中，U形固定架两垂直侧壁上一侧设有四个盲孔，另一侧的对应位置处设有同样的四个盲孔，两个侧壁上的四个盲孔依矩形四角点设置，使用时在固定架一侧的每一盲孔内对应插入一定位杆榫头，定位杆榫头一端开有带内螺纹的盲孔，盲孔内螺纹与定位杆外螺纹相适配；定位杆一端插入固定架的盲孔内，相对定位杆榫头的盲孔内固接定位杆的带螺纹的另一端，定位杆呈纵向水平状；

U形固定架两垂直侧壁上四个盲孔围成的矩形内，水平设有一长条形通孔，两通孔固接于导向板和导向盖板的两端，导向板和导向盖板位于纵向水平位置；

导向板和导向盖板固接为一体，导向板的下表面与导向盖板的上表面叠置。

所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其所述框状矩形支架，包括盖板、U形架、固紧件、长通孔和圆形孔座；其中，盖板两端与U形架两垂直侧壁上端固接，盖板与U形架底面呈水平状；盖板上表面横向设有两平行的柱状凸起，U形架底面下表面横向设有两平行的柱状凸起，两组平行柱状凸起相互对应；

各柱状凸起的中心轴向设有圆形长通孔，各柱状凸起的外侧壁中部设有固紧件，装置托架的四个定位杆分别套设于四个圆形长通孔中，以固紧件定位后，框状矩形支架悬挂于装置托架中；

盖板与U形架三侧壁中心部设有圆形孔座，圆形孔座包括一圆形孔和多个螺孔，在圆形孔外圆周均布有多个非贯通的螺孔；调节旋钮组件位于圆形孔外侧，磁钢固定板组件位于圆形孔内侧，调节旋钮组件底端经连接件与磁钢固定板组件固连，并由多个非贯通的螺孔固定于盖板和U形架三侧壁上。

所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其所述调节旋钮组件，包括外套筒，外套筒盖，内套筒，螺旋杆，标尺定向件和滚珠机构；其中，

外套筒套设于内套筒上部外圆周，一滚珠机构位于内套筒和外套筒相交处，内套筒和外套筒由滚珠机构动连接，通过滚珠机构，外套筒可相对于内套筒自由旋转；

外套筒内壁上设有蜗轮，内套筒、外套筒内套设有螺旋杆，螺旋杆下部与内套筒内壁滑动连接，螺旋杆上部与外套筒的蜗轮旋动连接，构成蜗轮蜗杆机构，螺旋杆下部侧面设有标尺定向件，螺旋杆总行程≤10mm，位移精度为0.02mm；

外套筒顶端有外套筒盖，下端外圆周为向内收缩的斜面，斜面上有刻度线；内套筒下端外圆周处有固定凸台，固定凸台上均布有多个通孔，内套筒侧面纵向开有条形槽，条形槽边缘有刻度线；螺旋杆上的标尺定向件位于条形槽内；

调节旋钮组件由内套筒下端外圆周处的固定凸台通过螺钉固定在矩形支架上圆形孔外圆周的多个非贯通螺孔内，调节旋钮组件的螺旋杆底端经连接件与磁钢固定板组件固连。

所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其所述四组磁钢固定板组件，其中两组宽边磁钢固定板组件在相对两侧，两组窄边磁钢固定板组件在相对另两侧，相互平行设置；

每组磁钢固定板组件，包括支撑板，磁钢定位板，连接件，固定件；支撑板下表面中心纵向有燕尾状导槽，磁钢定位板上表面中心纵向有燕尾状凸台，导槽与凸台相适配，纵贯板面，可滑配连接；支撑板中心有圆形凹槽，凹槽与螺旋杆下端面相适配，两者以连接件固连；支撑板与磁钢定位板之间设有固定件，滑配连接后，以固定件定位；

支撑板纵向两侧缘设有贯通的开放条状长槽，磁钢定位板一端设有贯通的向下凸台；使用时，开放条状长槽内固装PCM聚焦系统中的磁钢和极靴，凸台则限制磁钢和极靴的起始安装位置。

所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其所述导向板上表面、下表面分别开有贯通的导槽，在对PCM聚焦系统内部的磁场分布进行测量时，导向板将约束二维霍尔探头在导槽中运动的路径。

所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其所述盖板两端与U形架两垂直侧壁上端固接，是通过固紧件固接；固紧件为螺孔、螺钉组件，其中，支撑板与磁钢定位板相对位置处，支撑板上设有通孔，磁钢定位板上设有螺孔，盖板两端与U形架两垂直侧壁上端相对位置处，盖板两端设有通孔，U形架两垂直侧壁上端设有螺孔，将固定螺钉穿过通孔后，与相应螺孔固接、定位；柱状凸起外侧壁中部设有螺孔，锁紧螺钉旋过螺孔后，可松开的压紧定位杆定位。

所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其所述滚珠机构，包括凹槽、凸台、螺孔、滚珠；在内套筒上端外圆周有截面为半圆形的凹槽，外套筒下部外圆周设有凸台，凹槽与凸台相对应；凸台上均布有多个贯通的螺孔，每一螺孔内设有一滚珠，滚珠由其后的压紧螺钉旋入定位，使滚珠位于凹槽中，并与凹槽动连接。

所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其所述连接件，为螺孔、螺钉组件，支撑板圆形凹槽中有通孔，螺旋杆下端面有螺孔，连接螺钉穿过通孔后，与相应螺孔固接。

本发明是一种用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其特点是四个方向上聚焦结构的位置可以独立调节，位移精度可达0.02mm；同时磁钢和极靴能够拆卸，从而可对比不同聚焦方案的优劣以进行选择。使用该装置可以精确测量聚焦系统内磁场的位形分布，同时可据此进一步衍生为实际器件中的可调式磁聚焦结构。

附图说明

图1是本发明的一种用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置立体结构示意图；

图2是本发明精密装置的调节旋钮组件的示意图，其中，图2(a)是正视图；图2(b)是图2(a)的A-A截面的剖视图；

图3(a)是本发明精密装置的宽边方向的磁钢固定板组件的结构示意图及局部放大视图；

图3(b)是本发明精密装置的窄边方向的磁钢固定板组件的结构示意图及局部放大视图；

图4是本发明精密装置的矩形支架结构示意图；

图5(a)是本发明精密装置的托架结构示意图；

图5(b)是本发明精密装置的托架上可拆卸构件的结构图。

具体实施方式

本发明是一种在测量带状注电子光学系统中PCM聚焦系统磁场分布时所用的精密装置，如图1中所示，该结构包括调节旋钮组件1(4组)、磁钢固定板组件2(对应不同宽度尺寸各2组)、矩形支架3和装置托架4共四部分。其中，四个调节旋钮组件1与四个磁钢固定板组件2一一对应，分别固接在框状矩形支架3的四个侧面上，两组磁钢固定板组件2和两个调节旋钮组件1分别位于垂直侧面，另两组磁钢固定板组件2和两个调节旋钮组件1分别位于水平侧面。

框状矩形支架3经定位杆与装置托架4动连接，矩形支架3的水平侧面与定位杆、装置托架4的纵轴平行，框状矩形支架3的框内中心部分，在装置托架4的纵向水平套设有导向板，导向板与矩形支架3四个侧面之间为四个磁钢固定板组件2。

调节旋钮组件1的结构可参考图2，包括外套筒11，外套筒盖12，内套筒13，螺旋杆14，标尺定向螺钉15和滚珠机构16。调节旋钮组件1由内套筒13下端外圆周处的固定凸台134通过螺钉固定在矩形支架3上的圆形孔座35内(见图1及图4)，内套筒13和外套筒11由滚珠机构16连接。在内套筒13上端外圆周刻有截面为半圆形的凹槽131，外套筒11下部外圆周设有凸台111，凸台111上均匀分布有6个贯通的螺孔161，安装时将内套筒13和外套筒11在连接位置处对齐，即内套筒13的凹槽131与凸台111上的螺孔161相对，在6个螺孔161内分别放入滚珠，之后在每个螺孔161内拧入螺钉，适当压紧滚珠即形成滚珠机构16，将内套筒13和外套筒11连接起来。通过滚珠机构16，外套筒11可以相对于内套筒13自由旋转，并通过外套筒11内侧壁面上的蜗轮112带动螺旋杆14产生上升或下降运动。在螺旋杆14侧面安装有标尺定向螺钉15，标尺定向螺钉15只能在内套筒13侧面纵向预先开好的条形槽132(槽132边缘有刻度线133和数字用于读取行程)中运动，这一方面限制螺旋杆14只有伸缩而无旋转运动，另一方面可由标尺定向螺钉15上的刻线指示螺旋杆14的位移距离以实现对聚焦系统的精确调节。外套筒11的蜗轮112与螺旋杆14上端的蜗杆构成的蜗轮蜗杆机构，在蜗轮112旋转一周时蜗杆移动1mm，类似于千分尺的原理，在外套筒11下端的斜面上均匀分布有50条刻度线113，外套筒11旋转过两相邻刻度线113对应着螺旋杆14前进或后退0.02mm。外套筒盖12通过螺纹安装在外套筒11上端用于防尘。

为适应PCM磁聚焦系统的结构特点，磁钢固定板组件2具有宽边和窄边两种规格，分别对应图3(a)和图3(b)。图3(a)中的结构包括支撑板21A，磁钢定位板22A，连接螺钉23A，固定螺钉24A；图3(b)中的结构包括支撑板21B，磁钢定位板22B，连接螺钉23B，固定螺钉24B。由于图3(a)和图3(b)中的结构基本类似，下面以图3(a)为例进行说明。支撑板21A通过连接螺钉23A与调节旋钮组件1中的螺旋杆14固定在一起(见图1及图2)，支撑板21A与磁钢定位板22A之间是可拆卸的结构，在两者的相对面上，位于支撑板21A中部纵向设有燕尾状导槽211A，磁钢定位板22A中部纵向设有凸台221A，导槽211A与凸台221A相适配，磁钢定位板22A通过凸台221A与支撑板21A上具有斜面的导槽211A滑配连接，再旋入螺钉24A将两者固定后装入测量装置内。工作状态时，旋入的固定螺钉24A是为避免磁钢定位板22A与支撑板21A之间可能出现的相对移动(并不承受外力)。磁钢定位板22A前部凸台222A的作用是限制磁钢和极靴的起始安装位置，平行长边方向开通的两条长槽223A是为固定PCM聚焦系统中的磁钢和极靴以适应不同的PCM磁聚焦方案。

如图4中所示，矩形支架3包括盖板31，U形架32、锁紧螺钉33、长通孔34和圆形孔座35。盖板31两侧端和U形架32上端由螺钉固接在一起，调节旋钮组件1通过内套筒13的固定凸台134，由螺钉安装在矩形支架3上的圆形孔座35内(见图1)，矩形支架3连同调节旋钮组件1和磁钢固定板组件2通过盖板31和U形架32上的4个长通孔34悬挂在装置托架4中的定位杆42上(见图1和图5(a))。在盖板31和U形架32上的长通孔34侧壁开有螺孔安装锁紧螺钉33，目的是在测试状态时固定矩形支架3在定位杆42上的相对位置不发生移动；但在拧松锁紧螺钉33时，矩形支架3则可在定位杆42上的一定范围内滑动，这使得PCM聚焦系统在空间三个维度方向上均能改变位置进行调节。

如图5(a)所示，装置托架4包括固定架41，定位杆42，定位杆榫头43，导向盖板44和导向板45。定位杆42用于悬挂矩形支架3，定位杆42与定位榫头43相配合可确保其与固定架41的侧壁抵紧或是将其从固定架41上拆下。对PCM磁场进行测试时，首先将磁钢和极靴通过两条长槽223A和223B分别安装在磁钢定位板22A和22B上，然后将其分别装入支撑板21A和21B中，再将定位杆42穿于矩形支架3上的长通孔34内，最后使用定位杆榫头43将安装有PCM聚焦系统的被测组件悬挂在固定架41上即可。在导向板45上预先开有多个纵向导槽，当与导向盖板44叠置在一起之后就构成了二维霍尔探头的运动路径。测量时，将导向板45和导向盖板44插入固定架41侧壁的通孔46内(见图5(a))。

该精密测量装置模拟PCM磁聚焦系统的实际工作状态，可以调节磁钢组件之间的相对距离，并可根据需要更换不同周期长度和厚度的磁钢及极靴，为实际工作提供了很大的灵活性；参考这一机构，也可以发展出应用在实际器件上的可调节的磁聚焦结构。

在对PCM磁聚焦系统的实际测试过程中，该精密装置确保了测量结果的准确可靠，并且表现出较强的适用性，为带状注电子光学系统的研制发挥出了必不可少的作用。该装置同样可用于对只有两个聚焦平面的Wiggler(摇摆器)聚焦结构中的磁场分布进行测量，此时只使用矩形支架3上相对的两组调节旋钮组件1即可。在实际带状注器件中，参照该装置可发展出悬挂在管体拉紧螺杆上的可调式聚焦方案，这对处于研制阶段的新型器件具有重要的实际意义，原因在于为了充分挖掘器件的潜力，在热测过程中通常需要对外部聚焦磁场进行反复调节以找到最佳的工作状态。

Claims (9)

1.一种用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，用于对带状注器件中聚焦系统的测试，其特征在于：包括调节旋钮组件、磁钢固定板组件、支架和装置托架；

其中，四个调节旋钮组件与四组磁钢固定板组件一一对应，分别固接在框状矩形支架的四个侧面上，两组磁钢固定板组件和两个调节旋钮组件分别位于两垂直侧面，另两组磁钢固定板组件和两个调节旋钮组件分别位于两水平侧面；

框状矩形支架经定位杆与装置托架动连接，矩形支架的水平侧面与定位杆、装置托架的纵轴平行，框状矩形支架的框内中心部分，在装置托架的纵向水平套设有导向板，导向板与矩形支架四个侧面之间为四个磁钢固定板组件。

2.如权利要求1所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其特征在于：所述装置托架，包括固定架，定位杆，定位杆榫头，导向盖板和导向板；其中，U形固定架两垂直侧壁上一侧设有四个盲孔，另一侧的对应位置处设有同样的四个盲孔，两个侧壁上的四个盲孔依矩形四角点设置，使用时在固定架一侧的每一盲孔内对应插入一定位杆榫头，定位杆榫头一端开有带内螺纹的盲孔，盲孔内螺纹与定位杆外螺纹相适配；定位杆一端插入固定架的盲孔内，相对定位杆榫头的盲孔内固接定位杆的带螺纹的另一端，定位杆呈纵向水平状；

U形固定架两垂直侧壁上四个盲孔围成的矩形内，水平设有一长条形通孔，两通孔固接于导向板和导向盖板的两端，导向板和导向盖板位于纵向水平位置；

导向板和导向盖板固接为一体，导向板的下表面与导向盖板的上表面叠置。

3.如权利要求1所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其特征在于：所述框状矩形支架，包括盖板、U形架、固紧件、圆形长通孔和圆形孔座；其中，盖板两端与U形架两垂直侧壁上端固接，盖板与U形架底面呈水平状；盖板上表面横向设有两平行的柱状凸起，U形架底面下表面横向设有两平行的柱状凸起，两组平行柱状凸起相互对应；

各柱状凸起的中心轴向设有圆形长通孔，各柱状凸起的外侧壁中部设有固紧件，装置托架的四个定位杆分别套设于四个圆形长通孔中，以固紧件定位后，框状矩形支架悬挂于装置托架中；

盖板与U形架三侧壁中心部设有圆形孔座，圆形孔座包括一圆形孔和多个螺孔，在圆形孔外圆周均布有多个非贯通的螺孔；调节旋钮组件位于圆形孔外侧，磁钢固定板组件位于圆形孔内侧，调节旋钮组件底端经连接件与磁钢固定板组件固连，并由多个非贯通的螺孔固定于盖板和U形架三侧壁上。

4.如权利要求1所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其特征在于：所述调节旋钮组件，包括外套筒，外套筒盖，内套筒，螺旋杆，标尺定向件和滚珠机构；其中，

外套筒套设于内套筒上部外圆周，一滚珠机构位于内套筒和外套筒相交处，内套筒和外套筒由滚珠机构动连接，通过滚珠机构，外套筒可相对于内套筒自由旋转；

外套筒内壁上设有蜗轮，内套筒、外套筒内套设有螺旋杆，螺旋杆下部与内套筒内壁滑动连接，螺旋杆上部与外套筒的蜗轮旋动连接，构成蜗轮蜗杆机构，螺旋杆下部侧面设有标尺定向件，螺旋杆总行程≤10mm，位移精度为0.02mm；

外套筒顶端有外套筒盖，下端外圆周为向内收缩的斜面，斜面上有刻度线；内套筒下端外圆周处有固定凸台，固定凸台上均布有多个通孔，内套筒侧面纵向开有条形槽，条形槽边缘有刻度线；螺旋杆上的标尺定向件位于条形槽内；

调节旋钮组件由内套筒下端外圆周处的固定凸台通过螺钉固定在矩形支架上圆形孔外圆周的多个非贯通螺孔内，调节旋钮组件的螺旋杆底端经连接件与磁钢固定板组件固连。

5.如权利要求1或4所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其特征在于：所述四组磁钢固定板组件，其中两组宽边磁钢固定板组件在相对两侧，两组窄边磁钢固定板组件在相对另两侧，相互平行设置；

每组磁钢固定板组件，包括支撑板，磁钢定位板，连接件，固定件；支撑板下表面中心纵向有燕尾状导槽，磁钢定位板上表面中心纵向有燕尾状凸台，导槽与凸台相适配，纵贯板面，可滑配连接；支撑板中心有圆形凹槽，凹槽与螺旋杆下端面相适配，两者以连接件固连；支撑板与磁钢定位板之间设有固定件，滑配连接后，以固定件定位；

支撑板纵向两侧缘设有贯通的开放条状长槽，磁钢定位板一端设有贯通的向下凸台；使用时，开放条状长槽内固装PCM聚焦系统中的磁钢和极靴，凸台则限制磁钢和极靴的起始安装位置。

6.如权利要求1或2所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其特征在于：所述导向板上表面、下表面分别开有贯通的导槽，在对PCM聚焦系统内部的磁场分布进行测量时，导向板将约束二维霍尔探头在导槽中运动的路径。

7.如权利要求1或3所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其特征在于：所述盖板两端与U形架两垂直侧壁上端固接，是通过固紧件固接；固紧件为螺孔、螺钉组件，其中，支撑板与磁钢定位板相对位置处，支撑板上设有通孔，磁钢定位板上设有螺孔，盖板两端与U形架两垂直侧壁上端相对位置处，盖板两端设有通孔，U形架两垂直侧壁上端设有螺孔，将固定螺钉穿过通孔后，与相应螺孔固接、定位；柱状凸起外侧壁中部设有螺孔，锁紧螺钉旋过螺孔后，可松开的压紧定位杆定位。

8.如权利要求4所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其特征在于：所述滚珠机构，包括凹槽、凸台、螺孔、滚珠；在内套筒上端外圆周有截面为半圆形的凹槽，外套筒下部外圆周设有凸台，凹槽与凸台相对应；凸台上均布有多个贯通的螺孔，每一螺孔内设有一滚珠，滚珠由其后的压紧螺钉旋入定位，使滚珠位于凹槽中，并与凹槽动连接。

9.如权利要求5所述的用于PCM聚焦系统磁场分布测量的装置，其特征在于：所述连接件，为螺孔、螺钉组件，支撑板圆形凹槽中有通孔，螺旋杆下端面有螺孔，连接螺钉穿过通孔后，与相应螺孔固接。

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