CN102914561A - 检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的方法，第一步：将光纤传感器置于螺旋线中，将光纤线与解调仪连接；第二步：固定温度传感器；第三步：连接温度传感器、解调仪、PC机、螺旋线与主控制机连接；第四步：得到N个夹持性好的真空电子器件平均温差曲线S₀；第五步：得到待测的真空电子器件温差曲线Q；第六步：判断待测真空电子器件管壳与螺旋线之间的夹持性。一种实施该方法的装置，包括PC机、解调仪、主控制机、横梁和检测单元，检测单元包括真空电子器件管壳、光纤传感器和温度传感器。利用该方法和装置，可以在不破坏真空电子器件的前提下，实现对指定位置夹持性的测量。

Description

检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的方法及装置

技术领域

本发明属于光纤传感和工业测控领域，具体来说，涉及一种检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的方法及装置。

背景技术

真空真空电子器件是星载转发器和星载合成孔径雷达发射机的核心部件，因此被誉为卫星通讯系统的“心脏”。随着卫星通讯的快速发展，真空真空电子器件得到了越来越广泛的应用，对其可靠性以及寿命提出了越来越高的要求。对真空真空电子器件的高可靠性和长寿命设计是全世界关注的技术难题，它直接关系着整个卫星通讯系统的稳定性和使用寿命，而真空真空电子器件的可靠性和寿命受散热的严重制约。因此，对真空真空电子器件的热特性研究已经成为整管研制过程中的一项重要工作。

真空电子器件在使用情况下，周围空气与其之间的热释放的“阻力”称为热阻。空气与真空电子器件之间“热流”由管壳流向空气时由于热阻的存在，在空气与管壳之间就产生了一定的温度差，这就像电流流过电阻会产生压降一样。同样，真空电子器件内部也会存在一定的热阻。热阻越大，真空电子器件的散热能力越弱，器件的工作温度就难以降低。

对于宽带真空电子器件来说，限制其功率输出能力的最主要因素是慢波结构的散热能力。慢波结构主要以传导的形式向外传导热量，这些损耗引起了该部位很大的热流率，导致慢波结构温度上升，严重影响了慢波结构的稳定性和可靠性，制约了其输出功率的传输，当热损耗过大时，甚至会烧毁螺旋线。目前各领域对真空电子器件的要求是，进一步拓展带宽，增加输出功率，减小体积。

电子元器件的高效散热问题与传热学、流体力学等原理的应用密切相关。真空电子器件散热的目的是对电子设备的运行温度进行控制，以保证其工作的稳定性和可靠性。解决散热问题可以从两方面考虑：一方面，降低高频慢波结构的损耗；另一方面，提高螺旋线的散热能力。其中，制约高频结构散热能力的主要因素有螺旋线材料的热导率、螺旋线的尺寸(厚度、半径等)以及螺旋线、夹持杆和管壳之间接触热阻等。而螺旋线、夹持杆和管壳之间的接触热阻是影响散热性能的最大因素。因此，能否有效地降低接触热阻,是改善慢波结构散热性能的重要方法。而准确、真实地获得慢波结构的界面热阻率,从而判断其夹持性能的好坏是进行慢波结构散热特性的理论研究和实验研究的重要前提，也是提高真空电子器件成品率的重要保证。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的方法，该方法可以在不破坏真空电子器件的前提下，判断出真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的好坏，同时，本发明还提供了一种检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的装置，利用该装置可以在不破坏真空电子器件的前提下，实现对指定位置夹持性的测量，从而判断其夹持性的好坏。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的方法，该方法包括以下步骤：

第一步：将光纤线中的光纤传感器放置于螺旋线的内腔中，使光纤传感器与螺旋线的内壁接触，再将光纤线的一端与解调仪的光端口连接；

第二步：将温度传感器固定在真空电子器件管壳的外壁上，并使温度传感器的探头与真空电子器件管壳接触，且温度传感器的探头与真空电子器件管壳之间的接触点和光纤传感器与螺旋线内壁之间的接触点在同一竖直线上；

第三步：将解调仪的电端口与PC机的电端口连接；将螺旋线的两端分别与主控制机的电源输出端和电源输入端连接；将温度传感器的信号输出端与主控制机的信号输入端连接，主控制机的电端口与PC机的电端口连接；

第四步：取N个夹持性好的真空电子器件，对于每个真空电子器件，按照第一步至第三步装配后，启动解调仪，将解调仪的电流调置于至少10安培档，当光纤传感器上温度达到50℃-90℃时，记录下每秒采集到的光纤传感器上的温度和温度传感器上的温度，光纤传感器上的温度为T₁、T₂、T₃、……,单位为摄氏度，温度传感器上的温度为t₁、t₂、t₃、……，单位为摄氏度，然后做出光纤传感器上的温度随时间的变化曲线与温度传感器上的温度随时间的变化曲线，得到温差曲线S₁；依次对余下的N-1个夹持性好的真空电子器件进行测试，得到温差曲线S₂、S₃、……、S_N；对S₁、S₂、……、S_N取均值，得到平均温差曲线S₀；N为大于等于3的整数；

第五步：按照第一步至第三步，装配待测的真空电子器件，启动解调仪，将解调仪的电流调置于至少10安培档，当光纤传感器上温度达到50℃-90℃时，记录下每秒采集到的光纤传感器上的温度和温度传感器上的温度，光纤传感器上的温度为M₁、M₂、M₃、……,单位为摄氏度，温度传感器上的温度为m₁、m₂、m₃、……，单位为摄氏度，然后做出光纤传感器上的温度随时间的变化曲线与温度传感器上的温度随时间的变化曲线，得到温差曲线Q；

第六步：判断待测真空电子器件管壳与螺旋线之间的夹持性：对第四步得到的平均温差曲线S₀和第五步得到的温差曲线Q进行拟合，当拟合度大于等于95%时，待测真空电子器件管壳与螺旋线之间的夹持性能良好；当拟合度小于95%时，待测真空电子器件管壳与螺旋线之间的夹持性能差。

一种实施上述的检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的方法的装置，该装置包括PC机、解调仪、主控制机、横梁和检测单元，

检测单元包括真空电子器件管壳、螺旋线、光纤传感器和温度传感器，真空电子器件管壳位于横梁上方，且真空电子器件管壳固定在横梁上方；光纤传感器位于螺旋线的内腔中，光纤传感器与螺旋线的内壁接触，光纤传感器位于一根光纤线上；温度传感器固定在真空电子器件管壳的外侧壁面上，温度传感器的探头与真空电子器件管壳接触，且温度传感器的探头与真空电子器件管壳之间的接触点和光纤传感器与螺旋线内壁之间的接触点在同一竖直线上；所述的光纤线的一端与解调仪的光端口连接，解调仪的电端口与PC机的电端口连接；螺旋线的两端分别与主控制机的电源输出端和电源输入端连接，温度传感器的信号输出端与主控制机的信号输入连接，主控制机的电端与PC机的电端连接。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.在不破坏真空电子器件的前提下，实现对螺旋线内部及管壳温度的测量。常规测量真空电子器件界面热阻的方法是先将真空电子器件破坏掉再进行测量，这样以来真空电子器件就不可以继续使用，不能适应大规模的生产使用。而本发明在不破坏真空电子器件的前提下，利用光纤传感器来测量螺旋线内部的温度，利用温度传感器测量真空电子器件管壳的温度。

2.采用了光纤传感器来测量螺旋线内壁的温度，方便、快捷。本发明利用光纤传感器来测量螺旋线内壁的温度，光纤传感器的具有灵敏度较高、几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的特点，测量小型化器件具有优势。

3.在生产过程中，及时对真空电子器件的夹持性能进行检测，可以有效地挑拣出加持有问题的真空电子器件，提高真空电子器件的成品率，降低生产成本。常规测量真空电子器件界面热阻的方法是先将行真空电子器件坏掉再进行测量，这样以后行波管就不能继续使用了。本发明使用了光纤传感器来测量螺旋线内壁的温度，温度传感器来测量管壳的温度，并且螺旋线与光纤传感器的接触点和管壳与温度传感器的接触点，在竖直方向上是一致的。本发明提供的对真空电子器件的夹持性能进行检测的方法和装置，在没有破坏真空电子器件的前提下进行。同时，本发明的方法简单易操作，可以实时利用本发明的方法和装置对真空电子器件的夹持性能进行检测，提高真空电子器件的成品率，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明中装置的结构示意图。

图中有：PC机1、解调仪2、主控制机3、横梁4、真空电子器件管壳5、螺旋线6、光纤传感器7、温度传感器8、光纤线9、磁石块10。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术内容进行详细的阐述。

本发明的一种检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的方法，该方法包括以下步骤：

第一步：将光纤线9中的光纤传感器7放置于螺旋线6的内腔中，使光纤传感器7与螺旋线6的内壁接触，再将光纤线9的一端与解调仪2的光端口连接。

第二步：将温度传感器8固定在真空电子器件管壳5的外壁上，并使温度传感器8的探头与真空电子器件管壳5接触，且温度传感器8的探头与真空电子器件管壳5之间的接触点和光纤传感器7与螺旋线6内壁之间的接触点在同一竖直线上。

作为一种优选方案吗，所述的光纤传感器7和温度传感器8分别为三个，且光纤传感器7均匀布置在螺旋线6内腔中，温度传感器8均匀分布在真空电子器件管壳5外壁上。

第三步：将解调仪2的电端口与PC机1（PC机是指电脑主机）的电端口连接；将螺旋线6的两端分别与主控制机3的电源输出端和电源输入端连接；将温度传感器8的信号输出端与主控制机3的信号输入端连接，主控制机3的电端口与PC机1的电端口连接。

第四步：取N个夹持性好的真空电子器件，对于每个真空电子器件，按照第一步至第三步装配后，启动解调仪2，将解调仪2的电流调置于至少10安培档，当光纤传感器7上温度达到50℃-90℃时，记录下每秒采集到的光纤传感器7上的温度和温度传感器8上的温度，光纤传感器7上的温度为T₁、T₂、T₃、……,单位为摄氏度，温度传感器8上的温度为t₁、t₂、t₃、……，单位为摄氏度，然后做出光纤传感器7上的温度随时间的变化曲线与温度传感器8上的温度随时间的变化曲线，得到温差曲线S₁，依次对余下的N-1个夹持性好的真空电子器件进行测试，得到温差曲线S₂、S₃、……、S_N；对S₁、S₂、……、S_N取均值，得到平均温差曲线S₀；N为大于等于3的整数。

第五步：按照第一步至第三步，装配待测的真空电子器件，启动解调仪2，将解调仪2的电流调置于至少10安培档，当光纤传感器7上温度达到50℃-90℃时，记录下每秒采集到的光纤传感器7上的温度和温度传感器8上的温度，光纤传感器7上的温度为M₁、M₂、M₃、……,单位为摄氏度，温度传感器8上的温度为m₁、m₂、m₃、……，单位为摄氏度，然后做出光纤传感器7上的温度随时间的变化曲线与温度传感器8上的温度随时间的变化曲线，得到温差曲线Q。

第六步：判断待测真空电子器件管壳与螺旋线之间的夹持性：对第四步得到的平均温差曲线S₀和第五步得到的温差曲线Q进行拟合，当拟合度大于等于95%时，待测真空电子器件管壳与螺旋线之间的夹持性能良好；当拟合度小于95%时，待测真空电子器件管壳与螺旋线之间的夹持性能差。

在第六步中，可以使用MatLab软件对第四步得到的平均温差曲线S₀和第五步得到的温差曲线Q进行拟合。

如图1所示，实施上述的检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的方法的装置有多种，本发明采用的装置包括PC机1、解调仪2、主控制机3、横梁4和检测单元。检测单元是待测的真空电子器件管壳5和螺旋线6，既可以是夹持性好的真空电子器件管壳5和螺旋线6，又可以是夹持性差的真空电子器件管壳5和螺旋线6。在一个检测单元中，检测单元包括真空电子器件管壳5、螺旋线6、光纤传感器7和温度传感器8。真空电子器件管壳5位于横梁4上方，且真空电子器件管壳5固定在横梁4上。螺旋线6位于真空电子器件管壳5中，光纤传感器7位于螺旋线6的内腔中，光纤传感器7与螺旋线6的内壁接触，光纤传感器7上连接一根光纤线9。温度传感器8固定在真空电子器件管壳5的外侧壁面上，温度传感器8的探头与真空电子器件管壳5接触，且温度传感器8的探头与真空电子器件管壳5之间的接触点和光纤传感器7与螺旋线6内壁之间的接触点在同一竖直线上。光纤线9的一端与解调仪2的光端口连接，解调仪2的电端口与PC机1的电端口连接；螺旋线6的两端分别与主控制机3的电源输出端和电源输入端连接，温度传感器8的信号输出端与主控制机3的信号输入连接，主控制机3的电端与PC机1的电端连接。

进一步，为使检测更加高效和准确，所述的检测单元中，光纤传感器7和温度传感器8的数量相等，且光纤传感器7为三个或四个，且光纤传感器7和温度传感器8均匀分布在真空电子器件管壳5上。所述的三个或四个光纤传感器7位于同一根光纤线9中。当然，增加检测单元的数量，也可以使检测更加高效和准确。检测单元的数量至少为两个。

进一步，主控制机3包含接触器和电源，PC机1包括继电器和采集卡，接触器的控制端与继电器的受控端连接，接触器的受控端与电源连接，继电器焊接在采集卡上，采集卡置于PC机插槽内。

进一步，所述的用于检测真空电子器件与螺旋线之间夹持性的装置，还包括磁石块10，磁石块10位于横梁4上，且位于真空电子器件管壳5的下方。设置磁石块10，利用其磁性，使光纤传感器7与螺旋线6的内壁紧紧接触。

上述装置利用上述方法即可检测出待测的真空电子器件管壳与螺旋线之间的夹持性好或差。在检测过程中，PC机1通过调解仪2采集到光纤传感器7上温度，PC机1通过labView建立虚拟控制设备，由虚拟设备上的界面热阻测试系统将控制指令发送到PC机1的数据采集卡，数据采集卡将会根据接收到的指令控制继电器工作，进而控制接触器的通断。

Claims (7)

1.一种检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一步：将光纤线（9）中的光纤传感器（7）放置于螺旋线（6）的内腔中，使光纤传感器（7）与螺旋线（6）的内壁接触，再将光纤线（9）的一端与解调仪（2）的光端口连接；

第二步：将温度传感器（8）固定在真空电子器件管壳（5）的外壁上，并使温度传感器（8）的探头与真空电子器件管壳（5）接触，且温度传感器（8）的探头与真空电子器件管壳（5）之间的接触点和光纤传感器（7）与螺旋线（6）内壁之间的接触点在同一竖直线上；

第三步：将解调仪（2）的电端口与PC机（1）的电端口连接；将螺旋线（6）的两端分别与主控制机（3）的电源输出端和电源输入端连接；将温度传感器（8）的信号输出端与主控制机（3）的信号输入端连接，主控制机（3）的电端口与PC机（1）的电端口连接；

第四步：取N个夹持性好的真空电子器件，对于每个真空电子器件，按照第一步至第三步装配后，启动解调仪（2），将解调仪（2）的电流调置于至少10安培档，当光纤传感器（7）上温度达到50℃-90℃时，记录下每秒采集到的光纤传感器（7）上的温度和温度传感器（8）上的温度，光纤传感器（7）上的温度为T₁、T₂、T₃、……,单位为摄氏度，温度传感器（8）上的温度为t₁、t₂、t₃、……，单位为摄氏度，然后做出光纤传感器（7）上的温度随时间的变化曲线与温度传感器（8）上的温度随时间的变化曲线，得到温差曲线S₁；依次对余下的N-1个夹持性好的真空电子器件进行测试，得到温差曲线S₂、S₃、……、S_N；对S₁、S₂、……、S_N取均值，得到平均温差曲线S₀；N为大于等于3的整数；

第五步：按照第一步至第三步，装配待测的真空电子器件，启动解调仪（2），将解调仪（2）的电流调置于至少10安培档，当光纤传感器（7）上温度达到50℃-90℃时，记录下每秒采集到的光纤传感器（7）上的温度和温度传感器（8）上的温度，光纤传感器（7）上的温度为M₁、M₂、M₃、……,单位为摄氏度，温度传感器（8）上的温度为m₁、m₂、m₃、……，单位为摄氏度，然后做出光纤传感器（7）上的温度随时间的变化曲线与温度传感器（8）上的温度随时间的变化曲线，得到温差曲线Q；

第六步：判断待测真空电子器件管壳与螺旋线之间的夹持性：对第四步得到的平均温差曲线S₀和第五步得到的温差曲线Q进行拟合，当拟合度大于等于95%时，待测真空电子器件管壳与螺旋线之间的夹持性能良好；当拟合度小于95%时，待测真空电子器件管壳与螺旋线之间的夹持性能差。

2.按照权利要求1所述的检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的方法，其特征在于，所述的光纤传感器（7）和温度传感器（8）分别为三个，且光纤传感器（7）均匀布置在螺旋线（6）内腔中，温度传感器（8）均匀分布在真空电子器件管壳（5）外壁上。

3.一种实施权利要求1所述的检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的方法的装置，其特征在于，该装置包括PC机（1）、解调仪（2）、主控制机（3）、横梁（4）和检测单元，

检测单元包括真空电子器件管壳（5）、螺旋线（6）、光纤传感器（7）和温度传感器（8），真空电子器件管壳（5）位于横梁（4）上方，且真空电子器件管壳（5）固定在横梁（4）上；螺旋线（6）位于真空电子器件管壳（5）中，光纤传感器（7）位于螺旋线（6）的内腔中，光纤传感器（7）与螺旋线（6）的内壁接触，光纤传感器（7）位于一根光纤线（9）上；温度传感器（8）固定在真空电子器件管壳（5）的外侧壁面上，温度传感器（8）的探头与真空电子器件管壳（5）接触，且温度传感器（8）的探头与真空电子器件管壳（5）之间的接触点和光纤传感器（7）与螺旋线（6）内壁之间的接触点在同一竖直线上；所述的光纤线（9）的一端与解调仪（2）的光端口连接，解调仪（2）的电端口与PC机（1）的电端口连接；螺旋线（6）的两端分别与主控制机（3）的电源输出端和电源输入端连接，温度传感器（8）的信号输出端与主控制机（3）的信号输入连接，主控制机（3）的电端与PC机（1）的电端连接。

4.按照权利要求3所述的检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的装置，其特征在于，所述的检测单元中，光纤传感器（7）和温度传感器（8）的数量相等，且光纤传感器（7）为三个或四个，且光纤传感器（7）和温度传感器（8）均匀分布在真空电子器件管壳（5）上。

5.按照权利要求3所述的检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的装置，其特征在于，所述的检测单元至少为两个。

6.按照权利要求3所述的检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的装置，其特征在于，所述的主控制机（3）包括接触器和电源，PC机（1）包括继电器和采集卡，接触器的控制端与继电器的受控端连接，接触器的受控端与电源连接，继电器焊接在采集卡上，采集卡置于PC机插槽内。

7.按照权利要求3至6中任何一项所述的检测真空电子器件管壳与螺旋线之间夹持性的装置，其特征在于，还包括磁石块（10），磁石块（10）位于横梁（4）上，且位于真空电子器件管壳（5）的下方。

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