CN106531606A - 一种用于太空环境的开放式微通道板组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于太空环境的开放式微通道板组件，将各个组件拆分成单个个体，方便加工；然后通过设计带止口的框架可对微通道板进行容纳和夹持，使得组装方便并且可保证产品的稳定性；全部采用聚酰亚胺框对微通道板和电极进行夹持；聚酰亚胺具有绝缘性强，机械强度高，加工工艺性好，逸气率低等特点，适合微通道板组件的工作要求，也适合太空环境的应用；在微通道板之间增加导电箔，导电箔可以在微通道板之间形成一个合适的间隙，电子在该间隙中可以自用运动，增加了入射到第二片微通道板之间的概率，提高了微通道板组件的增益。传统的微通道板组件中未使用该导电箔。

Description

一种用于太空环境的开放式微通道板组件

技术领域

本发明属于机械电子技术领域，具体涉及一种用于太空环境的开放式微通道板组件。

背景技术

微通道板(MCP)作为电子倍增的器件，在夜视仪、高能粒子探测和X射线探测等领域有着较为广泛的应用。微通道板(MCP)工作原理是在MCP板的两端施加高压，当带电粒子或高能光子撞击MCP的输入端通道内壁时就会产生次级电子；次级电子在高压电场的作用下沿着微通道加速前进，通过与通道内壁的多次反复碰撞实现电子雪崩，最后在MCP的输出端输出大量的电子。

微通道板目前的应用均为封装的结构形式，通过陶瓷和金属烧结形成微通道板组件。工艺过程复杂对产品的制造具有很高的要求，一般需要专门的生产线进行生产。对于定制的小批量的产品无法满足加工制造的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种开放式的微通道板组件结构，该结构加工制造简单，适用于太空环境，性能稳定可靠，适合小批量定制产品的加工制造。

一种用于太空环境的开放式微通道板组件，所述微通道组件从上至下依次包括上端外支撑框(12)、上支撑框(41)、MPO板(1)、第一电极(6)、中支撑框(5)、第二电极(7)、第一MCP板(2)、导电箔(11)、第二MCP板(3)、第三电极(8)、下支撑框(42)以及下端外支撑框(13)；

所述上端外支撑框(12)、上支撑框(41)、中支撑框(5)、下支撑框(42)以及下端外支撑框(13)均为中空的方形框架结构，四角上开有安装孔；

所述第一电极(6)、第二电极(7)、导电箔(11)以及第三电极(8)均为方形环状结构；MPO板(1)、第一电极(6)、第二电极(7)、第一MCP板(2)、导电箔(11)、第二MCP板(3)以及第三电极(8)的四角均经过倒角处理，避开上端外支撑框(12)、上支撑框(41)、中支撑框(5)、下支撑框(42)以及下端外支撑框(13)四角的安装孔；

所述上支撑框(41)下端和中支撑框(5)上端的边缘均加工有止口，微通道板组件组装后，MPO板(1)和第一电极(6)容纳于上支撑框(41)和中支撑框(5)之间的止口中；中支撑框(5)下端和下支撑框(42)上端的边缘均加工有止口，微通道板组件组装后，第二电极(7)、第一MCP板(2)、导电箔(11)、第二MCP板(3)以及第三电极(8)容纳于中支撑框(5)和下支撑框(42)之间的止口中；第一电极(6)、第二电极(7)和第三电极(8)的其中一个边角上加工有耳片，用于焊接电源导线；组装后，四个贯穿轴(9)从下端外支撑框(13)的四个安装孔插入后，贯穿至上端外支撑框(12)，最后由四个压合螺母(10)拧紧。

较佳的，所述MPO板(1)、第一MCP板(2)以及第二MCP板(3)的长宽比为2:1。

较佳的，所述第一电极(6)、第二电极(7)和第三电极(8)上的耳片分别从不同方向引出。

较佳的，所述上支撑框(41)、下支撑框(42)和中支撑框(5)为聚酰亚胺材料。

较佳的，上端外支撑框(12)和下端外支撑框(13)为金属材质。

较佳的，所述中支撑框(5)的侧面加工有导气孔。

较佳的，所述导气孔均匀分布在中支撑框(5)侧面上。

较佳的，上端外支撑框(12)和下端外支撑框(13)的表面采用绝缘处理。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明的微通道板组件结构将各个组件拆分成单个个体，方便加工；然后通过设计带止口的框架可对微通道板进行容纳和夹持，使得组装方便并且可保证产品的稳定性。

2、全部采用聚酰亚胺框对微通道板和电极进行夹持。在传统的微通道板组件中没有采用过该种材质。聚酰亚胺具有绝缘性强，机械强度高，加工工艺性好，逸气率低等特点，适合微通道板组件的工作要求，也适合太空环境的应用。

3、在微通道板之间增加导电箔，导电箔可以在微通道板之间形成一个合适的间隙，电子在该间隙中可以自用运动，增加了入射到第二片微通道板之间的概率，提高了微通道板组件的增益。传统的微通道板组件中未使用该导电箔。

4、采用了1:2长宽比的矩形结构，而传统的微通道板组件为圆形结构，该矩形结构可以方便的进行拼接，可以拼接为矩形也可以拼接为正方形，适合阵列式结构。

5、通过贯穿轴和压合螺母进行整体的连接，易于拆装维修。通过控制压合螺母的拧紧力矩可以实现对MCP组件压紧力度的控制。

6、设计止口对电极进行包裹，使电极不外露，增加爬电距离，提高了绝缘的可靠性。

附图说明

图1为本发明的MCP组件分解与结构组成示意图；

图2为本发明装配后的MCP组件结构示意图；

图3为本发明装配后的MCP组件的剖视图；

其中，1-MPO板，2-第一MCP板，3-第二MCP板，41-上支撑框，42-下支撑框，5-中支撑框，6-第一电极，7第二电极，8-第三电极，9-贯穿轴，10-压合螺母，11-导电箔，12-上端外支撑框，13-下端外支撑框。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明的微通道板组件上至下依次包括上端外支撑框12、上支撑框41、MPO(微孔光学器件)板1、第一电极6、中支撑框5、第二电极7、第一MCP板2、导电箔11、第二MCP板3、第三电极8、下支撑框42以及下端外支撑框13；MPO板1、第一MCP板2以及第二MCP板3均为长宽比为2:1的矩形结构，可以方便的进行拼接，可以拼接为矩形也可以拼接为正方形，适合阵列式结构。

所述上端外支撑框12、上支撑框41、中支撑框5、下支撑框42以及下端外支撑框13均为中空的方形框架结构，四角上开有安装孔；外形和尺寸均根据组成微通道板的MPO板1、第一MCP板2以及第二MCP板3进行设计；第一电极6、第二电极7、导电箔11以及第三电极8均为方形环状结构；MPO板1、第一电极6、第二电极7、第一MCP板2、导电箔11、第二MCP板3以及第三电极8的四角均经过倒角处理，避开上端外支撑框12、上支撑框41、中支撑框5、下支撑框42以及下端外支撑框13四角的安装孔；上支撑框41下端和中支撑框5上端的边缘加工有止口，微通道板组件组装后，MPO板1和第一电极6容纳于上支撑框41和中支撑框5之间的止口中；中支撑框5下端和下支撑框42上端的边缘加工有止口，微通道板组件组装后，第二电极7、第一MCP板2、导电箔11、第二MCP板3以及第三电极8容纳于中支撑框5和下支撑框42之间的止口中。第一电极6、第二电极7和第三电极8的其中一个边角上加工有耳片，用于焊接电源导线。组装后，四个贯穿轴9从下端外支撑框13的四个安装孔插入后，贯穿至上端外支撑框41，最后由四个压合螺母10拧紧。

MPO板1、两个MCP板均为微通道板，可由专业厂家定制生产，其内部均有大量直径为微米量级的通孔阵列结构，其中MPO板1的通孔阵列结构与板面垂直，该板的作用主要是对组件的视场进行限制，即只能接受特定角度的光子或者射线，而通孔的直径和深度决定了所能接收的光子的视场。两个MCP板微通道板的通孔阵列结构与板面成一定角度，主要作用是在高压电场的作用下产生大量的电子以实现电子倍增，两块微通道板叠加，可增加其电子增益。

上支撑框41、下支撑框42和中支撑框5为聚酰亚胺材质，用于微通道板和电极的夹持，两个外支撑框为金属材质，表面进行绝缘处理，可用于整个组件加固的同时增强外支撑框的绝缘性。如附图3所示，上支撑框41、下支撑框42和中支撑框5间均有止口，用于包容微通道板和电极，增加电极和外部结构的爬电距离，避免高压放电。三个电极6、7、8为纯铜薄板结构，通过引出耳片焊接高压导线，三个耳片分别从不同方向(图中左上角、左下角和右下角三个方向)避免了高压焊点距离过近造成放电现象。电极焊线处采用伸出型耳片结构，通过增加焊点距电极本体的距离增加了热阻，使耳片更容易焊接。

在第一MCP板2和第二MCP板3之间增加了一层环形导电箔11，该环形导电箔11使两层微通道板之间具有一定间隙，使电子穿越两层微通道板时增加了通过概率，提高了微通道板组件的增益。

中支撑框5上设计了导气孔，导气孔均匀布置不影响中支撑框5强度的情况下尽量提高通气效果，使得微通道板组件内部气压可以较快与外部平衡，避免高压加电时产生低气压放电现象。

两个外支撑框为金属框架，用于保证整个组件的刚度，同时保证环形电极和微通道板之间的良好接触。

该微通道板的主体结构为聚酰亚胺框架，聚酰亚胺具有绝缘性好，机械加工工艺性好，耐高温等特点。市场上可以采购到相应的板材和棒材，通过机械加工的手段加工成附图1中所给出的形状。电极采用纯铜板加工而成，可以采用线切割的方式进行加工，每次可以层叠加工数片，加工后的电极要进行抛光处理，避免出现锐边和毛刺而造成高压放电。贯穿轴9可以采用不锈钢进行加工，贯穿轴9较为细长，加工时要考虑轴的变形情况，加工后进行校直，保证轴的直线度满足要求。微通道板一般通过相应的厂家定制生产，微通道板的外形要和聚酰亚胺框的尺寸相匹配，一般留有0.2-0.4mm的间隙。微通道板组件通过贯穿轴9进行装配链接，贯穿轴9上压合螺母10进行预紧时要控制拧紧力矩，拧紧力矩不超过0.1Nm，避免损伤脆弱的微通道板。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于太空环境的开放式微通道板组件，其特征在于，所述微通道组件从上至下依次包括上端外支撑框(12)、上支撑框(41)、MPO板(1)、第一电极(6)、中支撑框(5)、第二电极(7)、第一MCP板(2)、导电箔(11)、第二MCP板(3)、第三电极(8)、下支撑框(42)以及下端外支撑框(13)；

所述上端外支撑框(12)、上支撑框(41)、中支撑框(5)、下支撑框(42)以及下端外支撑框(13)均为中空的方形框架结构，四角上开有安装孔；

所述第一电极(6)、第二电极(7)、导电箔(11)以及第三电极(8)均为方形环状结构；MPO板(1)、第一电极(6)、第二电极(7)、第一MCP板(2)、导电箔(11)、第二MCP板(3)以及第三电极(8)的四角均经过倒角处理，避开上端外支撑框(12)、上支撑框(41)、中支撑框(5)、下支撑框(42)以及下端外支撑框(13)四角的安装孔；

所述上支撑框(41)下端和中支撑框(5)上端的边缘均加工有止口，微通道板组件组装后，MPO板(1)和第一电极(6)容纳于上支撑框(41)和中支撑框(5)之间的止口中；中支撑框(5)下端和下支撑框(42)上端的边缘均加工有止口，微通道板组件组装后，第二电极(7)、第一MCP板(2)、导电箔(11)、第二MCP板(3)以及第三电极(8)容纳于中支撑框(5)和下支撑框(42)之间的止口中；第一电极(6)、第二电极(7)和第三电极(8)的其中一个边角上加工有耳片，用于焊接电源导线；组装后，四个贯穿轴(9)从下端外支撑框(13)的四个安装孔插入后，贯穿至上端外支撑框(12)，最后由四个压合螺母(10)拧紧。

2.如权利要求1所述的一种用于太空环境的开放式微通道板组件，其特征在于，所述MPO板(1)、第一MCP板(2)以及第二MCP板(3)的长宽比为2:1。

3.如权利要求1所述的一种用于太空环境的开放式微通道板组件，其特征在于，所述第一电极(6)、第二电极(7)和第三电极(8)上的耳片分别从不同方向引出。

4.如权利要求1所述的一种用于太空环境的开放式微通道板组件，其特征在于，所述上支撑框(41)、下支撑框(42)和中支撑框(5)为聚酰亚胺材料。

5.如权利要求1所述的一种用于太空环境的开放式微通道板组件，其特征在于，上端外支撑框(12)和下端外支撑框(13)为金属材质。

6.如权利要求1所述的一种用于太空环境的开放式微通道板组件，其特征在于，所述中支撑框(5)的侧面加工有导气孔。

7.如权利要求6所述的一种用于太空环境的开放式微通道板组件，其特征在于，所述导气孔均匀分布在中支撑框(5)侧面上。

8.如权利要求1所述的一种用于太空环境的开放式微通道板组件，其特征在于，上端外支撑框(12)和下端外支撑框(13)的表面采用绝缘处理。