CN112098027A - 一种热场发射电子枪专用的振动测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热场发射电子枪专用的振动测试装置，具体涉及使被测的热场发射电子枪产生振动并测量电子枪不同部位相对激励位置的微小振动位移，属于测试设备领域。本装置包括激光测振仪、测振仪调整座、隔振平台、试件夹持组件、激振器本体、固定台面、夹持‑加载机构、机架横梁、导轨支架、机架斜撑、斜撑座、加载杆、加载压板、加载挂架、导轨滑块模组、真空腔上盖、接线柱、真空腔体、观察窗、试件夹持套筒、抽真空管路接口。本发明还提供基于上述装置的一种热场发射电子枪专用的振动测试方法，通过简单的数据处理从试件与试件夹持套筒的测试结果中提取振动信息，配合上述装置使用，可使测试结果更贴近热场发射电子枪的实际工作条件。

Description

一种热场发射电子枪专用的振动测试装置及方法
技术领域
本发明提供一种热场发射电子枪专用的振动测试装置及方法，它具体涉及使被测的热场发射电子枪产生振动并测量电子枪不同部位相对激励位置的微小振动位移，属于测试设备领域。
背景技术
目前热场发射电子枪被广泛用于在高分辨率的扫描电子显微镜中生成电子束。扫描电子显微镜工作时可能受到各种工作振源的影响，使安装于其中的热场发射电子枪也随之产生振动并影响到显微镜的正常成像。对工作条件下热场发射电子枪振动特性的测试可以为扫描电子显微镜振动抑制方案的制定提供依据，而通用测试装置不能很好地模拟热场发射电子枪在扫描电子显微镜中独特的安装条件，测得的振动特性就存在偏差。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种热场发射电子枪专用的振动测试装置及方法。本发明是通过以下技术方案实现的：
一种热场发射电子枪专用的振动测试装置，它包括激光测振系统(1)、试件夹持组件(2)、激振器(3)三大部分；所述的激光测振系统(1)包括激光测振仪(1-1)、测振仪调整座(1-2)、隔振平台(1-3)；所述的试件夹持组件(2)包括夹持-加载机构(2-1)、机架横梁(2-2)、导轨支架(2-3)、机架斜撑(2-4)、斜撑座(2-5)；所述的激振器(3)包括激振器本体(3-1)和固定台面(3-2)；所述的夹持-加载机构(2-1)包括加载杆(2-1-1)、加载压板(2-1-2)、加载挂架(2-1-3)、导轨滑块模组(2-1-4)、真空腔上盖(2-1-5)、接线柱(2-1-6)、真空腔体(2-1-7)、观察窗(2-1-8)、试件夹持套筒(2-1-9)和抽真空管路接口(2-1-10)；各组成部分相互之间的关系是：在夹持-加载机构(2-1)中，试件夹持套筒(2-1-9)在真空腔体(2-1-7)内部并与之固连，观察窗(2-1-8)安装在真空腔体(2-1-7)侧面和底面并与之固连，抽真空管路接口(2-1-10)安装在真空腔体(2-1-7)侧面并与之固连，接线柱(2-1-6)部分穿过真空腔上盖(2-1-5)并与之固连，真空腔上盖(2-1-5)将真空腔体(2-1-7)的顶面封闭并与之固连；真空腔体(2-1-7)悬挂在加载挂架(2-1-3)内部并使用螺纹紧固件紧固，加载挂架(2-1-3)与导轨滑块模组(2-1-4)的滑块固连，加载杆(2-1-1)与加载挂架(2-1-3)固连，并由加载压板(2-1-2)进行加固；夹持-加载组件(2-1)通过导轨滑块模组(2-1-4)的导轨与导轨支架(2-3)固连，通过加载杆(2-1-1)与激振器本体(3-1)固连；导轨支架(2-3)和斜撑座(2-5)直接安装于隔振平台(1-3)上并使用螺纹紧固件紧固，机架斜撑(2-4)连接导轨支架(2-3)和斜撑座(2-5)，机架横梁(2-2)从所述装置的顶部连接两侧的导轨支架(2-3)；激光测振仪(1-1)安装在测振仪调整座(1-2)上并与之固连，测振仪调整座(1-2)安装于隔振平台(1-3)上并使用螺纹紧固件紧固；激振器本体(3-1)安装于固定台面(3-2)上并使用螺纹紧固件紧固。
所述的激光测振仪(1-1)发射的激光穿过观察窗(2-1-8)照射到目标电子枪表面。
所述的测振仪调整座(1-2)具备微调激光测振仪(1-1)在三维空间位置的能力。
所述的隔振平台(1-3)不与固定台面(3-2)直接接触，且具备削弱来自地基振动的能力。
所述的夹持-加载机构(2-1)在导轨滑块模组(2-1-4)的作用下能沿加载杆(2-1-1)轴向进行灵活的直线运动。
所述的接线柱(2-1-6)两端可连接导线实现对目标电子枪的加热。
所述的试件夹持套筒(2-1-9)内孔用于容纳目标电子枪即试件，筒壁设置螺纹孔，使用紧定螺钉夹紧试件。
所述的抽真空管路接口(2-1-10)用于连接抽真空机组，实现真空腔体(2-1-7)内的真空环境。
一种热场发射电子枪专用的振动测试方法，其特征在于：
1)利用上述一种热场发射电子枪专用的振动测试装置对目标电子枪进行振动测试，作为试件的目标电子枪由试件夹持套筒(2-1-9)所夹持；
2)测试时激振器本体(3-1)沿加载杆(2-1-1)的轴向产生振动，使加载挂架(2-1-3)、真空腔体(2-1-7)及试件夹持套筒(2-1-9)共同进行直线往返运动，目标电子枪在随试件夹持套筒(2-1-9)往返运动的同时也在自身结构中产生振动；
3)测试时除了对目标电子枪的位移或速度或加速度的时域或频域响应进行记录，还要对试件夹持座(2-1-9)在同等测试条件下的位移或速度或加速度同在时域或频域的响应进行记录；
4)从测得的目标电子枪位移或速度或加速度中减去试件夹持套筒(2-1-9)在同等条件下测得的位移或速度或加速度，即得目标电子枪的振动位移或速度或加速度。
该发明的有益之处在于：
(1)该装置采用整体激振和非接触式测量的方法，不易破坏目标电子枪的结构，特别适合热场发射电子枪的振动测试；
(2)该装置沿振动方向设置了导轨，使目标电子枪能被充分激振，与该方法配合，可以使振动测试条件更符合目标电子枪的实际工作条件；
(3)测试时目标电子枪可以处于真空环境，并能被加热，从而还原实际工作条件；
(4)该方法简单易行，在时域或频域均可使用该方法。
附图说明
图1为所述装置的整体组成示意图。
图2为所述装置包含的试件夹持组件(2)的组成示意图。
图3为所述试件夹持组件(2)包含的夹持-加载机构(2-1)的组成示意图。
图中的标识为：1-1-激光测振仪、1-2-测振仪调整座、1-3-隔振平台、2-试件夹持组件、3-1-激振器本体、3-2-固定台面；2-1-夹持-加载机构、2-2-机架横梁、2-3-导轨支架、2-4-机架斜撑、2-5-斜撑座；2-1-1-加载杆、2-1-2-加载压板、2-1-3-加载挂架、2-1-4-导轨滑块模组、2-1-5-真空腔上盖、2-1-6-接线柱、2-1-7-真空腔体、2-1-8-观察窗、2-1-9-试件夹持套筒、2-1-10-抽真空管路接口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一个实施例，其中激光测振仪(1-1)的数量为2、加载杆(2-1-1)和激振器本体(3-1)的数量各为1、导轨滑块模组(2-1-4)的数量为2，观察窗(2-1-8)的数量为4，抽真空管路接口(2-1-10)的数量为1，机架横梁(2-2)、导轨支架(2-3)、机架斜撑(2-4)和斜撑座(2-5)经组装后成为机架，测量结果表示为位移随测量时间的变化即位移时域响应。基于本发明中的实施例或仅是改变激光测振仪个数、加载杆和激振器本体个数、导轨滑块模组个数、观察窗个数、抽真空管路接口个数，仅将组装机架改为一体成型机架，仅将被测物理量由位移改为速度或加速度、将记录被测物理量时域响应改为记录被测物理量频域响应、从被测物理量的时域响应变换得到频域响应、从被测物理量的频域响应变换得到时域响应的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“水平面”、“竖直方向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了方便描述本发明的实施方式。
一种热场发射电子枪专用的振动测试装置，是由激光测振仪(1-1)、测振仪调整座(1-2)、隔振平台(1-3)、试件夹持组件(2)、激振器本体(3-1)、固定台面(3-2)、夹持-加载机构(2-1)、机架横梁(2-2)、导轨支架(2-3)、机架斜撑(2-4)、斜撑座(2-5)、加载杆(2-1-1)、加载压板(2-1-2)、加载挂架(2-1-3)、导轨滑块模组(2-1-4)、真空腔上盖(2-1-5)、接线柱(2-1-6)、真空腔体(2-1-7)、观察窗(2-1-8)、试件夹持套筒(2-1-9)、抽真空管路接口(2-1-10)组成的，相互之间的关系是：试件夹持套筒(2-1-9)在真空腔体(2-1-7)内部并与之固连，观察窗(2-1-8)安装在真空腔体(2-1-7)侧面和底面并与之固连，抽真空管路接口(2-1-10)安装在真空腔体(2-1-7)侧面并与之固连，接线柱(2-1-6)部分穿过真空腔上盖(2-1-5)并与之固连，真空腔上盖(2-1-5)将真空腔体(2-1-7)的顶面封闭并与之固连；真空腔体(2-1-7)悬挂在加载挂架(2-1-3)内部并使用螺纹紧固件紧固，加载挂架(2-1-3)与导轨滑块模组(2-1-4)的滑块固连，加载杆(2-1-1)与加载挂架(2-1-3)固连，并由加载压板(2-1-2)进行加固；夹持-加载组件(2-1)通过导轨滑块模组(2-1-4)的导轨与导轨支架(2-3)固连，通过加载杆(2-1-1)与激振器本体(3-1)固连；导轨支架(2-3)和斜撑座(2-5)直接安装于隔振平台(1-3)上并使用螺纹紧固件紧固，机架斜撑(2-4)连接导轨支架(2-3)和斜撑座(2-5)，机架横梁(2-2)从所述装置的顶部连接两侧的导轨支架(2-3)；激光测振仪(1-1)安装在测振仪调整座(1-2)上并与之固连，测振仪调整座(1-2)安装于隔振平台(1-3)上并使用螺纹紧固件紧固；激振器本体(3-1)安装于固定台面(3-2)上并使用螺纹紧固件紧固。
所述的激光测振仪(1-1)发射的激光穿过观察窗(2-1-8)照射到目标电子枪表面。
所述的测振仪调整座(1-2)具备微调激光测振仪(1-1)在三维空间位置的能力。
所述的隔振平台(1-3)不与固定台面(3-2)直接接触，且具备削弱来自地基振动的能力。
所述的夹持-加载机构(2-1)在导轨滑块模组(2-1-4)的作用下能沿加载杆(2-1-1)轴向进行灵活的直线运动。
所述的接线柱(2-1-6)两端可连接导线实现对目标电子枪的加热。
所述的试件夹持套筒(2-1-9)内孔用于容纳目标电子枪即试件，筒壁设置螺纹孔，使用紧定螺钉夹紧试件。
所述的抽真空管路接口(2-1-10)用于连接抽真空机组，实现真空腔体(2-1-7)内的真空环境。
一种热场发射电子枪专用的振动测试方法，其特征在于：
1)利用上述一种热场发射电子枪专用的振动测试装置对目标电子枪进行振动测试，作为试件的目标电子枪由试件夹持套筒(2-1-9)所夹持；
2)测试时激振器本体(3-1)沿加载杆(2-1-1)的轴向产生振动，使加载挂架(2-1-3)、真空腔体(2-1-7)及试件夹持套筒(2-1-9)共同进行直线往返运动，目标电子枪在随试件夹持套筒(2-1-9)往返运动的同时也在自身结构中产生振动；
3)测试时除了对目标电子枪的位移或速度或加速度的时域或频域响应进行记录，还要对试件夹持座(2-1-9)在同等测试条件下的位移或速度或加速度同在时域或频域的响应进行记录；
4)从测得的目标电子枪位移或速度或加速度中减去试件夹持套筒(2-1-9)在同等条件下测得的位移或速度或加速度，即得目标电子枪的振动位移或速度或加速度。
对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种热场发射电子枪专用的振动测试装置，其特征在于：
1)它包括激光测振仪(1-1)、测振仪调整座(1-2)、隔振平台(1-3)、试件夹持组件(2)、激振器本体(3-1)、固定台面(3-2)、夹持-加载机构(2-1)、机架横梁(2-2)、导轨支架(2-3)、机架斜撑(2-4)、斜撑座(2-5)、加载杆(2-1-1)、加载压板(2-1-2)、加载挂架(2-1-3)、导轨滑块模组(2-1-4)、真空腔上盖(2-1-5)、接线柱(2-1-6)、真空腔体(2-1-7)、观察窗(2-1-8)、试件夹持套筒(2-1-9)、抽真空管路接口(2-1-10)；各组成部分相互之间的关系是：试件夹持套筒(2-1-9)在真空腔体(2-1-7)内部并与之固连，观察窗(2-1-8)安装在真空腔体(2-1-7)侧面和底面并与之固连，抽真空管路接口(2-1-10)安装在真空腔体(2-1-7)侧面并与之固连，接线柱(2-1-6)部分穿过真空腔上盖(2-1-5)并与之固连，真空腔上盖(2-1-5)将真空腔体(2-1-7)的顶面封闭并与之固连；真空腔体(2-1-7)悬挂在加载挂架(2-1-3)内部并使用螺纹紧固件紧固，加载挂架(2-1-3)与导轨滑块模组(2-1-4)的滑块固连，加载杆(2-1-1)与加载挂架(2-1-3)固连，并由加载压板(2-1-2)进行加固；夹持-加载组件(2-1)通过导轨滑块模组(2-1-4)的导轨与导轨支架(2-3)固连，通过加载杆(2-1-1)与激振器本体(3-1)固连；导轨支架(2-3)和斜撑座(2-5)直接安装于隔振平台(1-3)上并使用螺纹紧固件紧固，机架斜撑(2-4)连接导轨支架(2-3)和斜撑座(2-5)，机架横梁(2-2)从所述装置的顶部连接两侧的导轨支架(2-3)；激光测振仪(1-1)安装在测振仪调整座(1-2)上并与之固连，测振仪调整座(1-2)安装于隔振平台(1-3)上并使用螺纹紧固件紧固；激振器本体(3-1)安装于固定台面(3-2)上并使用螺纹紧固件紧固；
2)所述的激光测振仪(1-1)发射的激光穿过观察窗(2-1-8)照射到目标电子枪表面；
3)所述的测振仪调整座(1-2)具备微调激光测振仪(1-1)在三维空间位置的能力；
4)所述的隔振平台(1-3)不与固定台面(3-2)直接接触，且具备削弱来自地基振动的能力；
5)所述的夹持-加载机构(2-1)在导轨滑块模组(2-1-4)的作用下能沿加载杆(2-1-1)轴向进行灵活的直线运动；
6)所述的接线柱(2-1-6)两端可连接导线实现对目标电子枪的加热；
7)所述的试件夹持套筒(2-1-9)内孔用于容纳目标电子枪即试件，筒壁设置螺纹孔，使用紧定螺钉夹紧试件；
8)所述的抽真空管路接口(2-1-10)用于连接抽真空机组，实现真空腔体(2-1-7)内的真空环境。
2.一种热场发射电子枪专用的振动测试方法，其特征在于：
1)利用权利要求1所述的一种热场发射电子枪专用的振动测试装置对目标电子枪进行振动测试，作为试件的目标电子枪由试件夹持套筒(2-1-9)所夹持；
2)测试时激振器本体(3-1)沿加载杆(2-1-1)的轴向产生振动，使加载挂架(2-1-3)、真空腔体(2-1-7)及试件夹持套筒(2-1-9)共同进行直线往返运动，目标电子枪在随试件夹持套筒(2-1-9)往返运动的同时也在自身结构中产生振动；
3)测试时除了对目标电子枪的位移或速度或加速度的时域或频域响应进行记录，还要对试件夹持座(2-1-9)在同等测试条件下的位移或速度或加速度同在时域或频域的响应进行记录；
4)从测得的目标电子枪位移或速度或加速度中减去试件夹持套筒(2-1-9)在同等条件下测得的位移或速度或加速度，即得目标电子枪的振动位移或速度或加速度。
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