CN114464511A

CN114464511A - 一种降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法

Info

Publication number: CN114464511A
Application number: CN202111602850.5A
Authority: CN
Inventors: 郭磊; 崔敬忠; 刘志栋; 陈江; 杨炜; 涂建辉; 侍椿科; 王骥; 马寅光
Original assignee: Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Current assignee: Lanzhou Institute of Physics of Chinese Academy of Space Technology
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2022-05-10

Abstract

本发明公开了一种降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法。本发明利用电子倍增器前后打拿极发射电子数量数量级级别的巨大差异，提出采用梯度电阻分压方式取代传统的等值电阻分压方式，在保证电子倍增器增益指标的基础上，通过调控分压电阻排列方式、阻值大小、梯度高低等，合理分配轰击在不同打拿极上发射电子的能量，在保证前几级打拿极所承受的轰击损伤作用仍小于后几级打拿极的前提下，降低影响电子倍增器使用寿命的薄弱环节‑后几级打拿极所承受轰击损伤，从而降低电子倍增器发射性能衰减速率，达到提高使用寿命的目的。

Description

一种降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法

技术领域

本发明涉及铯原子钟技术领域，具体涉及一种降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法。

背景技术

高精度铯磁选态原子钟是一种一级时间频率标准仪器，广泛应用于通信、导航定位、守时、计量和精确打击等领域。相比较铷原子钟、氢原子钟，磁选态铯原子钟具有长期稳定度好和漂移率小的特点。电子倍增器位于铯原子钟最后，是将微弱铯离子放大用于检测的关键部件。铯原子钟用电子倍增器一般采用9打拿级结构，如图1所示，d1-d9即第一至第九打拿极，第一打拿极d1又称为阴极K，第九打拿极即末打拿极E，A为阳极即收集极，R1-R9为分压电阻。当在阴极K与末打拿极E之间加载负高压时，相邻打拿极间通过分压电阻R产生电场，第一打拿极在铯离子的轰击下发射二次电子，产生的二次电子在电场作用下入射至第二打拿极，激发第二打拿极产生二次电子，以此类推，经多级倍增放大后的二次电子最终被收集极A接收输出用于检测。

在使用过程中，电子倍增器打拿极除发射电子外，还会受到发射电子束流的不断轰击。而由于发射电子束流随打拿极级数增大而增大，因此打拿极所承受的轰击作用也随着级数的增大而增强。在发射电子束流的不断轰击下，电子倍增器发射电子的性能逐渐减小，放大信号能力逐渐衰减，直至失效。电子倍增器失效意味着铯原子钟失效，因此电子倍增器是影响铯原子钟使用寿命的关键部件。电子倍增器后几级打拿极承受的轰击作用最强，成为影响其使用寿命的薄弱环节。通过降低电子倍增器后几级打拿极承受的发射电子束流的轰击作用强度，能够起到降低电子倍增器放大信号能力衰减速率作用，达到提高电子倍增器使用寿命的目标。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法，能够有效降低电子倍增器的衰减速率。

本发明的降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法，将所述电子倍增器中的分压电阻设为：随着打拿极级数的增大，分压电阻阻值降低。

较优的，电子倍增器中的分压电阻，最高电阻阻值≤9MΩ，最小电阻阻值≥1MΩ，最大电阻阻值不高于最小电阻阻值的3倍。

较优的，所述分压电阻阻值由高到低呈梯度排列，梯度数量不大于5个。

较优的，所述梯度数量为2，梯度大小为20％～30％最大电阻阻值；9个分压电阻按5,4或4,5或6,3分成2个梯度。

较优的，所述梯度数量为3，梯度大小为10-20％最大电阻阻值；9个分压电阻按3,3,3、4,3,2、3,4,2、5,2,2或5,3,1分成3个梯度。

较优的，所述梯度数量为4，梯度大小为5-10％最大电阻阻值；9个分压电阻按3,2,2,2、2,3,2,2、2,2,3,2、3,3,2,1、3,2,3,1或2,3,3,1分成4个梯度。

较优的，所述梯度数量为5，梯度大小为2-5％最大电阻阻值；9个分压电阻按2,2,2,2,1、2,2,2,1,2、2,2,1,2,2或2,1,2,2,2分成5个梯度。

有益效果：

本发明在保证前几级打拿极所承受的轰击损伤作用仍小于后几级打拿极基础上，可将轰击在影响电子倍增器使用寿命的最薄弱环节-第9级打拿极上的发射电子能量最高可降低至原来的35％，也可将轰击在第8、7级打拿级的发射电子能量最高可降低至原来55％和73％，大大降低电子倍增器的衰减速率，提高使用寿命。

附图说明

图1为电子倍增器工作原理示意图。

图2为等值电阻分压与梯度电阻分压结构示意图。

图3为等值电阻分压与梯度电阻分压电子倍增器衰减速率曲线。

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。

本发明提供了一种降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法。

传统上，电子倍增器采用等值电阻分压方式，即打拿极极间的分压电阻的阻值一样，各打拿极极间的电压一样，因此轰击在打拿极上的发射电子的能量一样。然而轰击在打拿极上的发射电子的数量是随着级数的增多而成倍增加，如轰击在最后一级打拿极上的发射电子的数量是轰击在第二级打拿极上的发射电子数量的10⁵倍以上，最后一级打拿极所承受的轰击作用强度远高于第二级，因此最后一级打拿极最先失效。发射电子持续轰击造成打拿极二次电子发射薄膜结构损伤是电子倍增器发射电子性能衰减直至失效的微观机理。损伤大小取决于发射电子的轰击能量与数量，这种传统的等值电阻分压方式，使得各打拿极极间的电压一样，轰击在打拿极二次电子发射薄膜的发射电子的能量一样，而由于后几级打拿极发射电子的数量远超前几级打拿极发射电子的数量，这种结构实际上加剧了后几级打拿极所承受的发射电子轰击作用，加速了电子倍增器衰减速率。

基于上述分析，本发明利用电子倍增器前后打拿极发射电子数量数量级级别的巨大差异，提出采用梯度电阻分压方式取代传统的等值电阻分压方式，在保证电子倍增器增益指标的基础上，通过调控分压电阻排列方式、阻值大小、梯度高低等，合理分配轰击在不同打拿极上发射电子的能量，在保证前几级打拿极所承受的轰击损伤作用仍小于后几级打拿极的前提下，降低影响电子倍增器使用寿命的薄弱环节-后几级打拿极所承受轰击损伤，从而降低电子倍增器发射性能衰减速率，达到提高使用寿命的目的。

具体的，本发明梯度电阻分压方法采用9个电阻串联连接，并分别与9个打拿极并联连接，电阻阻值由高到低排列，起到降低电子倍增器后几级打拿极工作电压分压的作用。

其中，9个电阻最高电阻阻值≤9MΩ，最小电阻阻值≥1MΩ，最大电阻阻值不高于最小电阻阻值的3倍，防止前几级打拿级因工作电压分压过高，引起的损伤超过后几级打拿级所承受的轰击损伤。

也可将阻值由高到低呈梯度排列，梯度数量不大于5个，电阻排布梯度数量、梯度大小、以及梯度内电阻个数分布如表1所示。

表1

图3为梯度电阻排布与等值电阻排布电子倍增器衰减曲线对比图，传统采用等值电阻R＝6MΩ，本发明采用R1,R2,R3＝9MΩ，R4,R5,R6＝6MΩ，R7,R8,R9＝3MΩ的方式，由图3可以清楚地看出，与等值电阻排布比较，采用梯度电阻排布电子倍增器衰减速率明显下降。

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

1.一种降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法，其特征在于，所述电子倍增器中的分压电阻设为：随着打拿极级数的增大，分压电阻阻值降低。

2.如权利要求1所述的降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法，其特征在于，电子倍增器中的分压电阻，最高电阻阻值≤9MΩ，最小电阻阻值≥1MΩ，最大电阻阻值不高于最小电阻阻值的3倍。

3.如权利要求1或2所述的降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法，其特征在于，所述分压电阻阻值由高到低呈梯度排列，梯度数量不大于5个。

4.如权利要求3所述的降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法，其特征在于，所述梯度数量为2，梯度大小为20％～30％最大电阻阻值；9个分压电阻按5,4或4,5或6,3分成2个梯度。

5.如权利要求4所述的降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法，其特征在于，所述梯度数量为3，梯度大小为10-20％最大电阻阻值；9个分压电阻按3,3,3、4,3,2、3,4,2、5,2,2或5,3,1分成3个梯度。

6.如权利要求4所述的降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法，其特征在于，所述梯度数量为4，梯度大小为5-10％最大电阻阻值；9个分压电阻按3,2,2,2、2,3,2,2、2,2,3,2、3,3,2,1、3,2,3,1或2,3,3,1分成4个梯度。

7.如权利要求4所述的降低铯钟电子倍增器衰减速率的方法，其特征在于，所述梯度数量为5，梯度大小为2-5％最大电阻阻值；9个分压电阻按2,2,2,2,1、2,2,2,1,2、2,2,1,2,2或2,1,2,2,2分成5个梯度。