CN1212522C - 电子束偏转式电场传感器 - Google Patents
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Abstract
一种电子束偏转式电场传感器，包括阴极(1)、阳极部分和相应电路部分，其特征在于在所述的阳极部分形成绝缘基底(5)，在绝缘基底(5)表面制备电阻膜(4)并在正方形电阻膜两边蒸上长方形带状金属膜电极(3)，所述阴极和阳极封装在真空管内；所述电路部分包括零点调节电阻(6)和电压偏置及信号处理电路。本发明的传感器具有体积较小、重量较轻、响应速度快、量程大、制造成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及传感器，特别涉及电子束偏转式电场传感器。
背景技术
大气电场与雷电、地震、太阳活动等多种自然因素有关，还受到多种人类活动影响，如大气污染、高压输电等。同时，大气电场对人类的生产、生活也有各种影响，比如航天器的发射、人工降雨都要充分考虑到大气电场条件。因此，借助于电场传感器对大气电场进行监测在众多领域起着十分重要作用。
目前已有的多种电场传感器，根据其工作原理，可分为电荷感应式、光学式等种类。电荷感应式电场传感器制作技术较成熟，量程大，但是由于其体积较大，应用受到了一定的限制。光学式电场传感器响应速度较快、噪声较低，但一般测量范围较窄，且成本较高。
电子束管技术已经有相当长的历史，在微波电子管、显示器件、摄像管、贮存管等领域有广泛的应用，但尚未用于传感器领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用电子束在电场中偏转的原理来测量电场强度的传感器。
为实现上述目的，电子束偏转式电场传感器包括阴极1、阳极部分和相应电路部分，在所述的阳极部分形成绝缘基底5，在绝缘基底5表面制备电阻膜4并在正方形电阻膜两边蒸上长方形带状金属膜电极3，所述阴极和阳极封装在真空管内；所述电路部分包括零点调节电阻6和电压偏置及信号处理电路。
本发明的传感器具有体积较小、重量较轻、响应速度快、量程大、制造成本低等特点。
附图说明
图1是电子束偏转式电场传感器原理图；
图2是电子束偏转式电场传感器的阳极示意图；
图3是阳极等效电路。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明。如图1所示，电子束偏转式电场传感器由阴极1、阳极和相应电路三部分组成。其中阴极1可选用热阴极(由热子、电子发射材料等组成)或场致发射冷阴极(由场发射表面及栅极等组成)。阳极部分由光滑平板的绝缘基底5、在绝缘基底5表面制备的电阻膜4和在电阻膜两边蒸上的带状金属膜电极3组成。电路部分包括零点调节电阻6和电压偏置及信号处理电路。
传感器工作时，在两金属膜电极3加相同的正电压。由阴极1发出的电子束2，经过一段距离的飞行，打在电阻膜4上，形成一个电束子斑，如图2所示。电子束斑中的电子向两金属膜电极3扩散，形成输出电流。在外部条件和其他电路参数不改变的情况下，某一金属膜电极3所输出的电流大小由该金属膜电极3与电子束斑所在位置间等效电阻RL、RR决定，如图3所示。因此，根据两金属膜电极3输出电流的比例，可以知道电子束斑的位置。又因为电子束斑的位置反应了电子束的偏转情况，而电子束的偏转又反应了电场强度的大小。所以由两金属膜电极输出电流IL、IR的情况可以知道待测电场的强度。由于制造工艺的限制，阴极1和阳极的轴线很难完全重合，这就造成在没有外界电场时，电子斑不在阳极中心。因此在电路中加入零点调节电阻6。通过调节该电阻，可以使没有外界电场时，ROL+RL＝ROR+RR，从而使通过两金属膜电极输出的电流IL、IR相等。当传感器放在待测电场中时，待测电场的强度可由两金属膜电极3输出的电流的比值得出。
电子束偏转式电场传感器在制作中，先分别制备阴极和阳极，然后将阴极、阳极封装在一真空管内，管内真空度应优于10-5Torr以确保阴极能够正常工作。对于不同的量程和灵敏度要求，可通过制作时传感器改变阴阳极之间的距离或改变阳极工作电压来满足要求。较大的阴阳极间距或较低的阳极电压可获得较高的灵敏度，有利于测量较小的电场；较小的阴阳极间距或较高的阳极电压可获得较大的测量上限，有利于测量较大的电场。所以，阴极1与阳极部分之间的距离等于或小于电阻膜4的边长。电阻膜4的形状为正方形，其边长不超过10mm，带状金属膜电极3的形状为长方形。零点调节电阻6选用与阳极电阻膜4温度系数相同的可变电阻。这样在不同温度下工作时无需对零点进行重新调节。
Claims (6)
1、一种电子束偏转式电场传感器，包括阴极(1)、阳极部分和相应电路部分，其特征在于在所述的阳极部分形成绝缘基底(5)，在绝缘基底(5)表面制备电阻膜(4)并在正方形电阻膜两边蒸上长方形带状金属膜电极(3)，所述阴极和阳极封装在真空管内；所述电路部分包括零点调节电阻(6)和电压偏置及信号处理电路。
2、按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述的阴极(1)采用热阴极或场致发射冷阴极。
3、按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述的绝缘基底(5)为光滑平板。
4、按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述的电阻膜(4)边长不超过10mm。
5、按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述的阴极(1)与阳极部分间距离等于或小于电阻膜(4)的边长。
6、按权利要求1所述的传感器，其特征在于所述的零点调节电阻(6)与电阻膜(4)有相同的温度系数。
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