ПОЗИЦИОННО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ И ПРОФИЛЯ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА
POSITIVE-SENSITIVE SENSOR FOR MEASURING AMPLITUDE-TIME PARAMETERS AND PULSED ELECTRON BEAM PROFILE

Изобретение относится к измерительной технике, а конкретнее к датчикам для измерения тока электронного пучка, и может найти применение в исследовательских и промышленных установках.
Наиболее близким к предложенному является устройство [1] для измерения тока электронного пучка, содержащее: прозрачный для пучка датчик и систему измерений. Это устройство не позволяет проводить многоточечные измерения профиля широкого электронного пучка.
Другим близким к предложенному является устройство для измерения тока электронного пучка [2], содержащее непрозрачный для пучка датчик и систему измерений. Датчик представлен в виде собирающего электрода и нагрузочного резистора, преобразующего измеряемый ток в выходное напряжение. Это устройство обладает низкой помехозащищенностью, так как силовая и измерительная цепи имеют непосредственную электрическую связь.
Цель изобретения состоит в обеспечении совокупности характеристик датчика, а именно:
- измерение распределения плотности тока электронного пучка по его поперечному сечению, т.е. одновременное измерение формы и амплитуды импульса тока как функции времени в нескольких пространственно разнесенных точках в поперечном сечении электронного пучка с возможностью регистрации в соответствующих параллельных каналах,
- обеспечение высокой точности измерений в условиях интенсивных помех.
Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве в качестве преобразователей измеряемого тока в выходное напряжение использованы миниатюрные трансформаторы тока. Это позволяет разместить датчики компланарно с интервалом порядка 10 мм. Компланарность расположения датчиков позволяет сохранить эквипотенциальность приемника электронного пучка и тем самым уменьшить погрешность. Использование трансформаторов тока позволяет получить высокую помехозащищенность за счет гальванической развязки силовой (первичной) цепи и измерительной (вторичной) цепи. Дополнительно, симметричная схема подключения трансформаторов тока к регистрирующей аппаратуре позволяет значительно ослабить синфазную помеху в линиях передачи сигналов.
Дополнительным положительным свойством предлагаемого устройства является автоматическое защитное ограничение выходных сигналов из-за насыщения ферритовых сердечников при протекании измеряемых токов сверхвысокого значения.
Заявляемый объект изобретения представлен в виде лабораторного макета четырехточечного датчика на фиг. 1.
Сбор большей части электронов в пучке осуществляется на корпус всей установки через верхнюю коллекторную пластину 09, проводящие втулки 10, нижнюю 07 коллекторную пластину и корпус датчика 11. Сбор измеряемых частей электронного пучка производится торцами цилиндрических тоководов 01 и защитными шайбами 02 через отверстия в верхней коллекторной пластине 09 на нижнюю коллекторную пластину 07. Защитные шайбы направляют в тоководы часть электронного пучка, приходящегося на зазор между тоководами и отверстиями в верхней коллекторной пластине. Измеряемые токи протекают через тоководы и преобразуются в выходное напряжение трансформаторами тока, состоящими из ферритового сердечника 05 и обмотки 06.
Трансформаторы тока выполнены на основе ферритовых кольцевых сердечников EPCOS R10/6/4 N87. Обмотка содержит 28 витков проводом ПЭВ-2 0.5 мм с возвратным витком под обмоткой по наружной поверхности ферритового кольца и нагружена на шунтирующий измерительный резистор 5 Ом, к которому присоединены два согласующих резистора 51 Ом для подключения симметричной сигнальной линии. Шунтирующие и согласующие SMD резисторы установлены на печатной плате размером 10⋅7.5 мм, присоединенной к выводам токового трансформатора (не показаны).
Трансформаторы тока надеты на металлические тоководы 01 диаметром 3 мм, причем для защиты обмоток на тоководы установлены металлические шайбы 02 с наружным диаметром 8 мм. Трансформаторы изолированы от тоководов фторопластовыми деталями 04 (втулки с отбортовками).
Тоководы нижней частью привинчены к нижней коллекторной пластине 07 гайками 08, а верхняя часть тоководов располагается в соосных отверстиях диаметром 5 мм в верхней коллекторной пластине 09. Фиксация положения трансформаторов осуществлена фторопластовыми втулками 03. Шаг установки трансформаторов равен 10 мм.
Верхняя коллекторная пластина соединяется с нижней коллекторной пластиной через металлические втулки 10. Нижняя коллекторная пластина крепится к вакуумплотному корпусу датчика 11 с отверстием в центре для электрического разъема и отверстиями на фланце для крепления к вакуумной установке.
Техническим результатом является подтверждение расчетных характеристик (тау <=10 нс, S=25 A/V).
Источники информации
1. Е.В. Армейский, С.И. Бутрим и Ю.В. Приймак. Устройство для измерения тока электронного пучка. Описание изобретения к авторскому свидетельству 546024 SU.
2. А.А. Кузьмин. Система измерения интенсивности пучка протонного синхротрона. ЛТЭ, №4, 1962, с. 121.