Программно-аппаратный комплекс для шумовой диагностики термоэлектронных катодов электровакуумных приборов

• Автор: Шитов, Евгений Михайлович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ШУМОВОЕ И ИМПУЛЬСНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ - ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ТЕРМОКАТОДОВ
1.1 Шумовое зондирование и устройства для измерения шумовых параметров
1.1.1 Шумы термокатодов
1.1.2 Аппаратура для измерения шумов
1.1.3 Автоматизированные установки для измерения шумов
1.1.4 Определение информативных параметров по результатам измерений
шумов термокатодов
1.2 Импульсное зондирование термокатодов
1.2.1 Импульсное зондирование как способ определения эмиссионных
параметров термокатодов
1.2.2 Устройства для импульсного зондирования и их параметры
1.3 Выводы
ГЛАВА 2. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС НА ОСНОВЕ МОДУЛЯ ИМПУЛЬСНОГ О ЗОНДИРОВАНИЯ ТЕРМОКАТОДОВ И СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ NATIONAL INSTRUMENTS
2.1 Разработка модуля импульсного зондирования (МИЗ)
2.1.1 Назначение, особенности и параметры МИЗ
2.1.2 Структурная схема и принцип работы МИЗ
2.1.3 Разработка основных блоков МИЗ
2.2 Исследование параметров импульсов для зондирования экспериментальных образцов..
2.3 Разработка программно-аппаратного комплекса на основе модуля
импульсного зондирования термокатодов и системы сбора данных National Instruments АН
2.4 Разработка программного обеспечения для импульсного зондирования
2.5 Определение эмиссионных параметров катодов по результатам
импульсного зондирования
2.6 Выводы
ГЛАВА 3. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС НА ОСНОВЕ МОДУЛЯ ШУМОВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ТЕРМОКАТОДОВ И СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ
NATIONAL INSTRUMENTS
3.1 Модуль измерения шумов, назначение и параметры
3.2 Разработка модуля измерения шумов
3.2.1 Выбор метода измерения шумовых параметров
3.2.2 Выбор и исследование схемы включения экспериментальных образцов для измерения шумов
3.2.3 Структурная схема модуля
3.2.4 Разработка и исследование усилителя шумового напряжения
3.3 Оценка влияния низкочастотной (фликкерной) составляющей шума на
результаты измерения дробового шума
3.4 Разработка и исследование блока детектирования шумового сигнала

3.5 Порядок проведения измерений
3.6 Разработка автоматизированного комплекса для шумового зондирования
3.6.1 Выбор системы сбора данных для совместного использования с модулем измерения шумов
3.6.2 Разработка структурной схемы
3.6.3 Разработка преобразователя уровня напряжений
3.7 Разработка программного обеспечения автоматизированного комплекса
3.8 Тестирование диагностического комплекса
3.9 Выводы
ГЛАВА 4. ДИАГНОСТИКА ТЕРМОКАТОДОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ШУМОВОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ
4.1 Разработка программного обеспечения для нахождения шумовых
параметров по результатам шумового зондирования
4.2 Оценка информативности шумовых параметров для прогнозирования надежности
4.3 Алгоритм диагностики термокатодов с использованием импульсного и
шумового зондирования
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Введение
Актуальность работы
Современные электровакуумные приборы (ЭВП) представлены широким спектром видов и модификаций. Часто сочетание частотных, мощностных и других параметров делают их применение экономически целесообразнее применения полупроводниковых приборов. В некоторых случаях использование ЭВП является единственным возможным вариантом выбора элементной базы благодаря стойкости к радиационному излучению, электромагнитным импульсным помехам и возможности работать в широком диапазоне температур.
В основе большинства ЭВП лежит катодно-подогревательный узел с термоэлектронным катодом. Его параметры во многом определяют качество и срок службы прибора в целом. Эмиссионные свойства термокатода связаны с состоянием эмитирующей поверхности. Наличие на ней дефектов приводит к преждевременному выходу из строя катода или параметрическому отказу ЭВП. Поэтому востребованными являются методы и оборудование для оперативного контроля, способные дать количественную оценку дефектам эмитирующей поверхности термокатодов.
Существующие методы оперативной диагностики термокатодов, связаны, как правило, с измерениями токовых характеристик, не позволяющих обнаружить влияние участков эмитирующей поверхности с малыми плотностями тока эмиссии. Такие участки подобно дефектам в полупроводниковых структурах можно рассматривать как дефекты эмитирующей поверхности, способные в своей динамике развиваться, множиться и приводить к деградации эмиссионных свойств катодов в целом. В этой связи представляется перспективным использование для диагностики катодов шумовых параметров, высокая чувствительность которых для полупроводниковых структур и приборов неоднократно была экспериментально доказана. Уровень шумов, создаваемых катодами, в отличие от полупроводниковых структур дополнительно определяется демпфирующим влиянием прикатодного электронного пространственного заряда. Вместе с тем, благодаря этому влиянию при измерении
Глава 2. Про граммно-аппаратный комплекс на основе модули импульсного зондирования термокатодов и системы сбора данных National Instruments
2.1 Разработка модуля импульсного зондирования (МИЗ)
2.1.1 Назначение, особенности и параметры МИЗ
МИЗ предназначен для совместного использования с системами сбора данных National Instruments под управлением специализированного программного обеспечения, созданного в среде LabVIEW и осуществляющего управление автоматизированным режимом измерения непосредственно с персонального компьютера. При помощи модуля производится измерение импульсных вольтамперных (ВАХ) и накальных характеристик (ИХ) экспериментальных диодных образцов с исследуемыми катодами. Предусмотрена работа МИЗ в ручном режиме без использования системы сбора данных и компьютера для большей мобильности.
Требования к амплитуде, длительности и частоте следования импульсов определяются параметрами экспериментальных образцов. Разработка модуля была ориентирована на экспериментальные образцы с металлоиористыми катодами. Образцы имели диодную конструкцию с межэлектродным расстоянием

0.2.,0.8мм. Площадь эмитирующей поверхности составляла 1..2мм , а рабочая температура 1270..1290К. Максимальная длительность импульсов т, при которой не наблюдается ухудшения эмиссионных свойств при импульсном зондировании, зависит от множества факторов - типа катода, структуры эмитирующей поверхности, остаточного давления газов в экспериментальном образце и других. Значения т и частоты следования импульсов f применяемые для определения эмиссионных параметров, приведены в [85, 86, 95-97]. Для эффективных термокатодов т обычно выбирают порядка единиц микросекунд, а/- не более 100 Гц (имп/с). Однако для каждой конкретной конструкции катода эти параметры будут отличаться и должны являться предметом дополнительного исследования. Поэтому при проектировании модуля была заложена возможность регулировки/в пределах 5..50 имп/с, и т-1..30мкс независимо от их амплитуды.