專利名稱：電子束偏轉(zhuǎn)式電場傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器，特別涉及電子束偏轉(zhuǎn)式電場傳感器。
背景技術(shù)：
大氣電場與雷電、地震、太陽活動等多種自然因素有關(guān)，還受到多種人類活動影響，如大氣污染、高壓輸電等。同時，大氣電場對人類的生產(chǎn)、生活也有各種影響，比如航天器的發(fā)射、人工降雨都要充分考慮到大氣電場條件。因此，借助于電場傳感器對大氣電場進(jìn)行監(jiān)測在眾多領(lǐng)域起著十分重要作用。
目前已有的多種電場傳感器，根據(jù)其工作原理，可分為電荷感應(yīng)式、光學(xué)式等種類。電荷感應(yīng)式電場傳感器制作技術(shù)較成熟，量程大，但是由于其體積較大，應(yīng)用受到了一定的限制。光學(xué)式電場傳感器響應(yīng)速度較快、噪聲較低，但一般測量范圍較窄，且成本較高。
電子束管技術(shù)已經(jīng)有相當(dāng)長的歷史，在微波電子管、顯示器件、攝像管、貯存管等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，但尚未用于傳感器領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用電子束在電場中偏轉(zhuǎn)的原理來測量電場強(qiáng)度的傳感器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，電子束偏轉(zhuǎn)式電場傳感器包括陰極1、陽極部分和相應(yīng)電路部分，在所述的陽極部分形成絕緣基底5，在絕緣基底5表面制備電阻膜4并在電阻膜兩邊蒸上帶狀金屬膜電極3；所述電路部分包括零點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻6和電壓偏置及信號處理電路。
本發(fā)明的傳感器具有體積較小、重量較輕、響應(yīng)速度快、量程大、制造成本低等特點(diǎn)。


圖1是電子束偏轉(zhuǎn)式電場傳感器原理圖；圖2是電子束偏轉(zhuǎn)式電場傳感器的陽極示意圖；圖3是陽極等效電路。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明。如圖1所示，電子束偏轉(zhuǎn)式電場傳感器由陰極1、陽極和相應(yīng)電路三部分組成。其中陰極1可選用熱陰極(由熱子、電子發(fā)射材料等組成)或場致發(fā)射冷陰極(由場發(fā)射表面及柵極等組成)。陽極部分由光滑平板的絕緣基底5、在絕緣基底5表面制備的電阻膜4和在電阻膜兩邊蒸上的帶狀金屬膜電極3組成。電路部分包括零點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻6和電壓偏置及信號處理電路。
傳感器工作時，在兩金屬膜電極3加相同的正電壓。由陰極1發(fā)出的電子束2，經(jīng)過一段距離的飛行，打在電阻膜4上，形成一個電子束斑，如圖2所示。電子束斑中的電子向兩金屬膜電極3擴(kuò)散，形成輸出電流。在外部條件和其他電路參數(shù)不改變的情況下，某一金屬膜電極3所輸出的電流大小由該金屬膜電極3與電子束斑所在位置間等效電阻RL、RR決定，如圖3所示。因此，根據(jù)兩金屬膜電極3輸出電流的比例，可以知道電子束斑的位置。又因?yàn)殡娮邮叩奈恢梅磻?yīng)了電子束的偏轉(zhuǎn)情況，而電子束的偏轉(zhuǎn)又反應(yīng)了電場強(qiáng)度的大小。所以由兩金屬膜電極輸出電流IL、IR的情況可以知道待測電場的強(qiáng)度。由于制造工藝的限制，陰極1和陽極的軸線很難完全重合，這就造成在沒有外界電場時，電子斑不在陽極中心。因此在電路中加入零點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻6。通過調(diào)節(jié)該電阻，可以使沒有外界電場時，R0L+RL＝R0R+RR，從而使通過兩金屬膜電極輸出的電流IL、IR相等。當(dāng)傳感器放在待測電場中時，待測電場的強(qiáng)度可由兩金屬膜電極3輸出的電流的比值得出。
電子束偏轉(zhuǎn)式電場傳感器在制作中，先分別制備陰極和陽極，然后將陰極、陽極封裝在一真空管內(nèi)，管內(nèi)真空度應(yīng)優(yōu)于10-5Torr以確保陰極能夠正常工作。對于不同的量程和靈敏度要求，可通過制作時傳感器改變陰陽極之間的距離或改變陽極工作電壓來滿足要求。較大的陰陽極間距或較低的陽極電壓可獲得較高的靈敏度，有利于測量較小的電場；較小的陰陽極間距或較高的陽極電壓可獲得較大的測量上限，有利于測量較大的電場。所以，陰極1與陽極部分之間的距離等于或小于電阻膜4的邊長。電阻膜4的形狀為正方形，其邊長不超過10mm，帶狀金屬膜電極3的形狀為長方形。零點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻6選用與陽極電阻膜4溫度系數(shù)相同的可變電阻。這樣在不同溫度下工作時無需對零點(diǎn)進(jìn)行重新調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種電子束偏轉(zhuǎn)式電場傳感器，包括陰極(1)、陽極部分和相應(yīng)電路部分，其特征在于在所述的陽極部分形成絕緣基底(5)，在絕緣基底(5)表面制備電阻膜(4)并在電阻膜兩邊蒸上帶狀金屬膜電極(3)；所述電路部分包括零點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻(6)和電壓偏置及信號處理電路。
2.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述的陰極(1)采用熱陰極或場致發(fā)射冷陰極。
3.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述的絕緣基底(5)為光滑平板。
4.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述的電阻膜(4)形狀為正方形。
5.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述的帶狀金屬膜電極(3)為長方形。
6.按權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于所述的電阻膜(4)邊長不超過10mm。
7.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述的陰極(1)與陽極部分間距離等于或小于電阻膜(4)的邊長。
8.按權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述的零點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻(6)與電阻膜(4)有相同的溫度系數(shù)。
全文摘要
一種電子束偏轉(zhuǎn)式電場傳感器，包括陰極(1)、陽極部分和相應(yīng)電路部分，其特征在于在所述的陽極部分形成絕緣基底(5)，在絕緣基底(5)表面制備電阻膜(4)并在電阻膜兩邊蒸上帶狀金屬膜電極(3)；所述電路部分包括零點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻(6)和電壓偏置及信號處理電路。本發(fā)明的傳感器具有體積較小、重量較輕、響應(yīng)速度快、量程大、制造成本低等特點(diǎn)。
文檔編號G01R29/12GK1506688SQ02156029
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月11日
發(fā)明者夏善紅, 龔超 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所