本发明属于电子器件检测领域，尤其涉及一种真空电子器件内部真空度检测方法。
背景技术：
真空电子器件是在气体介质或真空中，通过电子或离子在电极间的传输来放大与转换信号的有源器件。各种大功率、高频率、宽频带、高可靠微波真空电子器件在国民经济和信息化装备的发展中获得广泛应用。
真空电子器件的管内真空度的好坏关系到阴极表面的电子发射状态及电子在管内运行的状态。真空度变差会引起螺流跳动、杂散噪声增大、异常关机等诸多现象。真空度的保持也直接影响真空电子器件的使用寿命。
真空电子器件属于高真空器件，在存储状态下，管内真空度的下降是真空电子器件的主要失效机理。管内气体来自管内放气和管壳漏气与渗漏。真空电子器件经过长时间存储后，由于管内残余气体的积累，造成管内真空度的下降，导致阴极中毒，从而使得阴极发射能力下降，发射电流下降又导致输出功率下降，因此经过长期存储后会出现真空电子器件不能立即正常工作的问题。
在完成真空电子器件封离以后，管内的真空度无法跟踪，因此真空电子器件管内真空度检测技术是解决如何评价真空电子器件在长期存储后的可用与否的卡脖子难题，特别是高真空状态、无损的真空度检测目前还没有实用性的检测方法，限制了真空电子器件在长期存储后的工程应用。
技术实现要素：
针对真空电子器件在长期存储后管内真空度无法测量，而限制了真空电子器件工程应用的问题，本发明提出一种真空电子器件内部真空度检测方法，能够实现高真空、高测量精度的无损检测。
为了实现上述目的，本发明提供了一种真空电子器件内部真空度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1：根据真空电子器件的电子枪的结构确定真空电子器件的加电方式和加电参数；
s2：将真空电子器件的标准样管与所述离子流测量系统连接；
s3：将所述标准样管进行抽真空，使所述标准样管内达到需要对标的真空度；
s4：按照步骤s1中确定的加电方式和加电参数对所述标准样管的电极施加电压，通过所述离子流测量系统测量所述标准样管在所对标的真空度下的阳极离子流；
s5：重复步骤s3和s4，测试不同的对标真空度下的离子流，完成离子流与真空度对应关系的标定工作，得到离子流-真空度标定表或离子流-真空度量化模型；
s6：将真空电子器件的待测样管与所述离子流测量系统连接；
s7：对所述待测样管的电极施加与步骤s4中相同的电压，通过所述离子流测量系统测量所述待测样管的阳极离子流；
s8：对照所述离子流-真空度标定表或将所测量的阳极离子流代入所述离子流-真空度量化模型，获得所述待测样管的真空度。
优选地，所述步骤s1中确定真空电子器件的加电方式包括：
利用电子轨迹仿真软件对所述标准样管的电子枪结构进行建模；
分别仿真不同加电方式下电子枪发射出电子的轨迹分布图，选择电子轨迹路径较长且电子轨迹发散的加电方式。
优选地，所述加电方式选择正栅加电方式，所述步骤s1中确定真空电子器件的加电参数包括：
选择能够使阴极发射电流满足离子流检测精度的最小栅极电压；
根据所选择的栅极电压，采用所述电子束轨迹仿真软件，分别仿真施加不同阳极离子收集电压下的电子轨迹分布结果，选择能够满足离子流检测精度的阳极离子收集电压。
优选地，在所述步骤s3之前还包括：按照相关的排气规范对所述标准样管进行排气和阴极烘烤处理。
优选地，在所述步骤s5中，通过对所述离子流-真空度标定表进行数据拟合，获得所述离子流-真空度量化模型。
优选地，在所述步骤s5中，当所述标准样管内的真空度达到规定的真空度时，结束离子流与真空度对应关系标定工作。
优选地，所述规定的真空度为1.33×10-7pa。
优选地，所述步骤s7还包括：对所述待测样管的阴极进行预热处理，获得稳定的阴极发射电流。
优选地，在所述步骤s7中，对所述待测样管的栅极施加相对阴极的正电压，对所述待测样管的阳极施加相对阴极的负电压。
优选地，所述离子流测量系统由四位半以上的皮安表构成。
本发明能够对真空电子器件内部真空度进行高真空、高测量精度的无损检测。
附图说明
下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施方式的真空电子器件内部真空度检测方法的流程图；
图2为本发明一种实施方式的离子流真空度标定系统的构成示意图；
图3为本发明一种实施方式的真空度测试系统的构成示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
真空电子器件是指利用处于气体介质或真空中的电子或离子的各种效应，而产生、放大、转换电磁波信号的有源器件。本发明所涉及的真空电子器件可包括行波管、磁控管、速调管、真空开关管、x射线管等。为了实现真空电子器件的高真空状态、无损的真空度检测，本发明采用如下的真空度检测方法：检测真空电子器件的待测样管内部由于内部残余气体电离产生的离子流，然后利用通过对标准样管进行标定得到的离子流与真空度的对应关系(标定表或量化模型)，获得待测管内真空度，即“基于离子流的真空度检测方法”。本发明的基于离子流的真空度检测方法结合了高真空标定+离子流测试的无损检测方法，利用产品的本身结构，施加一定的电压激发管内残余气体电离，通过测试得到离子流数值，再利用离子流-真空度标定表或量化模型获得真空度。
图1为本发明一种实施方式的真空电子器件内部真空度检测方法的流程图，如图1所示，本发明的真空电子器件内部真空度检测方法包括以下步骤：
s1：根据真空电子器件的电子枪的结构确定真空电子器件的加电方式和加电参数；
s2：将真空电子器件的标准样管与所述离子流测量系统连接；
s3：将所述标准样管进行抽真空，使所述标准样管内达到需要对标的真空度；
s4：按照步骤s1中确定的加电方式和加电参数对所述标准样管的电极施加电压，通过所述离子流测量系统测量所述标准样管在所对标的真空度下的阳极离子流；
s5：重复步骤s3和s4，测试不同的对标真空度下的离子流，完成离子流与真空度对应关系的标定工作，得到离子流-真空度标定表或离子流-真空度量化模型；
s6：将真空电子器件的待测样管与所述离子流测量系统连接；
s7：对所述待测样管的电极施加与步骤s4中相同的电压，通过所述离子流测量系统测量所述待测样管的阳极离子流；
s8：对照所述离子流-真空度标定表或将所测量的阳极离子流代入所述离子流-真空度量化模型，获得所述待测样管的真空度。
在以上步骤中，步骤s1为离子流与真空度对应关系标定前的加电方式及加电参数确定过程，步骤s2-s5为离子流与真空度对应关系标定过程，s6-s8为基于离子流的真空度测试过程。以下对这些过程进行具体说明。
一、加电方式及加电参数确定过程
真空电子器件主要由电子枪、高频系统、输能装置、磁聚焦系统和收集极五个部分组成，是通过将电子注的动能与高频电磁场的能量进行交换来实现放大功能。电子枪由阴极组件、阳极和聚焦极组成，它用来产生具有一定电流强度和形状的电子束，并为了使电子能与电磁场进行充分交换能量而实现放大，电子枪中阳极可对电子进行加速，使其比电磁波在慢波结构中行进的相速稍快一点。
在进行离子流与真空度对应关系标定之前，首先在步骤s1中根据真空电子器件的电子枪的结构确定真空电子器件的加电方式和加电参数，具体地，步骤s1中确定真空电子器件的加电方式可包括：
步骤s11：利用电子轨迹仿真软件对待标定的标准样管的电子枪结构进行建模；
步骤s12：分别仿真不同加电方式下电子枪发射出电子的轨迹分布图，选择电子轨迹路径较长且电子轨迹发散的加电方式。
在步骤s12中，一般选择栅极加正电压的正栅加电方式。选择正栅加电方式的情况下，步骤s1中确定真空电子器件的加电参数可包括步骤s13和步骤s14。
在步骤s13中，选择阴极发射电流能够满足离子流检测精度的最小栅极电压，具体而言，为了减少电子束对栅极的加热效应，栅极电压应在某一范围内，在尽量选择最小值的基础上，同时保证阴极发射电流能够满足离子流检测精度。
在步骤s14中，根据步骤s13中选择的栅极电压，采用电子束轨迹仿真软件，分别仿真施加不同阳极离子收集电压下的电子轨迹分布结果，选择能够满足离子流检测精度的阳极离子收集电压。具体而言，为减小阳极电压对电子的抑制作用，尽量选择较小的电压值，同时保证电子不会因阳极电压过低而被阳极收集，导致离子流测量精度下降。综合考虑阳极电压对电子的抑制作用、电子捕获对离子流测量精度的影响、栅极对电子的收集作用等因素后选择最适宜的阳极离子收集电压。
通过上述过程确定真空电子器件的加电方式和加电参数后，作为后续的离子流与真空度对应关系标定的输入条件，开展标定工作，真空电子器件管内真空度测试也依照上述加电方式和加电参数进行离子流测量。
二、离子流与真空度对应关系标定过程
离子流与真空度对应关系标定可通过离子流真空度标定系统进行。图2为本发明一种实施方式的离子流真空度标定系统的构成示意图。如图2所示，离子流真空度标定系统主要包括排气台真空系统1、超高真空阀2、离子泵3、高灵敏度真空计(电离真空计)4、离子流测量系统5、电离规6。其中，排气台真空系统1可以由真空泵组成，离子流测量系统5可以包括线性电源、高灵敏度皮安表或静电计等。在标定时，将真空电子器件的标准样管(例如行波管样管)7、高灵敏度真空计4接入排气台真空系统1进行抽真空，通过电离规6测量是否达到需要对标的真空度，同时将标准样管6的电子枪的电极与离子流测量系统5的对应电极连接。以下结合该离子流真空度标定系统对离子流与真空度对应关系标定过程进行具体说明。
在本发明的真空电子器件内部真空度检测方法中，如上所述在步骤s1中确定了待检测的真空电子器件的加电方式和加电参数之后，如下通过步骤s2-s5进行离子流与真空度对应关系的标定。
在步骤s2中，将真空电子器件的标准样管7与离子流测量系统5连接，具体地，将标准样管7的电子枪的电极与离子流测量系统5的对应电极连接。
在步骤s3中，将标准样管7进行抽真空，使标准样管7内达到需要对标的真空度。在一个实施例中，通过排气台真空系统1对标准样管7进行抽真空，通过调整真空阀2或离子泵3使电离规6显示的真空度达到需要对标的真空度(例如1.00×10-4pa)，关闭真空阀2，记录电离规6显示的真空度数值。
在一个实施例中，在步骤s2之后、步骤s3之前，还可以包括按照相关的样管排气规范对标准样管7进行排气和阴极烘烤处理的步骤，具体地，将标准样管7与排气台真空系统1连接，通过排气台真空系统1对标准样管7进行排气和阴极烘烤处理。
在步骤s4中，按照步骤s1中确定的加电方式和加电参数对标准样管7的电极施加电压，通过离子流测量系统5测量标准样管7在所对标的真空度下对应的阳极离子流，在离子流-真空度标定表中记录此时的离子流大小。
在步骤s5中，重复步骤s3、s4，测试不同真空度下的离子流，完成离子流与真空度对应关系的标定工作，得到离子流-真空度标定表或离子流-真空度量化模型。在一个实施例中，标定表可以是一列离子流、一列真空度的表格形式，通过对标定表进行数据拟合，可以获得离子流-真空度量化模型，例如y＝kx+b形式的量化模型。
在一个实施例中，在步骤s5中，当标准样管7内的真空度达到规定的真空度时，结束离子流与真空度对应关系标定工作。具体地，当高灵敏度真空计7显示的真空度达到10-7pa量级时，调整真空阀2或离子泵3使电离规6显示的真空度达到1.33×10-7pa时，结束离子流与真空度对应关系标定工作，输出离子流-真空度标定表。
三、基于离子流的真空度测试过程
真空度测试可通过真空度测试系统进行。真空度测试系统在屏蔽环境下进行搭建，图3为本发明一种实施方式的真空度测试系统的构成示意图。如图3所示，真空度测试系统主要包括离子流测量系统5、真空电子器件的待测样管8和数据采集系统9。其中，待测样管8例如是行波管，取决于待测行波管的结构，行波管的栅极或第一阳极为电子加速电极，行波管的阳极或第二阳极为离子收集电极。在对应电极上施加与上述标定过程相同的加电方式和加电参数，即可获得待测样管8内离子流的测量值，根据上述标定过程获得的离子流-真空度标定表或离子流-真空度量化模型，最终得到待测样管8内真空度。
即，在本发明的真空电子器件内部真空度检测方法中，如上所述在步骤s2-s5中完成离子流与真空度对应关系标定后，如下进行真空电子器件待测样管的真空度测试。
在步骤s6中，将真空电子器件的待测样管8与离子流测量系统5连接，具体地，可以将待测样管8的栅极(或第一阳极)与离子流测量系统5的电子加速电极连接，将待测样管8的阳极(或第二阳极)与离子流测量系统5的离子收集电极连接。离子流测量系统5优选由四位半以上的皮安表构成。
在步骤s7中，对待测样管8的电极施加与步骤s4中相同的电压，通过离子流测量系统5测量待测样管8的阳极离子流数值。在一个实施例中，步骤s7还包括s71：对待测样管8的阴极进行预热处理，获得稳定的阴极发射电流，使阴极发射电流大小与标定时的阴极发射电流大小一致。
具体地，在步骤s7中，对待测样管8的栅极(或第一阳极)施加相对阴极的正电压，同时保证其电压值与标定时电子加速电压一致，用于加速电子；对待测样管8的阳极(或第二阳极)施加相对阴极的负电压，同时保证其电压值与标定时离子收集电压一致，用于收集气体分子被电离后的离子流。
在步骤s8中，对照上述离子流-真空度标定表或将所测量的离子流数值代入所述离子流-真空度量化模型，获得待测样管8的真空度。在一个实施例中，待离子流测试系统5中的静电计显示的离子流数值读数稳定后，利用数据采集系统9读取阳极离子流数值并记录，然后对照离子流-真空度标定表或将离子流数值代入离子流-真空度量化模型，获得与所测量的离子流对应的真空度。
如上所述，根据本发明一种实施方式的真空电子器件内部真空度检测方法，与现有检测技术相比，具有下述技术效果：
1)能够无损地对真空电子器件的成品进行无损检测，不影响产品的任何电性能和使用；
2)可以在样品的实际工况环境开展测试，可以实现产品交付后的存储期和工作期的真空度测量，并且可以实现工程化应用、大批量测试，测试效率高；
3)使用四位半以上的皮安表构成的离子流测量系统，提高测试的准确度，离子流测试精度可达到0.1na级；
4)建立离子流与真空度标定技术，其真空度检测可实现1.33×10-7pa的高真空检测。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
1.一种真空电子器件内部真空度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1：根据真空电子器件的电子枪的结构确定真空电子器件的加电方式和加电参数；
s2：将真空电子器件的标准样管与所述离子流测量系统连接；
s3：将所述标准样管进行抽真空，使所述标准样管内达到需要对标的真空度；
s4：按照步骤s1中确定的加电方式和加电参数对所述标准样管的电极施加电压，通过所述离子流测量系统测量所述标准样管在所对标的真空度下的阳极离子流；
s5：重复步骤s3和s4，测试不同的对标真空度下的离子流，完成离子流与真空度对应关系的标定工作，得到离子流-真空度标定表或离子流-真空度量化模型；
s6：将真空电子器件的待测样管与所述离子流测量系统连接；
s7：对所述待测样管的电极施加与步骤s4中相同的电压，通过所述离子流测量系统测量所述待测样管的阳极离子流；
s8：对照所述离子流-真空度标定表或将所测量的阳极离子流代入所述离子流-真空度量化模型，获得所述待测样管的真空度。
2.根据权利要求1所述的真空电子器件内部真空度检测方法，其特征在于，所述步骤s1中确定真空电子器件的加电方式包括：
利用电子轨迹仿真软件对所述标准样管的电子枪结构进行建模；
分别仿真不同加电方式下电子枪发射出电子的轨迹分布图，选择电子轨迹路径较长且电子轨迹发散的加电方式。
3.根据权利要求2所述的真空电子器件内部真空度检测方法，其特征在于，所述加电方式选择正栅加电方式，所述步骤s1中确定真空电子器件的加电参数包括：
选择能够使阴极发射电流满足离子流检测精度的最小栅极电压；
根据所选择的栅极电压，采用所述电子束轨迹仿真软件，分别仿真施加不同阳极离子收集电压下的电子轨迹分布结果，选择能够满足离子流检测精度的阳极离子收集电压。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的真空电子器件内部真空度检测方法，其特征在于，在所述步骤s3之前还包括：按照相关的排气规范对所述标准样管进行排气和阴极烘烤处理。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的真空电子器件内部真空度检测方法，其特征在于，在所述步骤s5中，通过对所述离子流-真空度标定表进行数据拟合，获得所述离子流-真空度量化模型。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的真空电子器件内部真空度检测方法，其特征在于，在所述步骤s5中，当所述标准样管内的真空度达到规定的真空度时，结束离子流与真空度对应关系标定工作。
7.根据权利要求6所述的真空电子器件内部真空度检测方法，其特征在于，所述规定的真空度为1.33×10-7pa。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的真空电子器件内部真空度检测方法，其特征在于，所述步骤s7还包括：对所述待测样管的阴极进行预热处理，获得稳定的阴极发射电流。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的真空电子器件内部真空度检测方法，其特征在于，在所述步骤s7中，对所述待测样管的栅极施加相对阴极的正电压，对所述待测样管的阳极施加相对阴极的负电压。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的真空电子器件内部真空度检测方法，其特征在于，所述离子流测量系统由四位半以上的皮安表构成。
技术总结