太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统及方法

1.本发明涉及快脉冲电子束测量领域，具体地，涉及一种太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统及方法，尤其是，涉及一种应用于太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统及方法。


背景技术：

2.太赫兹波通常指工作频段在0.3-10thz范围内的电磁波，其频谱介于微波和红外光波段之间。太赫兹波具有频率高、波长短、光子能量低和穿透性好等优点。
3.由于太赫兹波具有更宽的工作频带，可以大大提高通信系统的容量和速率，提高系统抗噪声和抗干扰能力，在高速无线通信、深空探测和电子对抗等领域有着巨大的应用前景。与此同时，由于太赫兹波的波段和波长短，太赫兹辐射源的研制难度很大，目前如行波管、调速管等主要基于真空电子器件的方式研制太赫兹辐射源。然而，传统的热阴极枪会受到空间电场的限制，无法产生高密度的电子束流。赝火花高能电子注驱动扩展互作用振荡管的平面慢波结构，可获得大功率毫米波，成为目前研究的热门领域。
4.赝火花放电产生的脉冲高能电子束具有高电流密度(》104a/cm2)、纳秒脉宽(几十到几百ns)、小束斑(mm级)、高亮度(10
12
a.m-2rad-2)的特点，无需磁场作用，具有自聚焦传输的特性，在太赫兹波辐射源的驱动中具有广泛的应用前景。束流分布的测量对于赝火花纳秒脉冲电子束性质的研究，及其在太赫兹辐射源的深入应用等方面具有重要意义。然而，赝火花电子束极短的脉宽，毫米束斑，工作环境的强电磁脉冲干扰，给束流分布的测量带来极大的挑战。
5.现有公开号为cn114047540a的中国专利申请，其公开了一种强流脉冲电子束束流密度分布的测量方法及测量系统，该方法包括：步骤一、制作切伦科夫辐射转换靶；步骤二、搭建测量系统；步骤三、采集光斑图像；步骤四、通过光斑图像的灰度值分布得到切伦科夫辐射的相对强度分布；步骤五、获取束流密度分布。
6.现有技术中的测量方法及测量系统只能获取静态的电子束图像，无法获得随时间变化的电子束束流分布特性，存在待改进之处。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统及方法。
8.根据本发明提供的一种太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统，包括转台法拉第杯系统、工业计算机以及示波器；所述转台法拉第杯系统包括法拉第杯、转台以及转盘，所述转台上设置有零位传感器，所述转台驱动转盘绕转盘中心轴线转动，所述转盘的周侧均布设置有多个通孔，多个所述通孔的孔径呈阶梯递减，所述法拉第杯位于转盘的下方，且所述法兰第杯的电子束入口直径大于通孔的最大孔径；所述示波器捕捉法拉第杯采集的脉冲电子束信号，且所述示波器将捕捉到的脉冲电子束信号发送至工业计算机进行
运算处理；所述工业计算机控制转台转动，且所述工业计算机接收零位传感器的信号控制转台回零。
9.优选地，还包括安装板，所述法拉第杯和转台二者均紧固安装在安装板上，且所述转台和转盘同轴连接。
10.优选地，所述转盘上的任一通孔的圆心至转盘中心的距离，与所述法拉第杯轴线到转盘中心的距离相等。
11.优选地，所述法拉第杯包括电子收集板、石墨电阻、金属保护壳体以及bnc法兰接头；所述金属保护壳体的形状呈杯状壳体，所述电子收集板和石墨电阻二者均设置在金属保护壳体内，所述电子收集板的直径大于转盘上周向通孔的最大直径，所述石墨电阻设置在电子收集板的下方并与电子收集板连接；所述bnc法兰接头连接在金属保护壳体的底部。
12.优选地，所述电子收集板的材质包括金属铜，所述金属保护壳体的材质包括金属铜，且所述金属保护壳体的上端设置有导电橡胶，所述导电橡胶背离金属保护壳的一侧与转盘接触，且所述金属保护壳体接地。
13.优选地，所述法拉第杯采用最小化漏电容设计，电子收集板的长度l与金属保护壳体构成电容c
l
可通过下式计算：
[0014][0015]
其中，εr＝1，a表示法拉第杯的直径，b表示金属保护壳体的内径。
[0016]
根据本发明提供的一种太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量发明方法，测量方法包括如下步骤：s1、根据转盘上的通孔数目n确定每次采集数据之前转盘需要转动的步距θ(θ＝360/n)；s2、使转台回零，并使法拉第杯的轴线与电子束的轴线相重合；s3、在电子束规律发射的条件下，转盘以θ的步距转动，脉冲电子束透过转盘上半径为ri的通孔被法拉第杯收集，从而获得电子束电流信号ii(t)，t表示测量时刻；s4、转盘转过一圈后，获得一组电子束测量数据(ri,ii(t))，ri(i＝1,2
…
n)。
[0017]
优选地，当电子束的束流密度近似高斯分布或班尼特分布时，针对不同时刻不同半径范围内的电子束测量数据(ri,ii(t))，对不同时刻数据进行采样；对其一特定时刻t0下的实验数据进行曲线拟合，获得高斯半径或班尼特半径，进而得到该时刻下束流的密度分布。
[0018]
优选地，当测量圆形或者近圆形束斑非规律分布的束流时，针对不同时刻不同半径范围内的电子束测量数据(ri,ii(t))，对任意时刻t1采样，获取该时刻下的(ri,ii(t1))，简记为(ri,ii))；此时，ri处电子束的电流密度表示为：
[0019]
j(ri)＝(i
i-i
i-1
)/π(r
2i-r
2i-1
) i＝2，3
…n[0020]
j(ri)＝i1/πr
2i i＝1
[0021]
从而得到束流密度离散化的分布特征(ri,j(ri))；
[0022]
定义电子束的半电流半径为a
1/2
，若记总的电子束电流为i0，则可通过，则可通过的计算获得a
1/2
。
[0023]
优选地，若电子束电流密度j(r)符合高斯分布，当电子束半径为r0时，
△
r的轴线
偏差导致的电子束电流分布测量的相对误差error可表示为：
[0024][0025]
式中，ag表示束流的高斯半径，j0为峰值电子束电流密度。
[0026]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0027]
1、本发明通过转台法拉第杯系统、工业计算机以及示波器的配合，可对圆形或者近圆形束斑的电子束半径及束流密度分布进行测量，对于束流密度分布不规则的电子束，可以根据实验数据获得其离散化的束流分布规律，计算得到半电流半径a
1/2
评价束斑尺寸，且该系统结构简单，测量方法易于实现。
[0028]
2、本发明通过利用曲线拟合的手段得到接近理论分布的电子束分布参数，对不同时刻的测量数据进行采样处理和拟合计算，可获得束流束斑和束流密度的时变特性。
[0029]
3、本发明通过采用最小化漏电容设计，通过相关尺寸的设计，有助于减少法拉第杯漏电容对测量的影响。
附图说明
[0030]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0031]
图1为本发明主要体现测量系统整体结构的示意图；
[0032]
图2为本发明主要体现转台法拉第杯系统的机械结构示意图；
[0033]
图3为本发明主要体现法拉第杯结构的剖面示意图；
[0034]
图4为本发明主要体现转盘结构示意图；
[0035]
图5为本发明主要体现实际测量得到的一组脉冲电子束波形图；
[0036]
图6为本发明主要体现实际测量的赝火花电子束峰值束流分布
[0037]
图7为本发明主要体现实际测量的赝火花电子束峰值束流密度分布
[0038]
图8为本发明主要体现实际测量的赝火花电子束半电流半径随时间变化的曲线。
[0039]
图中所示：
[0040]
转台法拉第杯系统1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
安装架22
[0041]
法拉第杯11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
数字量输入输出板卡3
[0042]
转台12
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电子收集板31
[0043]
零位传感器13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
石墨电阻32
[0044]
转盘14
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金属保护壳体33
[0045]
导电橡胶15
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bnc法兰接头34
[0046]
步进电机驱动器2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
示波器4
[0047]
安装板21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
工业计算机5
具体实施方式
[0048]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术
人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0049]
如图1、图2以及图3所示，根据本发明提供的一种太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统及方法，包括转台法拉第杯系统1、工业计算机5以及示波器4，转台法拉第杯系统1包括法拉第杯11、转台12以及转盘14，转台12上设置有零位传感器13，转台12驱动转盘14绕转盘14中心轴线转动，转盘14的周侧均布设置有多个通孔，多个通孔的孔径呈阶梯递减，法拉第杯11位于转盘14的下方，且法兰第杯的电子束入口直径大于通孔的最大孔径。示波器4捕捉法拉第杯11采集的脉冲电子束信号，且示波器4将捕捉到的脉冲电子束信号发送至工业计算机5进行运算处理，工业计算机5控制转台12转动，且工业计算机5接收零位传感器13的信号控制转台12回零。
[0050]
具体地，工业计算机5信号连接有数字量输入输出板卡3，转台12是通过步进电机驱动器2驱动，数字量输入输出板卡3的输出位与步进电机驱动器2的控制位相连，从而实现对转台12转动的控制。转台12上的零位传感器13的信号通过数字量输入输出板卡3的输入位采集到计算机，运用现有技术中存在的c语言编程控制模块，可以使得转台12以一定的角度增量实现360度范围内的正反转以及回零操作。
[0051]
采集零位传感器13的信号，一方面用于每次测量开始时进行回零操作，另一方面用于消除可能累积的角度误差。通过示波器4可以快速准确捕捉法拉第杯11采集的纳秒级脉冲电子束信号，并将该信号采集到工业计算机55中进行进一步的运算处理。
[0052]
更为具体地，步进电机驱动器2的输出端传动连接有蜗轮蜗杆减速器，步进电机驱动器2的步距角为1.8度，蜗轮蜗杆减速器的减速比为90:1。转台12上设置有分度盘，在步进电机驱动器2无细分的情况下，转台12的分辨率可达到0.02度。分度盘本身的绝对定位精度可达0.01度，重复定位精度为0.005度。
[0053]
还包括安装板21，法拉第杯11和转台12二者均紧固安装在安装板21上。其中，法拉第杯11通过安装架22固定安装在安装板21上。转台12和转盘14同轴连接，转台12和转盘14通过定位销进行定位，通过螺钉将转台12和定位销固定到安装板21上，保证法拉第杯11和转盘14之间精确的位置关系。转盘14上具有一系列沿半径r0均布的直径递减的通孔，通过安装板21的定位和装配关系，使得转盘14上的任一通孔的圆心至转盘14中心的距离与法拉第杯11轴线到转盘14中心的距离相等。
[0054]
法拉第杯11包括电子收集板31、石墨电阻32、金属保护壳体33以及bnc法兰接头34。金属保护壳体33的形状呈杯状壳体，电子收集板31和石墨电阻32二者均设置在金属保护壳体33内，电子收集板31的直径大于转盘14上周向通孔的最大直径，石墨电阻32设置在电子收集板31的下方并与电子收集板31连接；bnc法兰接头34连接在金属保护壳体33的底部。
[0055]
电子收集板31收集的电子电流流过石墨电阻32，形成电压信号。法拉第杯11整体设计保证电子束信号传输通道的特征阻抗处为五十欧姆，特征阻抗同为五十欧姆的bnc法兰接头34用于电子束波形信号的输出，同时用于法拉第杯11与安装架22的安装固定。
[0056]
进一步地，电子收集板31的材质包括金属铜，赝火花强流脉冲电子束会产生瞬间极高的能量，使得电子收集板31表面快速的升温，甚至出现相变，金属铜导热性好，利于热量的传导和扩散。铜制的收集板高温下气体泄漏率小，可以保证电子束测量的真空环境不
会被污染。金属保护壳体33的材质包括金属铜，金属保护壳体33的上端设置有导电橡胶15，导电橡胶15背离金属保护壳的一侧与转盘14接触，金属保护壳体33接地。通过粘贴导电橡胶15与转盘14保持良好电接触，能够屏蔽束源放电产生的电磁干扰。
[0057]
需要注意的是：本技术的法拉第杯11采用最小化漏电容设计，电子收集板31的长度l与金属保护壳体33构成电容c
l
可通过下式计算：
[0058][0059]
其中，εr＝1，a表示法拉第杯11的直径，b表示金属保护壳体33的内径。通过相关尺寸的设计，本设计中c
l
＝1.2pf，法拉第杯11漏电容对测量的影响很小。
[0060]
需要注意的是：为获得矩形或者其他形状的快脉冲电子束的束流分布，可以将转盘14之上的圆孔改为矩形孔，或者其他形状。
[0061]
根据本发明提供的一种太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量发明方法，采用上述的一种太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统，测量方法包括如下步骤：
[0062]
s1、根据转盘14上的通孔数目n确定每次采集数据之前转盘14需要转动的步距θ(θ＝360/n)。一种可行的实施方式为：通孔数目n＝9、θ＝36度。
[0063]
s2、使转台12回零，并使法拉第杯11的轴线与电子束的轴线相重合。具体地，通过程序是的转台12回零，然后执行对中程序，使得法拉第杯11的轴线与电子束的轴线相重合。
[0064]
s3、在电子束规律发射的条件下，转盘14以θ的步距转动，脉冲电子束透过转盘14上半径为ri的通孔被法拉第杯11收集，从而获得电子束电流信号ii()，t表示测量时刻。具体地，当转盘14转动36度后，法拉第杯11的轴线、转盘14上r半径处某一个半径为ri的通孔的轴线、电子束轴线三者正好重合。脉冲电子束通过ri的通孔被法拉第杯11收集，电子流过法拉第杯11石墨电阻32形成电压信号vi(t)，通过简单计算即可获得电子束电流信号ii(t)。更为优选地，为消除测量误差，取五次测量平均值作为该入射半径下的测量信号。
[0065]
s4、转盘14转过一圈后，获得一组电子束测量数据(ri,ii(t))，ri(i＝1,2
…
n)。
[0066]
如图4所示，一种可行的实施方式为：本测量系统中转盘14上9个通孔的标号及对应的直径分别为：c9—0.5mm，c8—1mm，c7—2mm，c6—3mm，c5—5mm，c4—7.5mm，c3—10mm，c2—12.5mm，c1—15mm。使用该转盘14和转台法拉第杯系统1，在一定的气压和加速电压条件下，实际测量得到的一组赝火花高能脉冲电子束波形如图5所示，不同曲线代表不同入射半径下得到的电子束电流波形，其中，c1-c9与图4中的孔相对应。且图5中孔c1-c9对应的曲线与竖直线的交点上自下向上依次分布。
[0067]
根据实验测得的电子束测量数据(ri,ii(t))，对电子束半径及电子束电流密度分布进行评估。对于规则分布的、圆形束斑的电子束，其半径及束流密度分布的获取方法如下：
[0068]
当电子束的束流密度近似高斯分布或班尼特分布时，针对不同时刻不同半径范围内的电子束测量数据(ri,ii(t))，对不同时刻数据进行采样；对其一特定时刻t0下的实验数据进行曲线拟合，获得高斯半径或班尼特半径，进而得到该时刻下束流的密度分布。
[0069]
对于高斯分布的束流，由于其半径r处的电流密度可以表示为：
[0070]
j(r)＝j0exp(-r2/a
c2
)，其中，ag为高斯半径。
[0071]
则半径r0内的电子束电流可以表示为：ig(r0)＝i0[1-exp(-r
02
/a
g2
)]，其中i0＝j0πa
g2
表示总的电子束电流。
[0072]
对于班尼特分布的束流，其半径为r处的电流密度可以表示为：
[0073]
其中，ab为班尼特半径。
[0074]
则半径r0内的电子束电流可以表示为：其中i0＝j0πa
b2
为总的电子束电流。
[0075]
根据测得的(ri,ii(t))数据，对某一时刻(t0)下的测量数据进行采样，获得一组若干离散的(ri,ii)实测值，利用最小二乘法与曲线ig(r0)或ib(r0)拟合，得到ag或者ab来评估电子束的束斑半径。依据测量得到的i0值，拟合得到的ag或者ab值，计算得到电子束束流密度分布j(r)。
[0076]
对测量数据(ri,ii(t))以一定的时间步长dt进行采样，获得不同时刻的采样值(ri,ii(tj))，简记为(ri,i
i,j
)。利用上述曲线拟合的方法，对不同时刻的(ri,i
i,j
)进行最小二乘拟合，可获得随时间变化的脉冲电子束束斑特性ag(t)(或ab(t))和束流密度分布特性j(r(t))。
[0077]
当测量圆形或者近圆形束斑非规律分布的束流时，针对不同时刻不同半径范围内的电子束测量数据(ri,ii(t))，对任意时刻t1采样，获取该时刻下的(ri,ii(t1))，简记为(ri,ii))；此时，ri处电子束的电流密度表示为：
[0078]
j(ri)＝(i
i-i
i-1
)/π(r
2i-r
2i-1
)i＝2，3
…n[0079]
j(ri)＝i1/πr
2i
i＝1
[0080]
从而得到束流密度离散化的分布特征(ri,j(ri))；
[0081]
定义电子束的半电流半径为a
1/2
，若记总的电子束电流为i0，则可通过，则可通过的计算获得a
1/2
。
[0082]
具体地，对于圆形或近圆形束斑，束流密度不规则分布的情况下，评估电子束束流密度分布及束斑尺寸的方法如下:
[0083]
根据实验测量得到的一组(ri,ii(t))的值，对任意时刻(t1)数据进行采样，获取该时刻下的(ri,ii(t1))，简记为(ri,ii)。
[0084]
则该时刻下，ri处电子束的电流密度可以表示为:
[0085]
j(ri)＝(i
i-i
i-1
)/π(r
2i-r
2i-1
)(i＝2，3
…
n)，
[0086]
对于最小直径处的，即束斑中心处的j(r1)＝i1/πr
21
。
[0087]
从而获得离散形式的电子束电流密度分布(ri,j(ri))。定义电子束的半电流半径为a
1/2
,可通过计算获得。从而进一步利用a
1/2
评价电子束的束斑特性。
[0088]
如图6所示为某一条件下实际测量的赝火花电子束峰值束流分布，是通过对图5所示的波形数据在峰值电子束电流时刻波形进行采样并计算后获取，计算得到该时刻下(即峰值电子束电流时)电子束的半电流半径a
1/2
＝6.28mm。图7为同一气压条件不同加速电压之下，实际测量的赝火花电子束峰值束流密度分布曲线。
[0089]
进一步的，如图8所示为某一条件下实际测量的赝火花电子束时变的半电流半径a1/2
(t)的实测曲线。根据实测得的(ri,ii(t))波形，对不同时刻下的测量数据进行采样得到(ri,ii(tj))(简记为(ri,i
i,j
))。基于此数据(ri,i
i,j
)，参照上面的方法可对不同时刻的j(ri)，a
1/2
进行计算，从而获得时变的j(ri(t))，a
1/2
(t)。
[0090]
为保证测量的精确度，每次测量前测量系统会执行回零和对中过程。为执行回零和对中操作，测量系统安装在真空舱内的精密三轴运控平台上。每次测量开始后，三轴运动平台返回零点位置，转台12回零使转盘14上1毫米直径孔的轴线与法拉第杯11轴线对准。之后，在运控平台带动下，测量系统的法拉第杯11轴线运动至赝火花电子束源阳极孔对应的位置(x0,y0)。随后，三轴平台运动，带动测量系统的法拉第杯11轴线移动到(x0-1,y0)的位置。此后，每产生一次电子束发射，测量系统以0.1mm的步距沿x方向运动，直至运动至(x0+1,y0)的位置。在此过程中，收集每个位置处的电子束电流波形，记录电子束电流幅值达到最大值时的位置(x0’,y0)。然后，测量系统移动到(x0’,y0-1)，并通过类似的方法得到(x0’,y0’)。坐标点(x0’,y0’)被认为是电子束的中心，转台法拉第杯系统1移动到此位置，开始电子束分布的测量。
[0091]
测量误差可以如下的方法获得：若电子束电流密度j(r)符合高斯分布，当电子束半径为r0时，
△
r的轴线偏差导致的电子束电流分布测量的相对误差error可表示为：
[0092][0093]
式中，ag表示束流的高斯半径，j0为峰值电子束电流密度。使用该系统测量赝火花纳秒脉冲电子束的束流密度分布，由于
△
r≈0.14，测量误差小于1％。
[0094]
需要说明的是，采用以上的方案，即可获得圆形或者近似圆形电子束束斑的直径及其电子束电流密度的分布。同时，要想提高测量的精确度，则可以根据测量的结果进一步优化转盘14上面周向孔的设计，提高周向孔的数目，减小周向孔的直径差，或者在分析测量数据基础上，对束流测量值变化率较大的部分进一步细化测量孔的直径设计。整个测量系统硬件部分结构简单，维护方便，可用于真空系统下的测量。
[0095]
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
[0096]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0097]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相
互组合。

技术特征：
1.一种太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统，其特征在于，包括转台法拉第杯系统(1)、工业计算机(5)以及示波器(4)；所述转台法拉第杯系统(1)包括法拉第杯(11)、转台(12)以及转盘(14)，所述转台(12)上设置有零位传感器(13)，所述转台(12)驱动转盘(14)绕转盘(14)中心轴线转动，所述转盘(14)的周侧均布设置有多个通孔，多个所述通孔的孔径呈阶梯递减，所述法拉第杯(11)位于转盘(14)的下方，且所述法兰第杯的电子束入口直径大于通孔的最大孔径；所述示波器(4)捕捉法拉第杯(11)采集的脉冲电子束信号，且所述示波器(4)将捕捉到的脉冲电子束信号发送至工业计算机(5)进行运算处理；所述工业计算机(5)控制转台(12)转动，且所述工业计算机(5)接收零位传感器(13)的信号控制转台(12)回零。2.如权利要求1所述的太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统，其特征在于，还包括安装板(21)，所述法拉第杯(11)和转台(12)二者均紧固安装在安装板(21)上，且所述转台(12)和转盘(14)同轴连接。3.如权利要求1所述的太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统，其特征在于，所述转盘(14)上的任一通孔的圆心至转盘(14)中心的距离，与所述法拉第杯(11)轴线到转盘(14)中心的距离相等。4.如权利要求1所述的太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统，其特征在于，所述法拉第杯(11)包括电子收集板(31)、石墨电阻(32)、金属保护壳体(33)以及bnc法兰接头(34)；所述金属保护壳体(33)的形状呈杯状壳体，所述电子收集板(31)和石墨电阻(32)二者均设置在金属保护壳体(33)内，所述电子收集板(31)的直径大于转盘(14)上周向通孔的最大直径，所述石墨电阻(32)设置在电子收集板(31)的下方并与电子收集板(31)连接；所述bnc法兰接头(34)连接在金属保护壳体(33)的底部。5.如权利要求4所述的太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统，其特征在于，所述电子收集板(31)的材质包括金属铜，所述金属保护壳体(33)的材质包括金属铜，且所述金属保护壳体(33)的上端设置有导电橡胶(15)，所述导电橡胶(15)背离金属保护壳的一侧与转盘(14)保证良好电接触，且所述金属保护壳体(33)接地。6.如权利要求4所述的太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统，其特征在于，所述法拉第杯(11)采用最小化漏电容设计，电子收集板(31)的长度l与金属保护壳体(33)构成电容c
l
可通过下式计算：其中，ε
r
＝1，a表示法拉第杯(11)的直径，b表示金属保护壳体(33)的内径。7.一种太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统，测量方法包括如下步骤：s1、根据转盘(14)上的通孔数目n确定每次采集数据之前转盘(14)需要转动的步距θ(θ＝360/n)；
s2、使转台(12)回零，并使法拉第杯(11)的轴线与电子束的轴线相重合；s3、在电子束规律发射的条件下，转盘(14)以θ的步距转动，脉冲电子束透过转盘(14)上半径为r
i
的通孔被法拉第杯(11)收集，从而获得电子束电流信号i
i
(t)，t表示测量时刻；s4、转盘(14)转过一圈后，获得一组电子束测量数据(r
i
，i
i
(t))，r
i
(i＝1，2...n)。8.如权利要求7所述的太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量方法，其特征在于，当电子束的束流密度近似高斯分布或班尼特分布时，针对不同时刻不同半径范围内的电子束测量数据(r
i
，i
i
(t))，对不同时刻数据进行采样；对其一特定时刻t0下的实验数据进行曲线拟合，获得高斯半径或班尼特半径，进而得到该时刻下束流的密度分布。9.如权利要求7所述的太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量方法，其特征在于，当测量圆形或者近圆形束斑非规律分布的束流时，针对不同时刻不同半径范围内的电子束测量数据(r
i
，i
i
(t))，对任意时刻t1采样，获取该时刻下的(r
i
，i
i
(t1))，简记为(r
i
，i
i
))；此时，r
i
处电子束的电流密度表示为：j(r
i
)＝(i
i-i
i-1
)/π(r
2i-r
2i-1
)i＝2，3
…
nj(r
i
)＝i1/πr
2i
i＝1从而得到束流密度离散化的分布特征(r
i
，j(r
i
))；定义电子束的半电流半径为a
1/2
，若记总的电子束电流为i0，则可通过则可通过的计算获得a
1/2
。10.如权利要求9所述的太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量方法，其特征在于，若电子束电流密度j(r)符合高斯分布，当电子束半径为r0时，δr的轴线偏差导致的电子束电流分布测量的相对误差error可表示为：式中，a
g
表示束流的高斯半径，j0为峰值电子束电流密度。

技术总结
本发明提供了一种太赫兹波辐射源的赝火花电子束分布特性测量系统及方法，测量系统由转台法拉第杯系统、工业计算机以及示波器等组成。示波器捕捉法拉第杯采集的脉冲电子束信号，且示波器将捕捉到的脉冲电子束信号发送至工业计算机进行运算处理；工业计算机控制转台转动，且工业计算机接收零位传感器的信号控制转台回零。测量系统可对圆形或者近圆形束斑的电子束半径及束流密度分布进行测量，利用曲线拟合的手段得到接近理论分布的电子束分布参数；对于束流密度分布不规则的电子束，可以获得其离散化的束流分布规律，计算得到半电流半径a


技术研发人员：霍卫杰 段欣欣 章斌 陈克寒 王盛 胡静 秦岭 王锋 张亚欧
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2022.12.08
技术公布日：2023/7/19