微光像增强器管壳内部真空度恶化分析研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)微光夜视技术重点实验室 作者:程耀进

  微光像增强器是重要的光电器件,本文研究该器件在制作过程中出现的部分像管工作寿命低的原因,根据潘宁放电原理,结合气体在材料中的扩散理论和气体在极其微小漏孔中的流动理论,对密封像管管壳内部真空度变化进行了检测和分析,提出引起管壳内部真空度下降的主要原因是像管管壳封接端面存在的缺陷。这对制备长寿命微光像增强器有很高的应用价值。

  微光像增强器可有效改善夜间观察效果,其在夜间作战、观测、瞄准和夜航等方面有广泛的应用。在现代战争中,特别是在近代的海湾战争、科索沃战争及伊拉克战争中,微光夜视仪对战争胜负所起的作用越来越大。对于高性能的微光夜视器件,其储存、使用寿命是其在军备装置上能否得到广泛应用推广的主要因素之一。据统计,微光像增强器的使用寿命一般在3000h左右,存储寿命可超过5000h,但是在实际工艺制作中,有些成品器件的使用和存储寿命却达不到上述数字。

  根据现有文献资料,微小密封容器内部真空度的恶化有三方面因素:①材料内部溶解的气体扩散引起容器内部真空度的下降;②极其微小的漏孔漏气引起的容器内部真空度的下降;③外界气体渗透引起的容器内部真空度的下降。对于材料内部溶解气体扩散的放气,Moore等通过理论模型及实验对其放气有较好的解释;而对于材料中存在极微小漏孔的漏气,通过Monte Carlo模拟的方法以及对纳米漏孔中气体流动速率的实验,对极其微小漏孔的漏气也有较好的解释。

  为了研究部分微光像增强器存在的低使用和存储寿命,本文根据潘宁放电原理,对密封微光像管管壳内部真空度的变化进行了监测,并结合气体放气和漏气模型,对像增强器内部真空度的恶化原因进行深入的分析和研究。

1、像管内部真空度变化测量及分析

  真空度恶化是微光像增强器无法正常工作的主要原因之一,为了研究部分微光像增强器存在的正常使用寿命低的原因,根据潘宁放电原理设计微光像增强器管壳内部真空度监测的实验。

  1.1、实验原理

  对于具有两个电极,真空度在10-1~10-4 Pa之间的密封电真空器件,可以利用潘宁放电的原理来进行真空度的测量,即利用器件中的自由电子作为初始自由电子,这些自由电子在电场和磁场的共同作用下在向阳极的运动过程中,与气体分子发生碰撞而使其发生电离,电离产生的正离子在强电场作用下,高速轰击阴极,在阴极表面打出二次电子,这些电子在飞向阳极时,再与气体分子碰撞又发生放电,如此不断发展引起气体电离和气体放电。如果在放电回路中接入电流表,则密封容器内部出现放电时电流表读数将发生变化,通过电流表读数的变化可以判断密封容器内部真空度的变化情况。

  1.2、像管内部真空度变化测量及分析

  本实验利用螺线管提供均匀的磁场,如图1所示,将密封像管管壳放在螺线管内部,两端加一个直流高压,电阻M 为保护元件。

自持放电的方法对密封像管内部真空度变化测量示意图

图1 自持放电的方法对密封像管内部真空度变化测量示意图

  实验对96只封装管壳内部的真空度进行检测,以每50h作为一个时间段进行统计,统计结果如表1所示,时间段1为0~50h,时间段2为50~100h,以此类推。

表1 像管内部真空度监测结果

像管内部真空度监测结果

  根据实验结果,在统计时间段内共有5只管壳监测到放电,即5只管壳内部真空度进入了10-4Pa。对于微光像增强器,管子内部真空度进入10-6Pa时管子将无法正常工作,所以管壳内部真空度的下降是部分像管使用寿命低的主要因素之一。

结论

  本文首先根据潘宁放电原理对按照像管制作工艺封接的管壳内部真空度进行监测,得到工艺封接中存在真空度下降现象。根据材料内部气体溶解放气模型以及微小漏孔中气体漏气模型,对封接管壳内部真空度下降原因进行了深入分析,提出管壳内部真空度下降主要是由于封接端面存在的缺陷引起,为提高微光像增强器的使用寿命提出了改进方向。

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