基于Helmholtz线圈的电子束高速扫描系统设计

张伟 蒋布辉 陈晓 栗琪凯 孔令其

摘要：针对国内电子束偏转扫描线圈的磁感应强度较低、均匀性较差，扫描速度较慢等不足，基于Helmholtz线圈的工作原理，采用空心结构设计了电子束偏转扫描线圈;提出一种双逆推主电路拓扑结构，使扫描线圈的驱动电压增加一倍，从而提高了扫描线圈驱动电流的变化速度;采用电流霍尔传感器和PID调节电路设计了驱动电流闭环控制电路，并利用Labview软件开发了电子束高速扫描控制程序。结果表明：该电子束高速扫描系统扫描线圈的磁感应强度和均匀性能够满足大角度电子束偏转扫描要求，并有效提高驱动电流的变化速率，可以实现电子束高速扫描。

关键词：电子束;高速扫描;偏转线圈;驱动电路

中图分类号：TG456.3      文献标志码：A      文章编号：1001-2003（2021）06-0007-06

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.06.02

0    前言

由于电子束几乎没有质量和惯性，并且在磁场中受洛伦兹力作用会改变其运动方向，因此可以通过改变磁感应强度来实现电子束非接触、偏转控制。在电子束加工中，通常采用偏转线圈来产生磁场，实时调节偏转线圈的电流可改变磁场的大小和方向，使电子束流偏转到工件的不同位置，从而实现多束流加工，比如多束流焊接、电子束选区熔化、电子束熔丝增材随行退火、电子束毛化等。电子束偏转技术虽然在20世纪70年代就已经应用于消除电子束焊接缺陷，但是由于控制技术的限制，偏转角度、扫描频率受到限制，多用于多束流焊接[1-4]。目前，德国 SST 公司研制的电……