[發(fā)明專利]等離子體診斷用多功能探針

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910306774.6
• 申請(qǐng)日: 2009-09-09
• 公開（公告）號(hào): CN101650230A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸文琪;王友年;鄧新綠;徐軍;董闖;邱大偉;范鵬輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué);日新電機(jī)（大連）技術(shù)開發(fā)有限公司
• 主分類號(hào): G01K7/00
• 分類號(hào): G01K7/00;G01R1/067;G01R19/25;G01R1/073;G01T1/29;H05H1/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于等離子體科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種將單探針、雙探針和三探針技術(shù)整合于一體的多功能診斷裝置，兼有單探針、雙探針和三探針功能，用于在各種放電形式下對(duì)等離子體進(jìn)行診斷。

背景技術(shù)

探針是診斷等離子體參數(shù)常用的裝置，可以分為單探針、雙探針、三探針等多種類型。單探針是一個(gè)置于等離子體中的小金屬電極，在探針與等離子體地之間加上掃描偏置電壓，然后測(cè)量探針電流隨掃描偏置電壓的變化，得到伏安特性曲線，再通過分析伏安特性曲線就可以得到等離子體的參數(shù)。雙探針由兩個(gè)相互靠近的小金屬電極構(gòu)成，掃描偏置電壓加在兩電極之間，也是通過分析伏安特性曲線獲得等離子體的參數(shù)。三探針由三個(gè)相互靠近的小金屬電極構(gòu)成，在其中兩個(gè)電極之間加一個(gè)固定電壓，測(cè)量這兩個(gè)電極與第三電極之間的電壓和電流，利用公式就可以計(jì)算出等離子體密度和電子溫度。

上述三種探針各有優(yōu)點(diǎn)和局限性：利用單探針能夠獲得等離子體密度、電子溫度、等離子體電位及電子能量分布函數(shù)等參數(shù)，但單探針對(duì)等離子體的擾動(dòng)較大，而且不能用于無參考地的等離子體；雙探針和三探針能夠診斷無參考地的等離子體，對(duì)等離子體擾動(dòng)較小，但利用這兩種探針不能獲得等離子體電位和電子能量分布函數(shù)；三探針工作不需要掃描偏置電壓，因此時(shí)間分辨能力遠(yuǎn)高于單探針和雙探針，但其空間分辨能力略低于雙探針和單探針。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種等離子體診斷用多功能探針，該探針將單探針、雙探針和三探針技術(shù)整合于一體，兼有單探針、雙探針和三探針的功能，彌補(bǔ)三種探針各自使用時(shí)的局限性，使之能夠不受放電形式制約廣泛適用于各種等離子體診斷，并且具有快速診斷能力。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

該多功能探針包括三個(gè)相互靠近的金屬電極、探針電路、計(jì)算機(jī)，金屬電極的材料、形狀和大小相同；探針電路由驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)據(jù)采集卡組成，驅(qū)動(dòng)電路包括繼電器、高壓運(yùn)放、取樣電阻、反饋電阻和輸入電阻，數(shù)據(jù)采集卡上有模擬信號(hào)輸入端子、數(shù)字信號(hào)輸出端子、模擬信號(hào)輸出端子和接地端子；探針電路在計(jì)算機(jī)控制下按照設(shè)定在單探針、雙探針或三探針模式下進(jìn)行工作，分別實(shí)現(xiàn)單探針、雙探針和三探針功能；工作模式的切換由數(shù)據(jù)采集卡按照計(jì)算機(jī)指令控制繼電器實(shí)現(xiàn)。

單探針和雙探針模式下工作所需掃描偏置電壓由模擬信號(hào)輸出端子的模擬輸出信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路的高壓運(yùn)放升壓提供；三探針模式下工作所需固定偏置電壓由模擬信號(hào)輸出端子的模擬輸出電壓直接提供；探針工作模式切換由數(shù)字信號(hào)輸出端子的數(shù)字輸出電平控制繼電器動(dòng)作實(shí)現(xiàn)；探針的電壓、電流信號(hào)由模擬信號(hào)輸入端子采集。

本發(fā)明的效果和益處是將單探針、雙探針和三探針的功能集于一體，利用三種探針相互互補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)它們各自的局限性，從而能夠不受放電形式制約廣泛適用于各種等離子體診斷，并且具有快速診斷能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電原理圖。

圖2是本發(fā)明在單探針模式下工作的接線圖。

圖3是本發(fā)明在雙探針模式下工作的接線圖。

圖4是本發(fā)明在三探針模式下工作的接線圖。

圖5是利用本發(fā)明在單探針模式下對(duì)直流放電等離子體進(jìn)行診斷的實(shí)測(cè)特性曲線圖。

圖6是利用本發(fā)明在雙探針模式下對(duì)射頻放電等離子體進(jìn)行診斷的實(shí)測(cè)特性曲線圖。

圖7是利用本發(fā)明在三探針模式下對(duì)微波電子回旋共振等離子體進(jìn)行診斷的等離子體密度和電子溫度測(cè)量結(jié)果。

圖中：1金屬電極A，2金屬電極B，3金屬電極C，4數(shù)據(jù)采集卡，5繼電器，6高壓運(yùn)放，7取樣電阻，8反饋電阻，9輸入電阻，10模擬信號(hào)輸入端子，11數(shù)字信號(hào)輸出端子，12模擬信號(hào)輸出端子，13接地端子，14等離子體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。

在圖1中，金屬電極A、金屬電極B和金屬電極C都是直徑0.2mm、長(zhǎng)4mm的鎢絲，互相平行排列，間距都是1mm。數(shù)據(jù)采集卡4使用National?Instruments公司的USB-6211，高壓運(yùn)放6使用Apex公司的PA08。取樣電阻7、反饋電阻8和輸入電阻9的值分別為1kΩ、100kΩ、10kΩ。

在圖2中，數(shù)字信號(hào)輸出端子11輸出低電平信號(hào)，繼電器5開關(guān)擲向左側(cè)，接地端子13與等離子體14參考地連接，金屬電極A和金屬電極C不起作用，探針工作于單探針模式。

在圖3中，數(shù)字信號(hào)輸出端子11輸出低電平信號(hào)，繼電器5開關(guān)擲向左側(cè)，接地端子13與金屬電極C連接，金屬電極B不起作用，探針工作于雙探針模式。