[發(fā)明專利]一種正負調(diào)幅脈沖驅(qū)動靜電探針及數(shù)據(jù)采集分析一體裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610241321.X
• 申請日: 2016-04-19
• 公開（公告）號: CN105704900B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳兆權(quán);丘漢標;宋曉
• 申請（專利權(quán)）人: 陳兆權(quán);丘漢標
• 主分類號: H05H1/00
• 分類號: H05H1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種正負調(diào)幅脈沖驅(qū)動靜電探針及數(shù)據(jù)采集分析一體裝置，采用幅值可調(diào)的方波脈沖信號經(jīng)過放大后作為Langmuir探針的偏置電壓。電流信號采集系統(tǒng)在每個脈沖偏置電壓上特定的電流采集點進行快速采集電流，然后電壓降到0值，探針自然冷卻后，再進行下一個脈沖方波的施加和采集，從而避免探針自加熱效應(yīng)的產(chǎn)生。并且，電流信號采集系統(tǒng)采用軟開關(guān)技術(shù)和大范圍電流測量手段，避免了離子電流微納量采集的精度缺陷。最后，同步電壓信號和電流信號經(jīng)過DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理計算后得到Langmuir探針的V?I特性曲線及電子溫度、能量分布、電子密度和空間電位等參數(shù)，并在上位機系統(tǒng)上方便顯示。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及等離子體科學與技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種正負調(diào)幅脈沖驅(qū)動靜電探針及數(shù)據(jù)采集分析一體裝置。

背景技術(shù)

靜電探針技術(shù)是低氣壓等離子體參數(shù)診斷的必備工具之一，雖然探針測量理論在100年前已經(jīng)發(fā)展成熟，但是實際測量的誤差一直比較粗燥，致使探針測量數(shù)據(jù)只具有數(shù)量級參考意義。我們分析其誤差來源，其中，電子飽和流過大，使得探針自加熱引起內(nèi)阻變大導致的誤差顯著。實際使用過程中，探針電壓由外部電源驅(qū)動，電流經(jīng)由所測量的等離子體、探針而形成測量回路。由于等離子體負載的電阻跨5個數(shù)量級，電子電流大于離子電流致使。因而造成電流采集的測量范圍也需要跨5個數(shù)量級，這是電流測量手段的一個難點。并且，目前市場上不具有消除內(nèi)阻誤差效應(yīng)的探針測量系統(tǒng)的價格在5萬元以上（進口設(shè)備在20萬元左右）。

因此，開發(fā)一種測量精度高、穩(wěn)定性好、體積小、重量輕且成本相對低廉的一種正負調(diào)幅脈沖驅(qū)動靜電探針及數(shù)據(jù)采集分析一體裝置具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的靜電探針測量裝置存在的不足，提出了一種正負調(diào)幅脈沖驅(qū)動靜電探針及數(shù)據(jù)采集分析一體裝置。

本發(fā)明擬采用以下技術(shù)方案：

一種正負調(diào)幅脈沖驅(qū)動靜電探針及數(shù)據(jù)采集分析一體裝置，其特征在于，本發(fā)明由正負調(diào)幅脈沖發(fā)生器、驅(qū)動電路、Langmuir探針、DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、上位機系統(tǒng)、電流信號采集系統(tǒng)組成。其中，正負調(diào)幅脈沖發(fā)生器產(chǎn)生兩路輸出，一路輸出方波脈沖信號并經(jīng)過驅(qū)動電路產(chǎn)生探針偏置信號，另一路輸出同步脈沖信號。上位機系統(tǒng)根據(jù)同步脈沖信號及設(shè)定程序向電流采集系統(tǒng)輸出電流采集信號，從而控制電流信號采集系統(tǒng)在指定時間段對Langmuir探針進行電流采集。然后，同步脈沖信號與電流信號經(jīng)過DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理計算后得到Langmuir探針的V-I特性曲線，并依此推導計算出電子溫度、能量分布、電子密度和空間電位等參數(shù)，最后顯示在上位機系統(tǒng)。

有益效果：1、采用幅值可調(diào)方波脈沖作為探針偏置信號，在每個電壓階梯的特定點上快速采集電流，然后電壓降到0值，探針自然冷卻后，再進行下一個脈沖方波的施加并采集。如此，避免了探針自加熱效應(yīng)的產(chǎn)生。2、采用軟開關(guān)技術(shù)和大范圍電流測量手段，避免了離子電流微納量采集的精度缺陷。而且價格成本約2000元，具有一定的價格優(yōu)勢。

附圖說明

圖1為本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)示意圖。其中，正負調(diào)幅脈沖發(fā)生器（1），方波脈沖信號（2），驅(qū)動電路（3），探針偏置信號（4），Langmuir探針（5），同步脈沖信號（6），DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（7），電流采集信號（8），電流信號讀取（9），電流信號（10），電流信號采集系統(tǒng)（11），上位機系統(tǒng)（12）。

圖2為方波脈沖信號原理示意圖。其中，脈沖幅值（13），零點電位（14）。

圖3為同步脈沖信號原理示意圖。其中，電流采集點（15），電流采集延時（16）。

具體實施方式