[發明專利]高精度離子能量分析儀

在審

• 申請號: 201711168114.7
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN108022824A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發明（設計）人: 程健;陳自強;田春東;林偉
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01J49/48
• 分類號: H01J49/48;H01J37/32;H05H1/00
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

本發明公開了一種高精度離子能量分析儀，包括：傳感器探頭、機箱與上位機；其中：所述傳感器探頭設有微弱電流檢測電路，用于在機箱中系統控制單元的控制下進行電流檢測，并將檢測到的微弱電流信號轉換為標準電流信號；機箱中設有系統控制單元、數據采集單元與掃描電壓和偏壓單元；所述系統控制單元受控于上位機；所述掃描電壓和偏壓單元在系統控制單元的控制下對傳感器探頭的掃描測量模式及相關參數進行設置，所述數據采集單元在系統控制單元的控制下進行工作狀態參數的設定，以及接收微弱電流檢測電路輸出的標準電流信號并進行處理，再將處理后的數字信號經系統控制單元傳輸至上位機。該離子能量分析儀可以提高等離子體測量結果的精確度。

技術領域

本發明涉及等離子體測量領域，尤其涉及一種高精度離子能量分析儀。

背景技術

離子能量分析儀是一種用于等離子體環境中離子能量分布測量的專業儀器,在空間等離子體模擬系統、等離子體材料處理、低地球軌道空間等離子體環境等場合有著越來越廣泛的應用。

目前離子能量分析儀是由多層柵網和離子收集極組成，對于不同的應用場景，柵網層數、尺寸、間距等略有不同。一般，將多層柵網(包括1層懸浮柵網、2層阻滯柵網、1層電子抑制柵網)和離子收集極所構成的探頭置于等離子體環境內。懸浮柵網接儀器地，防止內部柵網的掃描電壓和偏壓影響等離子體的狀態。阻滯柵網上施加掃描電壓，只有高于該層柵網電壓能量的離子才能通過。離子收集極用于收集通過阻滯網的離子。根據檢測不同掃描電壓下的離子收集電流，得到I-V特性曲線，再對其求一階微分，可得到離子能量分布。

早在20世紀60年代，美國等國家就已經開始進行星載離子能量分析儀的在軌試驗。在隨后的幾十年里，離子能量分析儀也在不斷的改進，正逐步滿足等離子體基本測量需求。但是由于有限的微弱電流檢測能力、外部噪聲干擾、傳感器探頭帶來的測量誤差、測量信號長線傳輸等眾多因素影響，使得現有技術的離子能量分析儀在針對低密度等離子體測量時，無法取得高精度結果。

中國專利申請號CN201280023721.3公布的一種離子能量分析儀，《離子能量分析儀、在該離子能量分析儀中發電信號的方法及制造和操作該離子能量分析儀的方法》。采用多柵網結構傳感器，主要是涉及測量等離子體材料處理系統內的離子能量分布。在材料處理等方面的應用中，等離子體密度較大，離子能量較高，因此測量的離子能量信號強。但是該離子能量分析儀在低密度等離子體領域，當信號十分微弱，約為pA量級時，這種測量方法無法獲取所需要的測量結果。同時，上述離子能量分析儀將微弱信號由多柵網傳感器端經由長信號線傳輸到數據采集單元，這種方法在實際使用中必然會引入傳輸噪聲，給低密度等離子體測量帶來很大干擾。

發明內容

本發明的目的是提供一種高精度離子能量分析儀，可以提高等離子體測量結果的精確度。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種高精度離子能量分析儀，包括：傳感器探頭、機箱與上位機；其中：

所述傳感器探頭設有微弱電流檢測電路，用于在機箱中系統控制單元的控制下進行電流檢測，并將檢測到的微弱電流信號轉換為標準電流信號；

機箱中設有系統控制單元、數據采集單元與掃描電壓和偏壓單元；所述系統控制單元受控于上位機；所述掃描電壓和偏壓單元在系統控制單元的控制下對傳感器探頭的掃描測量模式及相關參數進行設置，所述數據采集單元在系統控制單元的控制下進行工作狀態參數的設定，以及接收微弱電流檢測電路輸出的標準電流信號并進行處理，再將處理后的數字信號經系統控制單元傳輸至上位機。

所述傳感器探頭包括：套筒、擋板、多柵網結構以及底板；

所述多柵網結構設置在套筒中，套筒與多柵網結構的前端用于擋板隔離，套筒的底部通過底板密封；