專利名稱：等離子體診斷用多功能探針的制作方法
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。


圖l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，IO模擬信號(hào)輸入端子，ll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)施例方式
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4mm的鎢絲，互相平行 排列，間距都是lmm。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lk Q 、 100kQ、 10kQ
在圖2中，數(shù)字信號(hào)輸出端子ll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ll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。在圖4中，數(shù)字信號(hào)輸出端子ll輸出高電平信號(hào)，繼電器5開關(guān)擲向右側(cè)，探針工作于三 探針模式。
在圖5的實(shí)施例中，利用本發(fā)明在單探針模式下對(duì)直流磁控放電等離子體進(jìn)行診斷得到 伏安特性曲線。探針距磁控陰極4cm。對(duì)伏安特性曲線分析計(jì)算得出等離子體密度為9.8X 109cm—3，電子溫度為1.14eV，等離子體空間電位2V，懸浮電位-7. 76V。
在圖6的實(shí)施例中，利用本發(fā)明在雙探針模式下對(duì)射頻60腿z電容耦合放電等離子體進(jìn)行 診斷得到伏安特性曲線。電極間距20mm。對(duì)伏安特性曲線分析計(jì)算得出等離子體密度為l. 89 X101Qcm—3，電子溫度為3. 4eV。
在圖7的實(shí)施例中，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 得到等離子體密度和電子溫度的值及其隨時(shí)間的變化。
權(quán)利要求
1.一種等離子體診斷用多功能探針，其特征在于該多功能探針包括三個(gè)相互靠近的金屬電極(A、B和C)、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(4)組成，驅(qū)動(dòng)電路包括繼電器(5)、高壓運(yùn)放(6)、取樣電阻(7)、反饋電阻(8)和輸入電阻(9)，數(shù)據(jù)采集卡(4)上有模擬信號(hào)輸入端子(10)、數(shù)字信號(hào)輸出端子(11)、模擬信號(hào)輸出端子(12)和接地端子(13)；探針電路在計(jì)算機(jī)控制下能夠按照設(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(4)按照計(jì)算機(jī)指令控制繼電器(5)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(12)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(12)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(11)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(10)采集。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種等離子體診斷用多功能探針，屬于等離子體科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，用于診斷等離子體。該多功能探針兼有單探針、雙探針和三探針功能，探針電路在計(jì)算機(jī)軟件控制下能夠按照設(shè)定在單探針、雙探針或三探針模式下進(jìn)行工作，工作模式的切換由計(jì)算機(jī)指令控制繼電器動(dòng)作實(shí)現(xiàn)。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。
文檔編號(hào)G01K7/00GK101650230SQ20091030677
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者軍 徐, 王友年, 范鵬輝, 闖 董, 鄧新綠, 邱大偉, 陸文琪 申請(qǐng)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