專利名稱：射頻等離子體探針裝置的制作方法
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，涉及到一種射頻等離子體探針裝置， 用于診斷等離子體，特別是射頻和雙頻等離子體以獲得等離子體的密度和電子 溫度等參數(shù)。
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、雙探針等多種類 型。單探針是把一個(gè)小金屬電極置于等離子體中，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)靠近 的單探針構(gòu)成，掃描偏置電壓加在兩探針之間也是通過分析伏安特性曲線獲得 等離子體的參數(shù)。雙探針裝置與等離子體放電系統(tǒng)不共地，因此雙探針對(duì)于等 離子體無參考地的情況也可以進(jìn)行診斷。
利用探針診斷射頻等離子體時(shí)，探針的伏安特性曲線會(huì)受到射頻信號(hào)的嚴(yán) 重干擾。單探針與等離子體放電系統(tǒng)共地，干擾是射頻信號(hào)直接疊加在探針上 造成的；對(duì)于雙探針，射頻干擾是通過探針裝置與等離子體地間的分布電容耦 合造成的。解決這一問題通常的辦法是在探針電路中串聯(lián)若干射頻扼流圈，并 在探針頭部附近安裝輔助電極。這些措施雖然能夠使射頻擾動(dòng)得到衰減，但使 探針結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、對(duì)等離子體擾動(dòng)大、不能在較小的放電空間使用。更 主要的問題是，上述辦法只能針對(duì)單一的射頻頻率，對(duì)于科研、生產(chǎn)中常用的 雙頻放電等離子體，由于存在復(fù)雜的諧波成分，則完全無效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種射頻等離子體探針裝置，以解決由于 射頻信號(hào)的干擾而無法對(duì)射頻、雙頻等離子體進(jìn)行診斷的問題。 本發(fā)明技術(shù)方案是
探針裝置主要由雙探針、放大驅(qū)動(dòng)電路、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡和筆記本電腦構(gòu) 成，探針電路中不使用射頻扼流圈和輔助電極。雙探針置于等離子體中，探針 裝置的其他組成部分遠(yuǎn)離等離子體放電系統(tǒng)的地，距離大于0.5米。
探針裝置工作完全依靠裝置中筆記本電腦的電池供電。筆記本電腦由電池 供電，不使用交流適配器。
雙探針可以是兩個(gè)探針形狀、大小相同，也可以是兩個(gè)探針形狀、大小不 同。模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡具有模擬輸出功能。探針裝置工作所需的掃描偏置信號(hào)由 模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡的模擬輸出提供，不使用振蕩電路或積分電路生成。
放大驅(qū)動(dòng)電路、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡分別從筆記本電腦的不同USB接口取電。 放大驅(qū)動(dòng)電路所需的正負(fù)高電壓由筆記本電腦的USB接口輸出的5V電壓經(jīng)直 流-直流(DC-DC)變換模塊升壓后提供。
本發(fā)明的有益效果是
(a) 本發(fā)明的裝置不受射頻信號(hào)干擾，不僅能夠?qū)我簧漕l放電等離子體 進(jìn)行診斷，而且能夠?qū)﹄p頻放電等離子體進(jìn)行診斷。
(b) 本發(fā)明的裝置不需要射頻扼流圈和輔助電極，探針尺寸小，能夠診斷 短間隙和小空間放電的等離子體，具有較高的空間分辨能力。
(c) 本發(fā)明的裝置使用模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡的模擬輸出代替振蕩電路或積分電 路生成掃描偏置信號(hào)，便于根據(jù)需要靈活控制掃描偏置信號(hào)的波形、幅度和頻


圖l是本發(fā)明的工作流程圖。
圖2是利用本發(fā)明對(duì)單一射頻放電等離子體進(jìn)行診斷的實(shí)測(cè)特性曲線圖。 圖3是利用本發(fā)明對(duì)雙頻放電等離子體進(jìn)行診斷的實(shí)測(cè)特性曲線圖。
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，雙探針由兩根互相平行相距1 mm的鎢絲組成，每根鎢絲的直徑 為0.2 mm、長4 mm。筆記本電腦的USB接口輸出的5V電壓經(jīng)直流-直流 (DC-DC)模塊變換為正負(fù)100V提供給放大驅(qū)動(dòng)電路作為電源。放大驅(qū)動(dòng)電路 為使用PA08高壓運(yùn)放的反向輸入放大器。模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡使用National Instruments公司的具有模擬輸出功能的USB-6211數(shù)據(jù)采集卡。筆記本電腦控制 模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡輸出范圍內(nèi)的掃描偏置信號(hào)，經(jīng)放大驅(qū)動(dòng)電路放大10 倍后，提供給雙探針作為偏置；探針的電壓、電流數(shù)據(jù)由模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡采集， 輸入筆記本電腦。
在圖2的實(shí)施例中，利用本發(fā)明對(duì)射頻60 MHz電容耦合放電等離子體進(jìn)行 診斷得到伏安特性曲線。放電氣體為氬氣，氣壓為2.4Pa，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1.89xl01()Cm-3，電子溫度為4eV。
在圖3的實(shí)施例中，利用本發(fā)明對(duì)雙頻(60MHz+2MHz)電容耦合放電等 離子體進(jìn)行診斷得到伏安特性曲線。放電氣體為氬氣，氣壓為2.4Pa，電極間距 20rnm。對(duì)伏安特性曲線分析計(jì)算得出等離子體密度為2.88><101()(;111-3，電子溫度 為3.55eV。
權(quán)利要求
1.一種射頻等離子體探針裝置，包括雙探針、放大驅(qū)動(dòng)電路、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡和筆記本電腦，其特征在于，雙探針置于等離子體中，探針裝置的其他組成部分遠(yuǎn)離等離子體放電系統(tǒng)的地，距離大于0.5米；探針裝置工作依靠筆記本電腦的電池供電；筆記本電腦由電池供電，不使用交流適配器；探針裝置工作所需的掃描偏置信號(hào)由模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡的模擬輸出提供；放大驅(qū)動(dòng)電路、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡分別從筆記本電腦的USB接口取電；放大驅(qū)動(dòng)電路所需的正負(fù)高電壓由筆記本電腦的USB接口輸出的5V電壓經(jīng)直流-直流變換模塊升壓后提供。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻等離子體探針裝置，其特征還在于，雙探針 是兩個(gè)探針形狀、大小相同或兩個(gè)探針形狀、大小不同。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種射頻等離子體探針裝置，屬于等離子體科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，用于診斷等離子體。其特征是由雙探針、放大驅(qū)動(dòng)電路、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡和筆記本電腦構(gòu)成；除置于等離子體中的雙探針外，探針裝置的其他組成部分遠(yuǎn)離等離子體放電系統(tǒng)地；探針裝置工作完全依靠裝置中的筆記本電腦的電池供電。本發(fā)明的效果和益處是不受射頻信號(hào)干擾，不僅能夠?qū)我簧漕l放電等離子體進(jìn)行診斷，而且能夠?qū)﹄p頻放電等離子體進(jìn)行診斷；不需要射頻扼流圈和輔助電極，探針尺寸小，能夠診斷短間隙和小空間放電的等離子體，具有較高的空間分辨能力；使用模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換卡的模擬輸出代替振蕩電路或積分電路生成掃描偏置信號(hào)，便于根據(jù)需要靈活控制掃描偏置信號(hào)的波形、幅度和頻率。
文檔編號(hào)G01R1/073GK101354406SQ20081001324
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者軍 徐, 王友年, 闖 董, 鄧新綠, 陸文琪 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)