專利名稱：一種射頻放電等離子體診斷裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于等離子體科學與技術領域，涉及到一種射頻放電等離子體診斷裝置， 能夠克服射頻放電，特別是兩個以上射頻同時放電時存在的射頻擾動，獲得電子密度和電子溫度等參數。
背景技術：
探針是診斷等離子體參數常用的裝置。利用普通的探針診斷射頻放電等離子體時，探針的伏安特性曲線由于射頻擾動會發(fā)生扭曲，給出錯誤的診斷結果。對于單一頻率的射頻擾動，通常的解決辦法是在探針電路中安裝射頻扼流圈和輔助電極對射頻擾動進行衰減，或利用外電路對射頻信號進行采樣，再經過相移和放大后反饋回探針來抵消擾動。但是，上述兩種措施都只能克服單一頻率射頻放電對探針的擾動，而對于兩個以上射頻同時放電所產生的擾動無能為力。因為這種情況下，由于等離子體的非線性特點，不同頻率的射頻擾動相互耦合，使得合成的擾動具有頻帶范圍寬、頻譜成分復雜的特點，而無論射頻扼流圈加輔助電極還是相移和放大反饋電路只能調諧在個別頻率上，不能對一個頻帶起作用。實際上，目前所普遍使用的探針裝置之所以受到射頻放電的強烈擾動，是因為探針的掃描偏置電壓加在探針和接地的放電電極之間，因此探針電路必須連接接地的放電電極，與放電回路共地，探針電位以放電回路的地電位作為參考。這就使射頻電壓能夠經探針及探針電路耦合至放電回路地，從而在探針電路中形成很強的射頻擾動電流。如果探針電路能夠獨立于放電回路，不與放電回路共地，并采取措施消除探針電路和放電回路之間的分布電容耦合，就能夠切斷射頻電流經探針電路至放電回路地的耦合通道，從而消除射頻擾動。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種射頻放電等離子體診斷裝置，以解決診斷射頻放電等離子體，特別是兩個以上射頻同時放電的等離子體時存在的射頻擾動問題。本發(fā)明技術方案是一種射頻放電等離子體診斷裝置包括探測器和伺服系統(tǒng)。探測器由金屬制成的探針、基電極和參考電極組成，處于等離子體中?；姌O為環(huán)形，與所在位置放電電場的等勢面平行放置，探針位于環(huán)形基電極的中心，參考電極可位于等離子體中的任何位置；基電極表面積大于探針表面積的300倍；探針、基電極和參考電極分別通過各自連接的導線與伺服系統(tǒng)連接。伺服系統(tǒng)由計算機、數據采集卡、鋸齒波發(fā)生器和接口電路構成；伺服系統(tǒng)不與放電設備共用電源，不與放電回路共地。探針、基電極和參考電極通過接口電路與伺服系統(tǒng)連接。其中，基電極通過接口電路中的隔離電感與伺服系統(tǒng)的地線連接；探針通過接口電路中的LC濾波器與鋸齒波發(fā)生器的輸出端以及數據采集卡連接；參考電極通過接口電路中的RC濾波器與數據采集卡連接。接口電路中，LC濾波器調諧在放電頻率及其二次諧波上，RC濾波器中電阻大于1兆歐姆。鋸齒波發(fā)生器產生的鋸齒波掃描電壓加在探針和基電極之間，探針的電位以參考電極的電位為參考計算；數據采集卡采集探針的電壓、參考電極的電壓和探針的電流，將數據傳輸至計算機。計算機利用探針與參考電極之間的電壓差和探針電流所構成的特性曲線分析計算等離子體的各項參數。本發(fā)明的有益效果是(a)本發(fā)明的裝置能夠克服射頻放電，特別是兩個以上射頻同時放電時存在的射頻擾動，對等離子體進行診斷，獲得等離子體的密度和電子溫度等參數。(b)本發(fā)明的裝置不與放電設備共用電源，不與放電回路共地，避免了放電電流通過診斷裝置分流，對等離子體放電擾動小。(c)本發(fā)明的裝置中探針與環(huán)形基電極組件為扁平結構，參考電極可位于等離子體中的任何位置，能夠診斷短間隙放電的等離子體。


圖1是本發(fā)明的裝置中探測器的結構圖。圖2是本發(fā)明的結構和使用示意圖。圖3是利用本發(fā)明對60MHz單一射頻放電等離子體進行診斷的實測特性曲線圖。圖4是利用本發(fā)明對60MHz/2MHz雙頻同時放電等離子體進行診斷的實測特性曲線圖。圖中1探針，2基電極，3參考電極，4引線，5絕緣套管，6接口電路，7電流傳感器， 8鋸齒波發(fā)生器，9數據采集卡，10伺服系統(tǒng)地，11數據線，12計算機，13放電電極，14等離子體，15放電回路地。
具體實施例方式下面結合技術方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。在圖1中，探測器由探針1、基電極2和參考電極3組成；探針1是直徑0. 5mm、長 Imm的銅絲，基電極2是2mm粗的銅絲制成的直徑30mm的圓環(huán)，基電極2面積約是探針1面積的335倍，參考電極3是直徑0. 5mm的銅絲；探針1位于環(huán)形基電極2的中心，參考電極 3位于基電極2環(huán)外；探針1、基電極2和參考電極3通過引線4經絕緣套管5引出。在圖2中，放電電極13之間發(fā)生射頻放電，產生等離子體14。探測器位于等離子體14中，其中，環(huán)形基電極2與放電電極13平行，即與放電電場的等勢面平行、與放電電場垂直；探針1位于環(huán)形基電極2的中心；參考電極3位于等離子體14的邊緣附近。伺服系統(tǒng)由計算機12、數據采集卡9、鋸齒波發(fā)生器8和接口電路6構成；伺服系統(tǒng)以伺服系統(tǒng)地 10為參考點，放電回路以放電回路地15為參考點，伺服系統(tǒng)不與放電回路共地?；姌O2 通過接口電路6中的隔離電感與伺服系統(tǒng)的地線連接；探針1通過接口電路6中的LC濾波器與鋸齒波發(fā)生器8的輸出端以及數據采集卡9連接；參考電極3通過接口電路6中的RC 濾波器與數據采集卡9連接。接口電路6中，LC濾波器調諧在放電頻率及其二次諧波上，RC 濾波器中電阻為2. 2兆歐姆。計算機12是電池供電的筆記本電腦，其USB接口的5V輸出電壓為數據采集卡9和鋸齒波發(fā)生器8供電，即整個伺服系統(tǒng)用電都來自于計算機12的電池，鋸齒波發(fā)生器8所需的正負高電壓由來自計算機12的USB接口的5V電壓經直流-直流(DC-DC)變換模塊升壓提供。鋸齒波發(fā)生器8產生的鋸齒波掃描電壓加在探針1和基電極2之間，探針1、參考電極3的電壓和電流傳感器7的信號由數據采集卡9采集，經數據線 11輸入計算機12。在圖3的實施例中，利用本發(fā)明對射頻60MHz電容耦合放電等離子體進行診斷得到伏安特性曲線。放電氣體為氬氣，氣壓為5Pa，電極間距3cm，放電功率為100W。對伏安特性曲線分析計算得出電子密度為8. 29X10W,電子溫度為6. 31eV。在圖4的實施例中，利用本發(fā)明對雙頻(60MHz+2MHz)電容耦合放電等離子體進行診斷得到伏安特性曲線。放電氣體為氬氣，氣壓為5Pa，電極間距3cm，高低頻放電功率均為 100W。對伏安特性曲線分析計算得出等離子體密度為8. 62X IOW3,電子溫度為6. 47eV。
權利要求
1. 一種射頻放電等離子體診斷裝置，包括探測器和伺服系統(tǒng)，其特征在于 探測器由金屬制成的探針(1)、基電極⑵和參考電極⑶組成，基電極⑵為環(huán)形，與所在位置放電電場的等勢面平行放置，探針(1)位于環(huán)形基電極O)的中心，參考電極(3) 位于等離子體(14)中的任何位置，基電極(2)表面積大于探針(1)表面積的300倍；伺服系統(tǒng)由計算機(12)、數據采集卡(9)、鋸齒波發(fā)生器(8)和接口電路(6)構成，伺服系統(tǒng)不與放電設備共用電源，不與放電回路共地；探針(1)、基電極( 和參考電極C3)通過接口電路(6)與伺服系統(tǒng)連接；接口電路(6) 中，LC濾波器調諧在放電頻率及其二次諧波上，RC濾波器中的電阻大于1兆歐姆；計算機(1 的5V輸出電壓為數據采集卡(9)和鋸齒波發(fā)生器(8)供電，鋸齒波發(fā)生器(8)所需的正負高電壓由來自計算機(1 的5V電壓經直流-直流變換模塊升壓提供； 鋸齒波發(fā)生器(8)產生的鋸齒波掃描電壓加在探針(1)和基電極( 之間，探針(1) 的電位以參考電極(3)的電位為參考計算。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種射頻放電等離子體診斷裝置，屬于等離子體科學與技術領域，用于診斷射頻放電等離子體，能夠克服射頻放電，特別是兩個以上射頻同時放電時存在的射頻擾動，獲得電子密度和電子溫度等參數。其特征是由探測器和伺服系統(tǒng)構成，其中，探測器由金屬制成的探針、基電極和參考電極組成，基電極為環(huán)形，與所在位置放電電場的等勢面平行放置，探針位于環(huán)形基電極的中心，參考電極可位于等離子體中的任何位置，基電極表面積大于探針表面積的300倍；伺服系統(tǒng)由計算機、數據采集卡、鋸齒波發(fā)生器和接口電路構成，伺服系統(tǒng)不與放電設備共用電源，不與放電回路共地。鋸齒波發(fā)生器產生的鋸齒波掃描電壓加在探針和基電極之間，探針的電位以參考電極的電位為參考計算。
文檔編號G01R19/00GK102209425SQ20111000326
公開日2011年10月5日 申請日期2011年1月8日 優(yōu)先權日2011年1月8日
發(fā)明者徐軍, 王友年, 董闖, 鄧新綠, 陸文琪 申請人:大連理工大學