一种自动扫描发射探针装置制造方法及图纸

一种自动扫描发射探针装置，属于等离子体科学与技术领域。该装置由计算机、数据采集卡、隔离运放、探针加热电路、探针偏置电路和探针组成；数据采集卡的模拟输出通道a通过隔离运放a连接探针加热电路，探针加热电路输出端连接探针两端；数据采集卡的模拟输出通道b连接探针偏置电路，探针偏置电路输出端分别连接探针加热电路和等离子体参考地；探针加热电流信号由数据采集卡的模拟输入通道a采集、探针偏置电压信号和探针发射/收集电流信号分别由模拟输入通道b和c采集。本发明专利技术能自动扫描电子加热电流和探针偏置电压，测量过程耗时短、效率高；探针工作温度低、对等离子体扰动小、测量空间分辨精度高、测量准确，且探针不易烧断、寿命长。

Automatic scanning emission probe device

The utility model relates to an automatic scanning emission probe device, belonging to the field of plasma science and technology. The device is composed of computer, data acquisition card, isolation amplifier, probe heating circuit and bias circuit probe and a probe; multi-channel analog output data acquisition card a through isolation amplifier a connection probe heating circuit, the output end is connected with both ends of the probe probe heating circuit; analog output channel data acquisition card B connect the probe bias circuit, output probe the bias circuit is respectively connected with the probe heating circuit and plasma reference probe; heating current signal by data acquisition card a acquisition analog input channel, the probe bias voltage signal and current signal transmitting / receiving probe set respectively by the analog input channels B and C acquisition. The invention can automatically scan the electronic heating current and bias voltage probe, the measurement process of short time, high efficiency; low temperature probe of plasma, small disturbance, measurement of spatial resolution precision, accurate measurement, and the probe is not easy to burn, long life.

【技术实现步骤摘要】
一种自动扫描发射探针装置
本专利技术属于等离子体科学与
，涉及到一种自动扫描发射探针装置。
技术介绍
等离子体空间电位是一个重要的等离子体参数，它是测量等离子体的电子密度和电子能量分布函数的基点。等离子体空间电位测量是否准确直接影响电子密度和电子能量分布函数测量的准确度。粗略地测量等离子体空间电位可以用朗缪尔探针，而准确地测量等离子体空间电位需要用发射探针。发射探针诊断方法是将一段钨丝(即探针)置于等离子体中，并通电加热到足够高温度使其发射电子，然后在钨丝与等离子体参考地之间加一个扫描偏置电压，测量探针电流随扫描偏置电压的变化，获得伏安特性曲线，找到伏安特性曲线的拐点，读出对应的偏置电压值，即拐点电位；通过改变钨丝加热电流使其温度和电子发射电流改变，在不同的电子发射电流下重复上述过程，获得拐点电位随电子发射电流的变化，将这个变化延拓至零电子发射极限，所对应的值就是准确的等离子体空间电位。目前国内外还没有自动实现上述诊断过程的发射探针装置的商用产品，实验室中都是采用自制的手动装置实现上述诊断过程。这些自制的装置存在的问题是：1.测量过程需要不断地手动调整电子发射电流，工作强度大、耗时长、效率低。2.探针材料简单地使用钨丝，工作温度高达1500℃-2000℃，这样高的温度会使周围气体受热电离而改变原有等离子体的状态，致使测得的等离子体空间电位不准确。另外，由于钨丝温度高，钨丝两端的绝缘支架管必须与温度最高的钨丝中部保持一定的距离以免烧坏，这使得钨丝长度较长，测量空间分辨精度较低。再有，高的钨丝温度使得探针容易烧断，寿命短，需要经常更换，使用不方便。专利技术内容为解决上述存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种用于诊断等离子体，准确地获得等离子体空间电位的自动扫描发射探针装置。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种自动扫描发射探针装置由计算机、数据采集卡、隔离运放、探针加热电路、探针偏置电路和探针组成；探针置于等离子体中；数据采集卡的模拟输出通道a通过隔离运放a连接探针加热电路，探针加热电路两输出端连接探针两端，向探针提供加热电流；探针加热电流大小由模拟输出通道a的信号控制；数据采集卡的模拟输出通道b连接探针偏置电路，探针偏置电路两输出端分别连接探针加热电路和等离子体参考地，数据采集卡的模拟输出通道b的信号控制探针偏置电路产生扫描偏置电压通过探针加热电路加在探针和等离子体参考地之间；探针加热电流信号通过隔离运放b由数据采集卡的模拟输入通道a采集、探针偏置电压信号和探针发射/收集电流信号分别由数据采集卡的模拟输入通道b和c采集。所述数据采集卡有至少两个模拟输出通道和至少三个模拟输入通道。所述探针为直径10微米至50微米、长3毫米至10毫米的耐高温金属丝。所述耐高温金属丝为钨丝或钼丝或钽丝，中部小于1毫米的部分涂有电子粉，其他部分裸露。本专利技术的探针中部小于1毫米的部分涂有电子粉，其他部分裸露以保持收集电子的良好电导率；中部涂电子粉使此处在较低温度(1000℃-1200℃)下就能够发射电子工作，消除了现有技术所需的1500℃-2000℃高温对周围气体加热电离而改变原有等离子体状态的问题，使测得的等离子体空间电位准确。另外，只有中部涂电子粉的部分发射电子，测量空间分辨精度高。再有，较低的探针温度使探针不易烧断、寿命长。本专利技术能够自动扫描电子加热电流和探针偏置电压，使测量过程耗时短、效率高；探针工作温度低、对等离子体扰动小、测量的空间分辨精度高、测量准确，并且探针不易烧断、寿命长。附图说明图1是本专利技术的电路构成示意图。图2是本专利技术的一种探针加热电路示意图。图3是本专利技术的一种探针偏置电路示意图。图4是本专利技术的探针部分的结构示意图。图5是利用本专利技术进行等离子体诊断的过程中探针加热电流和探针偏置电压的时序设定关系与相应获得的探针发射/收集电流的变化，其中，图5下为步进设定探针加热电流Iht，图5中为在每一个加热电流下扫描探针偏置电压V，图5上为测量得到探针发射/收集电流I。图6是利用本专利技术进行等离子体诊断所获得的数据中提取出的拐点电位和电子发射电流随探针加热电流的变化。图中：1计算机，2数据采集卡，3隔离运放a，4隔离运放b，5探针加热电路，6探针扫描偏置电路，7探针，8等离子体，9模拟输出通道a，10模拟输出通道b，11模拟输入通道a，12模拟输入通道b，13模拟输入通道c,14等离子体地，15三极管，16独立电源，17电位器，18比例器，19功放器。具体实施方式下面结合具体实施例和附图详细叙述本专利技术，但本专利技术不局限于具体实施例。实施例1图1中，一种自动扫描电子发射探针装置，由计算机1、数据采集卡2、隔离运放a3、隔离运放b4、探针加热电路5、探针扫描偏置电路6和探针7组成；探针7置于等离子体8中；数据采集卡2有两个模拟输出通道：模拟输出通道a9和模拟输出通道b10，和三个模拟输入通道：模拟输入通道a11、模拟输入通道b12和模拟输入通道c13；数据采集卡2的模拟输出通道a9通过隔离运放a3连接探针加热电路5，探针加热电路5输出端连接探针7两端，向探针7提供加热电流；探针7加热电流大小由模拟输出通道a9的信号控制；数据采集卡2的模拟输出通道b10连接探针扫描偏置电路6，探针扫描偏置电路6输出端连接探针加热电路5和等离子体参考地14，探针扫描偏置电路6产生扫描偏置电压加在探针7和等离子体参考地14之间，扫描偏置电压大小由模拟输出通道b10的信号控制；探针加热电流信号通过隔离运放b4由数据采集卡2的模拟输入通道a11采集、探针偏置电压信号和探针发射/收集电流信号分别由数据采集卡的模拟输入通道b12和模拟输入通道c13采集。图2中，虚线方框内为一种探针加热电路5，其由三极管15、独立电源16和电位器17构成；其中三极管15由独立电源16供电；数据采集卡2的模拟输出通道a9通过隔离运放a3连接三极管15的基极，三极管15的集电极连接探针7和电位器17；探针7加热电流大小由模拟输出通道a9的信号控制；探针扫描偏置电路6输出端连接电位器17和等离子体参考地14，探针扫描偏置电路6产生扫描偏置电压通过电位器17加在探针7和等离子体参考地14之间。图3中，虚线椭圆框内为一种探针扫描偏置电路6，其由比例器18和功放器19构成；数据采集卡2的模拟输出通道b10连接比例器18的输入端；比例器18的输出端连接功放器19的输入端；功放器19的输出端连接探针加热电路5和等离子体参考地14；数据采集卡2的模拟输出通道b10产生扫描偏置电压控制信号，经比例器18放大和功放器19激励形成扫描偏置电压加在探针加热电路5和等离子体参考地14之间；扫描偏置电压大小由模拟输出通道b10的信号控制。图4中，探针7为直径10微米、长3毫米的钨丝；探针7中部0.9毫米的部分涂有电子粉15；探针7靠陶瓷管16支撑，并通过金属引线17连接探针加热电路5。图5中，步进设定探针加热电流(Iht，图5下)，在每一个加热电流下扫描探针偏置电压(V，图5中)，测量得到探针发射/收集电流(I，图5上)，从这些数据可以得到各个探针加热电流下的伏安特性曲线，并从各个伏安特性曲线中读出拐点电位和探针发射电流。图6中，横坐标为探针加热电流，左侧纵坐标为拐点电位(圆点标记)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动扫描发射探针装置，其特征在于：由计算机(1)、数据采集卡(2)、隔离运放a(3)、隔离运放b(4)、探针加热电路(5)、探针扫描偏置电路(6)和探针(7)组成；探针(7)置于等离子体(8)中；数据采集卡(2)的模拟输出通道a(9)通过隔离运放a(3)连接探针加热电路(5)，探针加热电路(5)两输出端连接探针(7)两端，向探针(7)提供加热电流；探针(7)加热电流大小由模拟输出通道a(9)的信号控制；数据采集卡(2)的模拟输出通道b(10)连接探针扫描偏置电路(6)，探针扫描偏置电路(6)两输出端分别连接探针加热电路(5)和等离子体参考地(14)，探针扫描偏置电路(6)产生扫描偏置电压加在探针(7)和等离子体参考地(14)之间，扫描偏置电压大小由模拟输出通道b(10)的信号控制；探针加热电流信号通过隔离运放b(4)由数据采集卡(2)的模拟输入通道a(11)采集、探针偏置电压信号和探针发射/收集电流信号分别由数据采集卡(2)的模拟输入通道b(12)和模拟输入通道c(13)采集。

【技术特征摘要】
1.一种自动扫描发射探针装置，其特征在于：由计算机(1)、数据采集卡(2)、隔离运放a(3)、隔离运放b(4)、探针加热电路(5)、探针扫描偏置电路(6)和探针(7)组成；探针(7)置于等离子体(8)中；数据采集卡(2)的模拟输出通道a(9)通过隔离运放a(3)连接探针加热电路(5)，探针加热电路(5)两输出端连接探针(7)两端，向探针(7)提供加热电流；探针(7)加热电流大小由模拟输出通道a(9)的信号控制；数据采集卡(2)的模拟输出通道b(10)连接探针扫描偏置电路(6)，探针扫描偏置电路(6)两输出端分别连接探针加热电路(5)和等离子体参考地(14)，探针扫描偏置电路(6)产生扫描偏置电压加在探针(7)和等离子体参考地(14)之间，扫描偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆文琪，李建泉，徐军，王奇，
申请(专利权)人：大连理工常州研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32