CN111491432A - 一种多通道切换朗缪尔探针测量系统 - Google Patents

一种多通道切换朗缪尔探针测量系统 Download PDF

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许吉禅
王亮
徐国盛
孟令义
刘建斌
田志彭
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    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/0006—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
    • H05H1/0068—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature by thermal means
    • H05H1/0075—Langmuir probes

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Abstract

本发明公开一种多通道切换朗缪尔探针测量系统，包括等离子体、朗缪尔探针、多通道切换系统、单探针扫描测量电路、数据采集及处理系统和总控系统交互界面。放入所述等离子体中的多根朗缪尔探针，经过多通道切换系统，与一台单探针扫描测量电路连接，利用数据采集及处理系统采集测量到的电流‑电压曲线，进行数据的处理，获得对应的每根探针测量到的等离子体参数数据。本发明利用一台单探针扫描测量电路，通过对多个通道的朗缪尔探针进行切换，进而实现对不同探针位置的等离子体参数的测量，降低了等离子体参数测量的成本，人机交互操作简便，适用于对一定时间尺度下稳态等离子体放电的参数进行监测测量。

Description

一种多通道切换朗缪尔探针测量系统
技术领域
本发明涉及等离子体诊断技术领域，具体的是一种多通道切换朗缪尔探针测量系统。
背景技术
目前，等离子体的诊断技术有很多种，朗缪尔探针是等离子体参数测量的最常用的诊断技术，因为其结构简单、信号处理方便，目前几乎所有的等离子体放电装置上都设置有这样的探针诊断系统。通过插入一根细小或者特定形状的探针到等离子体中，该探针与等离子体器壁绝缘，并加入一定变化范围的电压在探针上进行扫描，已获得所需电流-电压(I-V)变化曲线，进而利用相应的数据分析理论，得到等离子体参数，如电子温度、电子密度、悬浮电位等。
通常一个等离子体发生装置上，为了获得不同位置的等离子体参数，需要在相应位置上安装探针，对等离子体进行测量，而每个位置的探针都需要独立配备一台扫描电源，不能将所有探针并联在一台扫描电源上，因此，当探针数量非常多时，就会增加系统的成本。但是，如果能够加入一套可以自动切换通道系统，将每个探针依次接入到一台扫描电源进行扫描，并获得电流-电压曲线，就会大大地降低成本，同时实现等离子体参数的准确测量。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种多通道切换朗缪尔探针测量系统，本发明利用一台单探针扫描测量电路，通过对多个通道的朗缪尔探针进行切换，进而实现对不同探针位置的等离子体参数的测量，降低了等离子体参数测量的成本，人机交互操作简便，适用于对一定时间尺度下稳态等离子体放电的参数进行监测测量。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种多通道切换朗缪尔探针测量系统，包括等离子体、朗缪尔探针、多通道切换系统、单探针扫描测量电路、数据采集及处理系统和总控系统交互界面。
所述等离子体内设置有多根朗缪尔探针，朗缪尔探针和多通道切换系统相连接，多通道切换系统和单探针扫描测量电路、数据采集及处理系统均相连接，单探针扫描测量电路和数据采集及处理系统相连接，总控系统交互界面和多通道切换系统、数据采集及处理系统均相连接。
放入所述等离子体中的多根朗缪尔探针，经过多通道切换系统，与一台单探针扫描测量电路连接，利用数据采集及处理系统采集测量到的电流-电压曲线，进行数据的处理，获得对应的每根探针测量到的等离子体参数数据。
进一步地，所述多通道切换系统实现不同输入通道的通断及切换，便于设定通断的时间以及通道的数量和顺序，通断信号用于控制对应的继电器实现。
进一步地，所述单探针扫描测量电路用于测量朗缪尔探针所在位置的等离子体电流-电压曲线。
进一步地，所述数据采集及处理系统根据采集到的信号数据获得不同位置探针测量到的等离子体参数信息。
进一步地，所述数据采集及处理系统获得等离子体参数信息的步骤为：
一、数据采集及处理系统采集来自单探针扫描测量电路的电流-电压曲线信号和总控系统交互界面设置的所有探针测量通道的通断时序整合的信号；
二、在连接不同探针的时序时间段内，对采集到的电流-电压曲线信号进行数据的处理，获得该探针所测量到的等离子体参数，其他的探针同理获得；
三、获得不同位置探针测量到的等离子体参数数据，并在总控系统交互界面进行显示。
进一步地，所述总控系统交互界面用于设置各系统相关控制参数，用于显示各探针位置的等离子体参数数据。
进一步地，所述控制参数包括脉冲触发信号，脉冲触发信号用于触发多通道切换系统和数据采集及处理系统开始工作，控制不同探针的通断时序信号。
进一步地，所述通断时序信号包括通道选择、脉宽宽度及间隔时间设置参数。
本发明的有益效果：
本发明利用一台单探针扫描测量电路，通过对多个通道的朗缪尔探针进行切换，进而实现对不同探针位置的等离子体参数的测量，降低了等离子体参数测量的成本，人机交互操作简便，适用于对一定时间尺度下稳态等离子体放电的参数进行监测测量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明整体框架示意图；
图2是本发明多通道切换系统模块示意图；
图3是本发明单探针扫描测量电路模块示意图；
图4是本发明多通道切换控制信号时序示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种多通道切换朗缪尔探针测量系统，用于多通道测量等离子体参数，如图1所示，包括等离子体1、朗缪尔探针2、多通道切换系统3、单探针扫描测量电路4、数据采集及处理系统5和总控系统交互界面6。
其中，等离子体1内设置有多根朗缪尔探针2，朗缪尔探针2和多通道切换系统3相连接，多通道切换系统3和单探针扫描测量电路4、数据采集及处理系统5均相连接，单探针扫描测量电路4和数据采集及处理系统5相连接，总控系统交互界面6和多通道切换系统3、数据采集及处理系统5均相连接。
放入等离子体1中的多根朗缪尔探针2，经过多通道切换系统3，与一台单探针扫描测量电路4连接，利用数据采集及处理系统5采集测量到的电流-电压曲线，并自动进行数据的处理，获得对应的每根探针测量到的等离子体1参数数据。总控系统交互界面6用于设置相关的控制参数。
如图2所示，多通道切换系统3可方便实现不同输入通道的通断及切换，并且可以设定通断的时间以及通道的数量和顺序，以满足不同工况条件下的测量；通断信号用于控制对应的继电器实现。
如图3所示，单探针扫描测量电路4可测量朗缪尔探针所在位置的等离子体1电流-电压曲线。
数据采集及处理系统5可根据采集到的信号数据获得不同位置探针测量到的等离子体1参数信息。
首先，数据采集及处理系统5采集来自单探针扫描测量电路4的电流-电压曲线信号和总控系统交互界面6设置的所有探针2测量通道的通断时序整合的信号，其中，图4所示为时序信号整合过程；
然后，在连接不同探针的时序时间段内，对采集到的电流-电压信号进行数据的处理，获得该探针所测量到的等离子体1参数，其他的探针依次类推；
最终，获得不同位置探针测量到的等离子体1参数数据，并在总控系统交互界面6进行显示。
总控系统交互界面6用于设置各系统相关控制参数，如脉冲触发信号用于触发多通道切换系统3和数据采集及处理系统5开始工作，控制不同探针的通断时序信号，通断时序信号包括通道选择、脉宽宽度及间隔时间设置参数；此外，总控系统交互界面6能够显示各探针位置的等离子体1参数数据。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种多通道切换朗缪尔探针测量系统，其特征在于，包括等离子体(1)、朗缪尔探针(2)、多通道切换系统(3)、单探针扫描测量电路(4)、数据采集及处理系统(5)和总控系统交互界面(6)；
所述等离子体(1)内设置有多根朗缪尔探针(2)，朗缪尔探针(2)和多通道切换系统(3)相连接，多通道切换系统(3)和单探针扫描测量电路(4)、数据采集及处理系统(5)均相连接，单探针扫描测量电路(4)和数据采集及处理系统(5)相连接，总控系统交互界面(6)和多通道切换系统(3)、数据采集及处理系统(5)均相连接；
放入所述等离子体(1)中的多根朗缪尔探针(2)，经过多通道切换系统(3)，与一台单探针扫描测量电路(4)连接，利用数据采集及处理系统(5)采集测量到的电流-电压曲线，进行数据的处理，获得对应的每根探针测量到的等离子体(1)参数数据。
2.根据权利要求1所述的一种多通道切换朗缪尔探针测量系统，其特征在于，所述多通道切换系统(3)实现不同输入通道的通断及切换，便于设定通断的时间以及通道的数量和顺序，通断信号用于控制对应的继电器实现。
3.根据权利要求1所述的一种多通道切换朗缪尔探针测量系统，其特征在于，所述单探针扫描测量电路(4)用于测量朗缪尔探针(2)所在位置的等离子体(1)电流-电压曲线。
4.根据权利要求1所述的一种多通道切换朗缪尔探针测量系统，其特征在于，所述数据采集及处理系统(5)根据采集到的信号数据获得不同位置探针测量到的等离子体(1)参数信息。
5.根据权利要求4所述的一种多通道切换朗缪尔探针测量系统，其特征在于，所述数据采集及处理系统(5)获得等离子体(1)参数信息的步骤为：
一、数据采集及处理系统(5)采集来自单探针扫描测量电路(4)的电流-电压曲线信号和总控系统交互界面(6)设置的所有探针测量通道的通断时序整合的信号；
二、在连接不同探针的时序时间段内，对采集到的电流-电压曲线信号进行数据的处理，获得该探针所测量到的等离子体(1)参数，其他的探针同理获得；
三、获得不同位置探针测量到的等离子体(1)参数数据，并在总控系统交互界面(6)进行显示。
6.根据权利要求5所述的一种多通道切换朗缪尔探针测量系统，其特征在于，所述总控系统交互界面(6)用于设置各系统相关控制参数，用于显示各探针位置的等离子体(1)参数数据。
7.根据权利要求6所述的一种多通道切换朗缪尔探针测量系统，其特征在于，所述控制参数包括脉冲触发信号，脉冲触发信号用于触发多通道切换系统(3)和数据采集及处理系统(5)开始工作，控制不同探针的通断时序信号。
8.根据权利要求7所述的一种多通道切换朗缪尔探针测量系统，其特征在于，所述通断时序信号包括通道选择、脉宽宽度及间隔时间设置参数。
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