CN117724005A - 一种中频宽幅等离子电源智能监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中频宽幅等离子电源智能监控系统及方法，属于等离子电源智能监控技术领域。本发明系统包括数据采集模块、数据整理模块、等离子体处理效果评估模块以及实时数据评估模块；所述数据采集模块收集不同功率设置下等离子体信号及等离子电源性能参数；所述数据整理模块构建历史数据集并分析等离子体参数与等离子电源性能参数的关联关系；所述等离子体处理效果评估模块根据历史数据集评估不同功率设置下的理想处理效果，并调整等离子电源性能参数；所述实时数据评估模块根据实时数据评估处理效果，若未达到理想效果则通知相关人员进行分析及记录。

Description

一种中频宽幅等离子电源智能监控系统及方法

技术领域

本发明涉及等离子电源智能监控技术领域，具体为一种中频宽幅等离子电源智能监控系统及方法。

背景技术

中频宽幅等离子电源是一种高频电源，其工作频率范围在数十千赫兹至几百千赫兹之间。它主要由功率放大器、变压器、磁性滤波器、电容器、电感器等组成，能够将低电压、高电流的交流电转换成高电压、低电流的交流电。该电源主要应用于等离子体物理、表面处理、离子注入等领域，广泛应用于半导体材料加工、涂层制备、环保治理等高科技领域。

虽然现有的等离子电源智能监控系统在一定程度上可以满足当前的需求，但还存在一定的缺陷，具体体现在：中频宽幅等离子电源在恒功率模式下，可能导致喷枪产生的等离子体强度不足，这可能会降低等离子体的活性，影响到等离子处理的效果；由于等离子体强度的不稳定性和均匀性，中频宽幅等离子电源在恒功率模式下可能导致处理效果不佳，例如，在表面处理应用中，可能出现无法彻底去除污染物或形成均匀覆盖层的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中频宽幅等离子电源智能监控系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种中频宽幅等离子电源智能监控方法，方法包括以下步骤：

S100.采集不同时间段、不同功率设置下喷枪产生的等离子体信号，通过等离子体信号得到等离子体参数，并记录对应的等离子电源性能参数，按照不同功率设置进行分类整理，构建历史数据集；

S200.根据历史数据集，分析历史数据集中等离子体参数与等离子电源性能参数之间的关联关系；根据关联关系和等离子体理想参数，评估不同功率设置下等离子体的处理效果，并与历史数据表中的等离子体参数信息和等离子电源性能参数进行对应；

S300.结合步骤S200的评估结果对比不同功率下等离子体处理效果的差异，选取不同功率下最佳等离子电源性能参数设置；根据最佳等离子电源性能参数设置，调整等离子电源性能参数，并采集实时数据；

S400.根据实时数据评估等离子体处理效果，对实时数据的等离子体处理效果进行分析，根据分析结果进行预警，并记录预警结果。

进一步的，步骤S100包括：

S101.采集不同时间段、不同功率设置下喷枪产生的等离子体信号，通过等离子体信号得到等离子体参数；所述等离子体参数包括等离子体温度、密度以及光谱数据；

S102.根据等离子体参数的类别，结合等离子体参数所处时间段，构建等离子体参数表A，其中等离子体参数表A的第一行表示等离子体参数类别，分别为等离子体温度、密度以及光谱数据，等离子体参数表A的第一列表示时间段Tn，且n表示时间段序号，取正整数；

S103.记录对应时间段的等离子电源性能参数，其中等离子电源参数包括电流、电压以及电源功率；根据等离子电源性能参数所处时间段，构建等离子电源性能参数表B，其中等离子电源性能参数表B的第一行表示等离子电源性能参数，分别为电流、电压以及电源功率，表B的第一列表示时间段Tn；

由于时间段是由连续的时间点组成，因此每个时间段Tn对应的等离子体参数和等离子电源性能参数也是由连续时间点对应的参数值组成的，表A和表B的每一行对应的数据都包括连续的参数值。

S104.按照不同功率设置进行分类，一个功率设置值为一类，将等离子体参数表A与等离子电源性能参数表B按照对应时间段Tn进行连接，构建历史数据集C，且历史数据集C={c1，c2，...，cm}，其中m表示功率设置值的个数，其中c1表示第1个功率设置值对应的历史数据，c2表示第2个功率设置值对应的历史数据，以此类推，cm表示第m个功率设置值对应的历史数据；且c1中的历史数据按照对应时间段Tn进行表示，c1中历史数据的行数等于第1个功率设置值对应时间段Tn的个数，数据依次为等离子体温度、密度、光谱数据、电流、电压以及电源功率。

历史数据集C是按照不同功率设置值进行分类的，一个功率设置值为一类，且每个功率设置值都包括多个时间段Tn的历史数据，从而历史数据集C中每个元素的行数等于对应功率设置值时间段Tn的个数。

进一步的，步骤S200包括：

S201.根据历史数据集，针对历史数据集中的每个元素，都计算等离子体参数与等离子电源性能参数之间的相关系数；获取等离子体参数x和等离子电源性能参数y的数据集，分别计算等离子体参数x和等离子电源性能参数y的均值和标准差，其中等离子体参数均值和标准差分别表示为和/>，等离子电源性能参数均值和标准差分别表示为/>和/>；根据公式计算相关系数corr(x，y)，具体公式为：

，

其中cov(x，y)表示等离子体参数x和等离子电源性能参数y之间的协方差，且具体的计算公式为：

，

其中，N表示所处时间段数据点的数量；

S202.根据步骤S201的计算，得到等离子体温度、密度以及光谱数据与电流、电压以及电源功率的相关系数，且表示为corr(xi，yj)，其中i=1，2，3，j=1，2，3；x1表示等离子体温度，x2表示等离子体密度，x3表示等离子体光谱数据；y1表示电流，y2表示电压，y3表示电源功率；根据上述相关系数，计算等离子体的处理效果评分S，计算公式为：

，

其中，表示等离子体温度与等离子电源性能参数相关系数的平均值，/>表示等离子体密度与等离子电源性能参数相关系数的平均值，/>表示等离子体光谱数据与等离子电源性能参数相关系数的平均值；t表示等离子体温度值，ρ表示等离子体密度值，λ表示光谱数据中的波长值；t0表示等离子体理想温度区间取值的平均值，且等离子体理想温度区间为[t_min，t_max]；ρ0表示等离子体理想密度区间取值的平均值，且等离子体理想密度区间为[ρ_min，ρ_max]；λ0表示等离子体理想光谱数据波长区间取值的平均值，且等离子体理想光谱数据波长区间为[λ_min，λ_max]；根据等离子体温度、密度以及光谱数据与电流、电压以及电源功率的相关系数，计算等离子体的处理效果评分；通过评估不同功率设置下等离子体的处理效果，能够选取最佳等离子电源性能参数设置，提高处理效果的优化程度。

S203.根据步骤S202的计算，得到历史数据集C中所有元素的对应时间段Tn的等离子体的处理效果评分，并与等离子体的处理效果评分与历史数据表中相同时间段的等离子体参数信息和等离子电源性能参数进行对应。根据历史数据集C中所有元素的对应时间段Tn的等离子体的处理效果评分，并与等离子体的处理效果评分与历史数据表中相同时间段的等离子体参数信息和等离子电源性能参数进行对应，可以建立起一个完整的历史数据集，方便进行后续的分析和处理。同时，还能够根据历史数据集中的信息，以及对应的处理效果评分，帮助工作人员更好地了解等离子体处理的效果，为后续的处理工作提供参考。

进一步的，步骤S300包括：

S301.根据步骤S202中的计算公式计算不同功率设置下等离子体的理想处理效果评分S0，其中计算S0的具体的数值为预设的参数值，且预设的参数值是通过模拟仿真得到的理想参数值；对于每个功率设置值，统计功率设置值对应的处理效果评分S大于等于S0的数量M0；计算S大于等于S0的数量占比P，具体的计算公式为：

，

其中，M表示一个功率设置值对应的历史数据的行数，也等于一个功率设置值对应时间段Tn的个数；

S302.对于每个功率设置值对应的P，进行从大到小的顺序排列，P值最大的功率设置值为最佳功率设置；并对所有的功率设置值对应的历史数据进行筛选，筛选出S大于等于S0的历史数据，并将筛选出的历史数据中对应的等离子电源性能参数作为最佳等离子电源性能参数设置；根据最佳等离子电源性能参数设置，调整等离子电源性能参数，并采集实时数据。

通过计算S大于等于S0的数量占比P，可以得到历史数据中不同功率设置值对应的处理效果，对于P值最大的功率设置值来说是最佳功率设置，因此在不规定功率设置值时，可以默认设置最佳功率，从而使等离子体的处理效果更好；对于所有的功率设置值对应的历史数据，保留S大于等于S0的历史数据作为最佳等离子电源性能参数设置，这保证了每个功率设置值都能获取等离子体处理效果符合预设处理效果的参数设置，其中参数设置是保证等离子电源性能参数与保留的历史数据相符，因此参数设置不仅仅是调节等离子电源性能参数，还包括其他的一些调整，例如等离子体与喷枪之间的距离和位置，等离子体处理时间等，这些参数可以参考历史数据。

进一步的，步骤S400包括：

根据实时数据计算等离子体处理效果评分S1，将S1与S0进行比较；若w1*S1≥S0，说明使用调整后的参数使得等离子处理效果符合理想效果，则继续保持当前设置，可以确保处理效果的稳定性；若w1*S1＜S0，说明使用调整后的参数使得等离子效果得到不改善，则进行预警，及时通知相关人员，由相关人员进行分析，找到具体原因并记录，以便后续解决问题和优化处理效果，其中w1表示参数因子，排除其他影响因素干扰，提高评估的准确性和可靠性。

一种中频宽幅等离子电源智能监控系统，系统包括：数据采集模块、数据整理模块、等离子体处理效果评估模块以及实时数据评估模块；

数据采集模块用于采集不同时间段、不同功率设置下喷枪产生的等离子体信号，并通过等离子体信号获取等离子体参数以及记录对应的等离子电源性能参数；

数据整理模块根据采集到的数据，按照不同功率设置进行分类整理，构建历史数据集；并分析历史数据集中等离子体参数与等离子电源性能参数之间的关联关系；

等离子体处理效果评估模块基于历史数据集，评估不同功率设置下等离子体的理想处理效果，并与实时数据进行对比；根据评估结果，选择最佳等离子电源性能参数设置，并调整等离子电源性能参数；

实时数据评估模块根据实时采集的数据，评估等离子体处理效果；如果实时数据的处理效果达到或超过理想处理效果，则保持当前设置；如果未达到理想处理效果，则通知相关人员进行分析，找出原因并记录。

进一步的，数据采集模块包括信号采集单元、参数提取单元以及参数记录单元；

信号采集单元用于采集不同时间段、不同功率设置下喷枪产生的等离子体信号；参数提取单元通过等离子体信号提取等离子体参数，其中等离子体参数包括温度、密度和光谱数据；参数记录单元记录对应的等离子电源性能参数，其中等离子电源性能参数包括电流、电压和电源功率。

进一步的，数据整理模块包括分类整理单元和关联分析单元；

分类整理单元按照不同功率设置将采集到的数据进行分类整理，并构建历史数据集；关联分析单元分析历史数据集中等离子体参数与等离子电源性能参数之间的关联关系。

进一步的，等离子体处理效果评估模块包括相关系数计算单元和处理效果评分计算单元；

相关系数计算单元根据历史数据集中的数据，计算等离子体参数与等离子电源性能参数之间的相关系数，评估它们之间的关联程度；处理效果评分计算单元基于相关系数，计算等离子体的处理效果评分，并与理想处理效果进行比较，选取最佳等离子电源性能参数设置。

进一步的，实时数据评估模块包括处理效果评估单元和异常分析单元；

处理效果评估单元根据实时采集的数据，计算等离子体处理效果评分，与理想处理效果进行比较，判断当前设置是否满足要求；异常分析单元对于实时数据的处理效果未达到理想处理效果的情况，通知相关人员进行分析，找出原因并记录。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：通过构建历史数据集，并分析历史数据集中等离子体参数与等离子电源性能参数之间的关联关系，能够从大量历史数据中提取有用信息，通过评估不同功率设置下等离子体的处理效果，并比较不同功率下的差异，能够选取最佳等离子电源性能参数设置，提高处理效果的优化程度；基于历史数据分析和评估结果，本发明能够智能地调整等离子电源性能参数，并根据实时数据进行验证和调优，通过持续监测和比较实时数据的处理效果与理想处理效果，能够保持当前设置或及时调整参数，以达到更好的处理效果；通过构建历史数据集和分析关联关系，能够在不同功率设置下评估等离子体的处理效果，通过智能调整参数并实时监测处理效果，能够快速找出最佳等离子电源性能参数设置，提高处理效率和生产效率；通过采集实时数据并计算等离子体处理效果评分，能够对不同功率设置下的等离子体处理效果进行实时监测和评估，与传统方法相比，可以及时发现处理效果未达到理想状态的情况，并及时通知相关人员进行分析和调整，提高了处理效果的稳定性和可靠性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种中频宽幅等离子电源智能监控系统模块示意图；

图2是本发明一种中频宽幅等离子电源智能监控系统及方法的电路组成部分示意图；

图3是本发明一种中频宽幅等离子电源智能监控系统及方法的BUCK电路-BOOST电路串联模块的buck电路部分电路示意图；

图4是本发明一种中频宽幅等离子电源智能监控系统及方法的BUCK电路-BOOST电路串联模块的BOOST电路部分电路示意图；

图5是本发明一种中频宽幅等离子电源智能监控系统及方法的全桥逆变电路图。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供技术方案：

一种中频宽幅等离子电源智能监控系统，系统包括：数据采集模块、数据整理模块、等离子体处理效果评估模块以及实时数据评估模块；

数据采集模块用于采集不同时间段、不同功率设置下喷枪产生的等离子体信号，并通过等离子体信号获取等离子体参数以及记录对应的等离子电源性能参数；

数据整理模块根据采集到的数据，按照不同功率设置进行分类整理，构建历史数据集；并分析历史数据集中等离子体参数与等离子电源性能参数之间的关联关系；

等离子体处理效果评估模块基于历史数据集，评估不同功率设置下等离子体的理想处理效果，并与实时数据进行对比；根据评估结果，选择最佳等离子电源性能参数设置，并调整等离子电源性能参数；

实时数据评估模块根据实时采集的数据，评估等离子体处理效果；如果实时数据的处理效果达到或超过理想处理效果，则保持当前设置；如果未达到理想处理效果，则通知相关人员进行分析，找出原因并记录。

数据采集模块包括信号采集单元、参数提取单元以及参数记录单元；

信号采集单元用于采集不同时间段、不同功率设置下喷枪产生的等离子体信号；参数提取单元通过等离子体信号提取等离子体参数，其中等离子体参数包括温度、密度和光谱数据；参数记录单元记录对应的等离子电源性能参数，其中等离子电源性能参数包括电流、电压和电源功率。

数据整理模块包括分类整理单元和关联分析单元；

分类整理单元按照不同功率设置将采集到的数据进行分类整理，并构建历史数据集；关联分析单元分析历史数据集中等离子体参数与等离子电源性能参数之间的关联关系。

等离子体处理效果评估模块包括相关系数计算单元和处理效果评分计算单元；

相关系数计算单元根据历史数据集中的数据，计算等离子体参数与等离子电源性能参数之间的相关系数，评估它们之间的关联程度；处理效果评分计算单元基于相关系数，计算等离子体的处理效果评分，并与理想处理效果进行比较，选取最佳等离子电源性能参数设置。

实时数据评估模块包括处理效果评估单元和异常分析单元；

处理效果评估单元根据实时采集的数据，计算等离子体处理效果评分，与理想处理效果进行比较，判断当前设置是否满足要求；异常分析单元对于实时数据的处理效果未达到理想处理效果的情况，通知相关人员进行分析，找出原因并记录。

一种中频宽幅等离子电源智能监控方法，方法包括以下步骤：

S100.采集不同时间段、不同功率设置下喷枪产生的等离子体信号，通过等离子体信号得到等离子体参数，并记录对应的等离子电源性能参数，按照不同功率设置进行分类整理，构建历史数据集；

S200.根据历史数据集，分析历史数据集中等离子体参数与等离子电源性能参数之间的关联关系；根据关联关系和等离子体理想参数，评估不同功率设置下等离子体的处理效果，并与历史数据表中的等离子体参数信息和等离子电源性能参数进行对应；

S300.结合步骤S200的评估结果对比不同功率下等离子体处理效果的差异，选取不同功率下最佳等离子电源性能参数设置；根据最佳等离子电源性能参数设置，调整等离子电源性能参数，并采集实时数据；

S400.根据实时数据评估等离子体处理效果，对实时数据的等离子体处理效果进行分析，根据分析结果进行预警，并记录预警结果。

步骤S100包括：

S101.采集不同时间段、不同功率设置下喷枪产生的等离子体信号，通过等离子体信号得到等离子体参数；所述等离子体参数包括等离子体温度、密度以及光谱数据；

S102.根据等离子体参数的类别，结合等离子体参数所处时间段，构建等离子体参数表A，其中等离子体参数表A的第一行表示等离子体参数类别，分别为等离子体温度、密度以及光谱数据，等离子体参数表A的第一列表示时间段Tn，且n表示时间段序号，取正整数；

S103.记录对应时间段的等离子电源性能参数，其中等离子电源参数包括电流、电压以及电源功率；根据等离子电源性能参数所处时间段，构建等离子电源性能参数表B，其中等离子电源性能参数表B的第一行表示等离子电源性能参数，分别为电流、电压以及电源功率，表B的第一列表示时间段Tn；

由于时间段是由连续的时间点组成，因此每个时间段Tn对应的等离子体参数和等离子电源性能参数也是由连续时间点对应的参数值组成的，表A和表B的每一行对应的数据都包括连续的参数值。

S104.按照不同功率设置进行分类，一个功率设置值为一类，将等离子体参数表A与等离子电源性能参数表B按照对应时间段Tn进行连接，构建历史数据集C，且历史数据集C={c1，c2，...，cm}，其中m表示功率设置值的个数，其中c1表示第1个功率设置值对应的历史数据，c2表示第2个功率设置值对应的历史数据，以此类推，cm表示第m个功率设置值对应的历史数据；且c1中的历史数据按照对应时间段Tn进行表示，c1中历史数据的行数等于第1个功率设置值对应时间段Tn的个数，数据依次为等离子体温度、密度、光谱数据、电流、电压以及电源功率。

历史数据集C是按照不同功率设置值进行分类的，一个功率设置值为一类，且每个功率设置值都包括多个时间段Tn的历史数据，从而历史数据集C中每个元素的行数等于对应功率设置值时间段Tn的个数。

步骤S200包括：

S201.根据历史数据集，针对历史数据集中的每个元素，都计算等离子体参数与等离子电源性能参数之间的相关系数；获取等离子体参数x和等离子电源性能参数y的数据集，分别计算等离子体参数x和等离子电源性能参数y的均值和标准差，其中等离子体参数均值和标准差分别表示为和/>，等离子电源性能参数均值和标准差分别表示为/>和/>；根据公式计算相关系数corr(x，y)，具体公式为：

，

其中cov(x，y)表示等离子体参数x和等离子电源性能参数y之间的协方差，且具体的计算公式为：

，

其中，N表示所处时间段数据点的数量；

S202.根据步骤S201的计算，得到等离子体温度、密度以及光谱数据与电流、电压以及电源功率的相关系数，且表示为corr(xi，yj)，其中i=1，2，3，j=1，2，3；x1表示等离子体温度，x2表示等离子体密度，x3表示等离子体光谱数据；y1表示电流，y2表示电压，y3表示电源功率；根据上述相关系数，计算等离子体的处理效果评分S，计算公式为：

，

其中，表示等离子体温度与等离子电源性能参数相关系数的平均值，/>表示等离子体密度与等离子电源性能参数相关系数的平均值，/>表示等离子体光谱数据与等离子电源性能参数相关系数的平均值；t表示等离子体温度值，ρ表示等离子体密度值，λ表示光谱数据中的波长值；t0表示等离子体理想温度区间取值的平均值，且等离子体理想温度区间为[t_min，t_max]；ρ0表示等离子体理想密度区间取值的平均值，且等离子体理想密度区间为[ρ_min，ρ_max]；λ0表示等离子体理想光谱数据波长区间取值的平均值，且等离子体理想光谱数据波长区间为[λ_min，λ_max]；根据等离子体温度、密度以及光谱数据与电流、电压以及电源功率的相关系数，计算等离子体的处理效果评分；通过评估不同功率设置下等离子体的处理效果，能够选取最佳等离子电源性能参数设置，提高处理效果的优化程度。

S203.根据步骤S202的计算，得到历史数据集C中所有元素的对应时间段Tn的等离子体的处理效果评分，并与等离子体的处理效果评分与历史数据表中相同时间段的等离子体参数信息和等离子电源性能参数进行对应。根据历史数据集C中所有元素的对应时间段Tn的等离子体的处理效果评分，并与等离子体的处理效果评分与历史数据表中相同时间段的等离子体参数信息和等离子电源性能参数进行对应，可以建立起一个完整的历史数据集，方便进行后续的分析和处理。同时，还能够根据历史数据集中的信息，以及对应的处理效果评分，帮助工作人员更好地了解等离子体处理的效果，为后续的处理工作提供参考。

在本实施例中，对于等离子体参数与等离子电源性能参数之间的相关系数的计算结果分别为：

等离子体温度与电流的相关系数：首先，将等离子体温度表示为x1，电流表示为y1，根据上述公式计算它们之间的相关系数corr(x1，y1)；

等离子体密度与电流的相关系数：将等离子体密度表示为x2，电流表示为y1，根据上述公式计算它们之间的相关系数corr(x2，y1)；

光谱数据与电流的相关系数：将光谱数据表示为x3，电流表示为y1，根据上述公式计算它们之间的相关系数corr(x3，y1)；

等离子体温度与电压的相关系数：将等离子体温度表示为x1，电压表示为y2，根据上述公式计算它们之间的相关系数corr(x1，y2)；

等离子体密度与电压的相关系数：将等离子体密度表示为x2，电压表示为y2，根据上述公式计算它们之间的相关系数corr(x2，y2)；

光谱数据与电压的相关系数：将光谱数据表示为x3，电压表示为y2，根据上述公式计算它们之间的相关系数corr(x3，y2)；

等离子体温度与电源功率的相关系数：将等离子体温度表示为x1，电源功率表示为y3，根据上述公式计算它们之间的相关系数corr(x1，y3)；

等离子体密度与电源功率的相关系数：将等离子体密度表示为x2，电源功率表示为y3，根据上述公式计算它们之间的相关系数corr(x2，y3)；

光谱数据与电源功率的相关系数：将光谱数据表示为x3，电源功率表示为y3，根据上述公式计算它们之间的相关系数corr(x3，y3)；

得到等离子体参数与等离子电源性能参数之间的相关系数，再根据等离子体处理效果评分公式计算评分，其中表示等离子体温度与等离子电源性能参数相关系数的平均值，/>表示等离子体密度与等离子电源性能参数相关系数的平均值，/>表示等离子体光谱数据与等离子电源性能参数相关系数的平均值，所以：

α=[corr(x1，y1)+corr(x1，y2)+corr(x1，y3)]/3；

β=[corr(x2，y1)+corr(x2，y2)+corr(x2，y3)]/3；

γ=[corr(x2，y1)+corr(x2，y2)+corr(x2，y3)]/3。

步骤S300包括：

S301.根据步骤S202中的计算公式计算不同功率设置下等离子体的理想处理效果评分S0，其中计算S0的具体的数值为预设的参数值，且预设的参数值是通过模拟仿真得到的理想参数值；对于每个功率设置值，统计功率设置值对应的处理效果评分S大于等于S0的数量M0；计算S大于等于S0的数量占比P，具体的计算公式为：

，

其中，M表示一个功率设置值对应的历史数据的行数，也等于一个功率设置值对应时间段Tn的个数；

S302.对于每个功率设置值对应的P，进行从大到小的顺序排列，P值最大的功率设置值为最佳功率设置；并对所有的功率设置值对应的历史数据进行筛选，筛选出S大于等于S0的历史数据，并将筛选出的历史数据中对应的等离子电源性能参数作为最佳等离子电源性能参数设置；根据最佳等离子电源性能参数设置，调整等离子电源性能参数，并采集实时数据。

通过计算S大于等于S0的数量占比P，可以得到历史数据中不同功率设置值对应的处理效果，对于P值最大的功率设置值来说是最佳功率设置，因此在不规定功率设置值时，可以默认设置最佳功率，从而使等离子体的处理效果更好；对于所有的功率设置值对应的历史数据，保留S大于等于S0的历史数据作为最佳等离子电源性能参数设置，这保证了每个功率设置值都能获取等离子体处理效果符合预设处理效果的参数设置，其中参数设置是保证等离子电源性能参数与保留的历史数据相符，因此参数设置不仅仅是调节等离子电源性能参数，还包括其他的一些调整，例如等离子体与喷枪之间的距离和位置，等离子体处理时间等，这些参数可以参考历史数据。

步骤S400包括：

根据实时数据计算等离子体处理效果评分S1，将S1与S0进行比较；若w1*S1≥S0，说明使用调整后的参数使得等离子处理效果符合理想效果，则继续保持当前设置，可以确保处理效果的稳定性；若w1*S1＜S0，说明使用调整后的参数使得等离子效果得到不改善，则进行预警，及时通知相关人员，由相关人员进行分析，找到具体原因并记录，以便后续解决问题和优化处理效果，其中w1表示参数因子，排除其他影响因素干扰，提高评估的准确性和可靠性。

在本实施例中，一种中频宽幅等离子电源智能监控系统及方法的电路包括8个部分，具体如图2所示；

208VAC/380VAC电源输入为总电源输入端，采用三相四芯制（三根火线一根地线），输入电压范围为三相208VAC到380VAC（适用于欧标和国标）；经过设备接线柱，然后会直接接入到三相断路器的输入端，地线与设备机壳接地端子相连接；三相断路器的规格为60A（因为此等离子电源输出最大功率为10KW）；三相断路器的输出端与EMI专用滤波模块相连接；

EMI专用滤波模块选用15KW规格的标准件，EMI专用滤波模块的输入端与三相断路器相连接，EMI专用滤波模块的输出端与三相整流模块相连接；

三相整流模块使用标准的三相整流桥，且三相整流桥的规格为电流100A，耐压1600V；三相整流桥将输入的三相交流电整流为馒头波的直流电，当输入为208VAC时，馒头波的最大值为290VDC，当输入为380VAC时，馒头波的最大值为540VDC；三相整流模块的输入端与EMI专用滤波模块相连接，输出端与缓启动电路相连接；

缓启动电路的作用是使瞬时电流得到较平缓的工作，且缓启动电路的输入端与三相整流模块相连接，输出端与滤波模块相连接；

滤波模块的主要目的是为后级电路提供一个稳定的，小纹波的直流电压源；滤波模块的输入端与缓启动电路相连接，输出端与BUCK电路-BOOST电路串联模块相连接；

BUCK电路-BOOST电路串联模块，将整流滤波后输出的290V-540V电压根据设定功率不同，然后调整为100V-1000V输出；BUCK电路-BOOST电路串联模块的输入端与滤波模块相连接，输出端与全桥逆变电路相连接；

全桥逆变电路将直流电逆变为频率为10KHz到50KHz的交流电，然后输出给后级的升压变压器进行升压；全桥逆变电路的输入端与BUCK电路-BOOST电路串联模块相连接，输出端与变压器升压模块相连接；

变压器升压模块采用的扎比为1：20的比例，并且使用两个相同规格的变压器，将两个变压器的初级进行并联，次级进行串联使用，这样就会得到跟高的输出电压，因此电路中输入直流电的电压最低应为100V，最高电压根据不同的功率需求和所带等离子枪头的特性情况可以进行调整，本发明采用的最高电压为1000V；变压器升压模块的输入端与全桥逆变电路相连接。

其中图3表示BUCK电路-BOOST电路串联模块的buck电路部分中的电子元器件以及部分信号为：

C5、C9为滤除输出电压上的共模干扰信号；P1为连接机壳大地的接线柱；F1为熔断器，属于保护器件；U5为电流检测芯片，检测整流滤波电路输出的电流，C1、C3为芯片供电的滤波电容；U2为电压检测芯片，检测整流滤波电路输出的电压，C15为芯片供电的滤波电容，R3、R4、R5、R6、R7为检测电压的分压电阻；C10为输入电压的滤波电容；IGBT1、IGBT2为BUCK电路的开关管，通过调整它的开通时间，可以调整BUCK电路的输出电压；RV1、RV2为压敏电阻；D9为BUCK电路的续流二极管；L1为BUCK电路中用于降压、储能的电感(此电感与后级BOOST电路共用）；

图4表示BUCK电路-BOOST电路串联模块的BOOST电路部分中的电子元器件以及部分信号为：

L1为BOOST电路中用于升压、储能的电感(此电感与前级BUCK电路共用）；IGBT3、IGBT4为BOOST电路的开关管，通过调整它的开通时间，可以调整BOOST电路的输出电压；RV3、RV4为压敏电阻；D8为BOOST电路的续流二极管；U1为电流检测芯片，检测整流滤波电路输出的电流，C2、C4为芯片供电的滤波电容；U4为电压检测芯片，检测整流滤波电路输出的电压，C16为芯片供电的滤波电容，R8、R9、R10、R11、R12为检测电压的分压电阻；C6、C7、C8为BUCK-BOOST串联电压调理电路输出电压的滤波电容。

图5为全桥逆变电路，将直流电逆变为频率为10KHz到50KHz的交流电，然后输出给后级的升压变压器进行升压；其中IGBT5、IGBT6为第一组开关管，IGBT7、IGBT8为第二组开关管，IGBT9、IGBT10为第三组开关管，IGBT11、IGBT12为第四组开关管，这样做的目的是为了增大开关管的通流能力，并且增大散热面积，从而提升输出功率；

第一组开关管（IGBT5、IGBT6）和第二组开关管（IGBT7、IGBT8）为同时开通和关断，第三组开关管（IGBT9、IGBT10）和第四组开关管（IGBT11、IGBT12）为同时开通和关断，IGBT5、IGBT6、IGBT7、IGBT8与IGBT9、IGBT10、IGBT11、IGBT12的开关相位差为180°，且具有一定的死区时间，然后通过调整所有开关管的开关频率实现全桥逆变频率的调整；U3为电流检测芯片，检测整流滤波电路输出的电流，C11、C12为芯片供电的滤波电容；C13、C14为滤波电容，滤除直流信号；P2、P3为连接升压变压器初级的接线端子。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中频宽幅等离子电源智能监控方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S100.采集不同时间段、不同功率设置下喷枪产生的等离子体信号，通过等离子体信号得到等离子体参数，并记录对应的等离子电源性能参数，按照不同功率设置进行分类整理，构建历史数据集；

S200.根据历史数据集，分析历史数据集中等离子体参数与等离子电源性能参数之间的关联关系；根据关联关系和等离子体理想参数，评估不同功率设置下等离子体的处理效果，并与历史数据表中的等离子体参数信息和等离子电源性能参数进行对应；

S300.结合步骤S200的评估结果对比不同功率下等离子体处理效果的差异，选取不同功率下最佳等离子电源性能参数设置；根据最佳等离子电源性能参数设置，调整等离子电源性能参数，并采集实时数据；

S400.根据实时数据评估等离子体处理效果，对实时数据的等离子体处理效果进行分析，根据分析结果进行预警，并记录预警结果。

2.根据权利要求1所述的一种中频宽幅等离子电源智能监控方法，其特征在于：所述步骤S100包括：

S101.采集不同时间段、不同功率设置下喷枪产生的等离子体信号，通过等离子体信号得到等离子体参数；所述等离子体参数包括等离子体温度、密度以及光谱数据；

S102.根据等离子体参数的类别，结合等离子体参数所处时间段，构建等离子体参数表A，其中等离子体参数表A的第一行表示等离子体参数类别，分别为等离子体温度、密度以及光谱数据，等离子体参数表A的第一列表示时间段Tn，且n表示时间段序号，取正整数；

S103.记录对应时间段的等离子电源性能参数，其中等离子电源参数包括电流、电压以及电源功率；根据等离子电源性能参数所处时间段，构建等离子电源性能参数表B，其中等离子电源性能参数表B的第一行表示等离子电源性能参数，分别为电流、电压以及电源功率，等离子电源性能参数表B的第一列表示时间段Tn；

S104.按照不同功率设置进行分类，一个功率设置值为一类，将等离子体参数表A与等离子电源性能参数表B按照对应时间段Tn进行连接，构建历史数据集C，且历史数据集C={c1，c2，...，cm}，其中m表示功率设置值的个数，其中c1表示第1个功率设置值对应的历史数据，c2表示第2个功率设置值对应的历史数据，以此类推，cm表示第m个功率设置值对应的历史数据；且c1中的历史数据按照对应时间段Tn进行表示，c1中历史数据的行数等于第1个功率设置值对应时间段Tn的个数，数据依次为等离子体温度、密度、光谱数据、电流、电压以及电源功率。

3.根据权利要求2所述的一种中频宽幅等离子电源智能监控方法，其特征在于：所述步骤S200包括：

S201.根据历史数据集，针对历史数据集中的每个元素，都计算等离子体参数与等离子电源性能参数之间的相关系数；获取等离子体参数x和等离子电源性能参数y的数据集，分别计算等离子体参数x和等离子电源性能参数y的均值和标准差，其中等离子体参数均值和标准差分别表示为和/>，等离子电源性能参数均值和标准差分别表示为/>和/>；根据公式计算相关系数corr(x，y)，具体公式为：

，

其中cov(x，y)表示等离子体参数x和等离子电源性能参数y之间的协方差，且具体的计算公式为：

，

其中，N表示所处时间段数据点的数量；

S202.根据步骤S201的计算，得到等离子体温度、密度以及光谱数据与电流、电压以及电源功率的相关系数，且表示为corr(xi，yj)，其中i=1，2，3，j=1，2，3；x1表示等离子体温度，x2表示等离子体密度，x3表示等离子体光谱数据；y1表示电流，y2表示电压，y3表示电源功率；根据上述相关系数，计算等离子体的处理效果评分S，计算公式为：

，

其中，表示等离子体温度与等离子电源性能参数相关系数的平均值，/>表示等离子体密度与等离子电源性能参数相关系数的平均值，/>表示等离子体光谱数据与等离子电源性能参数相关系数的平均值；t表示等离子体温度值，ρ表示等离子体密度值，λ表示光谱数据中的波长值；t0表示等离子体理想温度区间取值的平均值，且等离子体理想温度区间为[t_min，t_max]；ρ0表示等离子体理想密度区间取值的平均值，且等离子体理想密度区间为[ρ_min，ρ_max]；λ0表示等离子体理想光谱数据波长区间取值的平均值，且等离子体理想光谱数据波长区间为[λ_min，λ_max]；

S203.根据步骤S202的计算，得到历史数据集C中所有元素的对应时间段Tn的等离子体的处理效果评分，并与等离子体的处理效果评分与历史数据表中相同时间段的等离子体参数信息和等离子电源性能参数进行对应。

4.根据权利要求3所述的一种中频宽幅等离子电源智能监控方法，其特征在于：所述步骤S300包括：

S301.根据步骤S202中的计算公式计算不同功率设置下等离子体的理想处理效果评分S0，对于每个功率设置值，统计功率设置值对应的处理效果评分S大于等于S0的数量M0；计算S大于等于S0的数量占比P，具体的计算公式为：

，

其中，M表示一个功率设置值对应的历史数据的行数，也等于一个功率设置值对应时间段Tn的个数；

S302.对于每个功率设置值对应的P，进行从大到小的顺序排列，P值最大的功率设置值为最佳功率设置；并对所有的功率设置值对应的历史数据进行筛选，筛选出S大于等于S0的历史数据，并将筛选出的历史数据中对应的等离子电源性能参数作为最佳等离子电源性能参数设置；根据最佳等离子电源性能参数设置，调整等离子电源性能参数，并采集实时数据。

5.根据权利要求4所述的一种中频宽幅等离子电源智能监控方法，其特征在于：所述步骤S400包括：

根据实时数据计算等离子体处理效果评分S1，将S1与S0进行比较；若w1*S1≥S0，则继续保持当前设置；若w1*S1＜S0，则进行预警，及时通知相关人员，由相关人员进行分析，找到具体原因并记录，其中w1表示参数因子，排除其他影响因素干扰。

6.一种中频宽幅等离子电源智能监控系统，应用于权利要求1-5中任一项所述的一种中频宽幅等离子电源智能监控方法，其特征在于：所述系统包括：数据采集模块、数据整理模块、等离子体处理效果评估模块以及实时数据评估模块；

所述数据采集模块用于采集不同时间段、不同功率设置下喷枪产生的等离子体信号，并通过等离子体信号获取等离子体参数以及记录对应的等离子电源性能参数；

所述数据整理模块根据采集到的数据，按照不同功率设置进行分类整理，构建历史数据集；并分析历史数据集中等离子体参数与等离子电源性能参数之间的关联关系；

所述等离子体处理效果评估模块基于历史数据集，评估不同功率设置下等离子体的理想处理效果，并与实时数据进行对比；根据评估结果，选择最佳等离子电源性能参数设置，并调整等离子电源性能参数；

所述实时数据评估模块根据实时采集的数据，评估等离子体处理效果；如果实时数据的处理效果达到或超过理想处理效果，则保持当前设置；如果未达到理想处理效果，则通知相关人员进行分析，找出原因并记录。

7.根据权利要求6所述的一种中频宽幅等离子电源智能监控系统，其特征在于：所述数据采集模块包括信号采集单元、参数提取单元以及参数记录单元；

所述信号采集单元用于采集不同时间段、不同功率设置下喷枪产生的等离子体信号；所述参数提取单元通过等离子体信号提取等离子体参数，其中等离子体参数包括温度、密度和光谱数据；所述参数记录单元记录对应的等离子电源性能参数，其中等离子电源性能参数包括电流、电压和电源功率。

8.根据权利要求6所述的一种中频宽幅等离子电源智能监控系统，其特征在于：所述数据整理模块包括分类整理单元和关联分析单元；

所述分类整理单元按照不同功率设置将采集到的数据进行分类整理，并构建历史数据集；所述关联分析单元分析历史数据集中等离子体参数与等离子电源性能参数之间的关联关系。

9.根据权利要求6所述的一种中频宽幅等离子电源智能监控系统，其特征在于：所述等离子体处理效果评估模块包括相关系数计算单元和处理效果评分计算单元；

所述相关系数计算单元根据历史数据集中的数据，计算等离子体参数与等离子电源性能参数之间的相关系数，评估它们之间的关联程度；所述处理效果评分计算单元基于相关系数，计算等离子体的处理效果评分，并与理想处理效果进行比较，选取最佳等离子电源性能参数设置。

10.根据权利要求6所述的一种中频宽幅等离子电源智能监控系统，其特征在于：所述实时数据评估模块包括处理效果评估单元和异常分析单元；

所述处理效果评估单元根据实时采集的数据，计算等离子体处理效果评分，与理想处理效果进行比较，判断当前设置是否满足要求；所述异常分析单元对于实时数据的处理效果未达到理想处理效果的情况，通知相关人员进行分析，找出原因并记录。