CN206422965U - 等离子体空间特性诊断装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种等离子体空间特性诊断装置，属于等离子体特性诊断领域，提供一种可实现对等离子体空间特性进行诊断的等离子体空间特性诊断装置，包括等离子体发生器和检测装置，在所述等离子体发生器内具有可密封的等离子体形成腔，所述检测装置包括检测探针和探针安装平台，所述检测探针安装在所述探针安装平台上，所述检测探针的检测端深入至等离子体形成腔内。本实用新型可实现对等离子体在空间上不同位置处的特性参数进行检测、诊断。并且通过设置相应的探针安装平台结构可实现对检测探针的相应移动，进而可实现检测探针在空间位置上的任意移动，以此实现对等离子体在空间上不同位置处的特性参数进行诊断。

Description

等离子体空间特性诊断装置

技术领域

本实用新型涉及等离子体特性诊断技术，一种等离子体空间特性诊断装置。

背景技术

等离子体诊断技术分为主动式和被动式，主动式诊断技术即使用主动的电磁波、粒子束或探针、探头浸入到等离子体中，在等离子体环境中收集相关的特性数据，通过相应的数据处理方法获得等离子体信息；被动式诊断技术不主动浸入到等离子体中，而是在诊断过程中通过接收待分析等离子体发射的电磁波或粒子束，从而获取等离子体信息。

通过对等离子体的特性诊断，可以为优化等离子体工艺参数、改进等离子体设备等提供实验数据，可使等离子体装置更高效、优异地完成工作。通过等离子体诊断不仅可以了解等离子体的宏观表象，如等离子体密度、等离子体温度、离子的能量等，还可以通过对参量的诊断了解等离子体的微观物理化学机制，如各种粒子之间的激发、裂解和电离碰撞、等离子体的扩散效应、等离子体的波动特性、分子的振动和转动温度、鞘层特性等。随着等离子体技术的不断改进和更新，越来越多的等离子体源的出现导致了相应的等离子体诊断技术的发展。

等离子体具有一定的空间体积，因此在不同空间位置上等离子体参数差异甚大，而现有的大多数等离子体工艺和实验研究对等离子体空间均匀性都有极高的要求，因此无论是在等离子体工业应用还是实验室研究中，对于等离子体特征参数的空间诊断都具有重要意义，然而现目前对于等离子体的空间特性诊断还处于空白状态。因此，急需发展等离子体特性的空间诊断技术。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种可实现对等离子体空间特性进行诊断的等离子体空间特性诊断装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：包括等离子体发生器和检测装置，在所述等离子体发生器内具有可密封的等离子体形成腔，所述检测装置包括检测探针和探针安装平台，所述检测探针安装在所述探针安装平台上，所述检测探针的检测端深入至等离子体形成腔内。

进一步的是：还包括波纹管连接部，在等离子体发生器上设置有贯穿的检测孔；所述波纹管连接部的一端与所述检测孔连接，所述检测探针安装在波纹管连接部的另一端上，并且所述检测探针的检测端穿过波纹管连接部后深入至等离子体形成腔内。

进一步的是：所述探针安装平台可带动所述检测探针升降移动和/或转动。

进一步的是：所述探针安装平台可带动所述检测探针沿检测探针的轴向移动。

进一步的是：所述探针安装平台包括升降机构，所述升降机构包括底座、安装平台、支架和驱动件；所述支架固定的安装在底座上，所述安装平台枢接于所述支架上，所述驱动件可驱动所述安装平台转动。

进一步的是：所述驱动件包括上调节杆、下调节杆和调节螺母，所述上调节杆的上端固定在安装平台上，所述下调节杆的下端固定在底座上，所述上调节杆与所述下调节杆同轴，在上调节杆的下端和下调节杆的上端分别设置有旋向相反的螺纹段，所述调节螺母同时与上调节杆的下端和下调节杆的上端螺纹连接。

进一步的是：所述探针安装平台包括平移机构，所述平移机构包括安装板、滑轨、驱动机构和探针安装座；所述探针安装座可沿滑轨移动地安转在滑轨上，所述驱动机构可驱动所述探针安装座在滑轨上往复移动，所述检测探针安装在所述探针安装座上。

进一步的是：所述驱动机构包括驱动电机、丝杆和固定螺母，所述固定螺母固定地安装在探针安装座上并且固定螺母与丝杆螺纹配合地套在丝杆上，所述驱动电机固定安装在安装板上，所述驱动电机可驱动所述丝杆转动。

进一步的是：所述检测探针包括四极质谱仪和/或Langmuir探针；当同时设置有四极质谱仪和Langmuir探针时，四极质谱仪和Langmuir探针分别安装在一个探针安装平台上。

进一步的是：当同时设置有四极质谱仪和Langmuir探针时，四极质谱仪和Langmuir探针呈镜像对称设置。

本实用新型的有益效果是：可实现对等离子体在空间上不同位置处的特性参数进行检测、诊断。并且通过设置相应的探针安装平台结构可实现对检测探针的相应移动，进而可实现检测探针在空间位置上的任意移动，以此实现对等离子体在空间上不同位置处的特性参数进行诊断。

附图说明

图1为本实用新型所述的等离子体空间特性诊断装置的示意图；

图2为图1中探针安装平台局部的放大示意图；

图3为图2中局部区域I的放大示意图；

图4为等离子体发生器、检测探针和波纹管连接部三者连接后的立体视图；

图5为图4的俯视图；

图6为图5中A-A截面的剖视图；

图7为升降机构的立体视图；

图8为平移机构的立体视图；

图9为图8的俯视图；

图10为图9中B-B截面的剖视图；

图中标记为：等离子体发生器1、等离子体形成腔2、检测探针3、检测端31、探针安装平台4、升降机构41、底座411、安装平台412、支架413、驱动件414、上调节杆4141、下调节杆4142、调节螺母4143、平移机构42、安装板421、滑轨422、驱动机构423、驱动电机4231、丝杆4232、固定螺母4233、探针安装座424、波纹管连接部5、检测孔6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1至图10中所示，本实用新型所述的等离子体空间特性诊断装置，包括等离子体发生器1和检测装置，在所述等离子体发生器1内具有可密封的等离子体形成腔2，所述检测装置包括检测探针3和探针安装平台4，所述检测探针3安装在所述探针安装平台4上，所述检测探针3的检测端31深入至等离子体形成腔2内。

其中，等离子体发生器1是用于产生等离子体的装置，在进行对等离子体的特征诊断检测时，将在其内部的等离子体形成腔2内形成等离子体。

其中，探针安装平台4是用于安装检测探针3的平台，通常设置在等离子体发生器1的外侧附近。检测探针3则是用于检测、诊断等离子体的检测单元，其整体安装在探针安装平台4上，然后检测探针3的检测端31则深入到等离子体形成腔2内以对等离子体进行检测、诊断。

具体的，检测探针31可采用为质谱仪或者Langmuir探针，或者同时采用上述质谱仪和Langmuir探针。如附图1中所示，即是同时设置有两个检测探针3，并且将两个检测探针3分别安装到不同的探针安装平台4上，同时还可将两个检测探针3设置成镜像对称分布。具体的，可设置附图1中所示的两个检测探针3分别为一个质谱仪和一个Langmuir探针，其中质谱仪还可进一步优选采用四极质谱仪。

更具体的，为了调节检测探针3的空间位置，进而使得其检测端31可在等离子体形成腔2内所对应的位置发生移动以实现对等离子体在空间上不同位置处的特性参数进行检测、诊断；本实用新型进一步设置有波纹管连接部5，同时在等离子体发生器1上设置有贯穿的检测孔6；所述波纹管连接部5的一端与所述检测孔6连接，所述检测探针3安装在波纹管连接部5的另一端上，并且所述检测探针3的检测端31穿过波纹管连接部5后深入至等离子体形成腔2内。由于波纹管连接部5的整体具有可弯曲、伸缩等特性，因此通过设置波纹管连接部5可实现对检测探针3的位置调整，同时保证整个等离子体形成腔2内部始终为密封空间。

另外，还可通过采用相应结构的探针安装平台4实现检测探针3相应的移动调节，如可实现对检测探针3的升降移动、转动或者轴向移动。具体可参照附图2、3和7-10中所示，本实用新型中的探针安装平台4可包括升降机构41，所述升降机构包括底座411、安装平台412、支架413和驱动件414；所述支架413固定的安装在底座411上，所述安装平台412枢接于所述支架413上，所述驱动件414可驱动所述安装平台412转动。这样，通过升降机构41即可实现对检测探针3在竖向方向的升降移动和在竖向平面内的转动。

更具体的，驱动件414可采用如附图3中所示的结构，其包括上调节杆4141、下调节杆4142和调节螺母4143，所述上调节杆4141的上端固定在安装平台412上，所述下调节杆4142的下端固定在底座411上，所述上调节杆4141与所述下调节杆4142同轴，在上调节杆4141的下端和下调节杆4142的上端分别设置有旋向相反的螺纹段，所述调节螺母4143同时与上调节杆4141的下端和下调节杆4142的上端螺纹连接。这样，当需要升降安装平台412时，可同时调节位于升降机构41两侧的两组驱动件414伸长后者缩短，相应的只需要向同一方向旋拧调节螺母4143即可，并且此时支架413应当采用可升降的结构。而当需要转动安装平台412时，则可调节位于升降机构41其中一侧的驱动件414伸长和/或者调节位于升降机构41另一侧的驱动件414缩短，相应只需要根据情况旋拧相应的调节螺母4143即可。更具体的，为了便于获知安装平台412转动时的倾斜角度，还可在安装平台412与支架413的枢接处的其中一端面位置设置相应的角度测量刻度尺；而为了便于获知安装平台412的升降高度，还可在支架413上设置相应的刻度尺。

另外，本实用新型中的探针安装平台4还可包括平移机构42，所述平移机构42包括安装板421、滑轨422、驱动机构423和探针安装座424；所述探针安装座424可沿滑轨422移动地安转在滑轨上，所述驱动机构423可驱动所述探针安装座424在滑轨422上往复移动，所述检测探针3安装在所述探针安装座424上。通过平移机构，可实现对检测探针3的水平移动，如可实现对检测探针3的轴向移动。

更具体的，驱动机构423可包括驱动电机4231、丝杆4232和固定螺母4233，所述固定螺母4233固定地安装在探针安装座424上并且固定螺母4233与丝杆4232螺纹配合地套在丝杆4232上，所述驱动电机4231固定安装在安装板421上，所述驱动电机4231可驱动所述丝杆4232转动。这样，只需要控制驱动电机4231带动丝杆4232的转动，即可驱动探针安装座424沿着滑轨422移动，进而实现对检测探针3的移动；并且当检测探针3的轴向与滑轨422的方向一致时，即可实现对检测探针3的轴向移动。当然，为了便于获知探针安装座424沿滑轨422的移动量，还可在安装板421上或者在滑轨422上设置相应的刻度尺。

当然，不失一般性，本实用新型中的探针安装平台4可同时设置有上述升降机构41和平移机构42，如参照附图2中所示的情况，其将平移机构42的安装板421直接安装到升降机构41的安装平台412上。此时，通过同时设置升降机构41和平移机构42，可实现对检测探针3的升降、转动和轴向移动调整等。

另外，通常情况下，本实用新型中整个检测装置在对等离子体进行检测时，还需要配套相应的数据处理系统或者控制系统等；如配套一台计算机，同时将检测探针3与计算机相连，这样可将检测探针3的检测数据传输给相应的计算机以对检测的数据进行处理、分析以及通过图表显示检测结果。另外，在设置有Langmuir探针时，还可设置相应的示波器，以通过示波器显示Langmuir探针记录的电子流波形即伏安特性I-V曲线等。另外，在设置有驱动电机4231时，还可通过相应的数据处理系统或者控制系统对驱动电机4231的启停和转动量进行控制，并且驱动电机4231可进一步选用伺服电机或者步进电机。

Claims (10)

1.等离子体空间特性诊断装置，其特征在于：包括等离子体发生器(1)和检测装置，在所述等离子体发生器(1)内具有可密封的等离子体形成腔(2)，所述检测装置包括检测探针(3)和探针安装平台(4)，所述检测探针(3)安装在所述探针安装平台(4)上，所述检测探针(3)的检测端(31)深入至等离子体形成腔(2)内。

2.如权利要求1所述的等离子体空间特性诊断装置，其特征在于：还包括波纹管连接部(5)，在等离子体发生器(1)上设置有贯穿的检测孔(6)；所述波纹管连接部(5)的一端与所述检测孔(6)连接，所述检测探针(3)安装在波纹管连接部(5)的另一端上，并且所述检测探针(3)的检测端(31)穿过波纹管连接部(5)后深入至等离子体形成腔(2)内。

3.如权利要求2所述的等离子体空间特性诊断装置，其特征在于：所述探针安装平台(4)可带动所述检测探针(3)升降移动和/或转动。

4.如权利要求2所述的等离子体空间特性诊断装置，其特征在于：所述探针安装平台(4)可带动所述检测探针(3)沿检测探针(3)的轴向移动。

5.如权利要求3所述的等离子体空间特性诊断装置，其特征在于：所述探针安装平台(4)包括升降机构(41)，所述升降机构包括底座(411)、安装平台(412)、支架(413)和驱动件(414)；所述支架(413)固定的安装在底座(411)上，所述安装平台(412)枢接于所述支架(413)上，所述驱动件(414)可驱动所述安装平台(412)转动。

6.如权利要求5所述的等离子体空间特性诊断装置，其特征在于：所述驱动件(414)包括上调节杆(4141)、下调节杆(4142)和调节螺母(4143)，所述上调节杆(4141)的上端固定在安装平台(412)上，所述下调节杆(4142)的下端固定在底座(411)上，所述上调节杆(4141)与所述下调节杆(4142)同轴，在上调节杆(4141)的下端和下调节杆(4142)的上端分别设置有旋向相反的螺纹段，所述调节螺母(4143)同时与上调节杆(4141)的下端和下调节杆(4142)的上端螺纹连接。

7.如权利要求4所述的等离子体空间特性诊断装置，其特征在于：所述探针安装平台(4)包括平移机构(42)，所述平移机构(42)包括安装板(421)、滑轨(422)、驱动机构(423)和探针安装座(424)；所述探针安装座(424)可沿滑轨(422)移动地安转在滑轨上，所述驱动机构(423)可驱动所述探针安装座(424)在滑轨(422)上往复移动，所述检测探针(3)安装在所述探针安装座(424)上。

8.如权利要求7所述的等离子体空间特性诊断装置，其特征在于：所述驱动机构(423)包括驱动电机(4231)、丝杆(4232)和固定螺母(4233)，所述固定螺母(4233)固定地安装在探针安装座(424)上并且固定螺母(4233)与丝杆(4232)螺纹配合地套在丝杆(4232)上，所述驱动电机(4231)固定安装在安装板(421)上，所述驱动电机(4231)可驱动所述丝杆(4232)转动。

9.如权利要求1至8中任意一项所述的等离子体空间特性诊断装置，其特征在于：所述检测探针(3)包括四极质谱仪和/或Langmuir探针；当同时设置有四极质谱仪和Langmuir探针时，四极质谱仪和Langmuir探针分别安装在一个探针安装平台(4)上。

10.如权利要求9所述的等离子体空间特性诊断装置，其特征在于：当同时设置有四极质谱仪和Langmuir探针时，四极质谱仪和Langmuir探针呈镜像对称设置。