等離子體離子能量測量分析儀的製作方法

2023-07-20 03:42:36 2

專利名稱：等離子體離子能量測量分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型是等離子體離子能量測量分析儀，屬離子能量測量技術，特別涉及離子能量測量分析裝置設備。
等離子體技術已越來越廣泛地應用到許許多多的技術領域，如等離子體增強化學氣相沉積，等離子體濺射沉積，等離子體刻蝕、等離子體表面改性等等。在這些技術應用過程中，都對等離子體能量分布狀態具有一定的要求，因此，實際應用中就非常需要測量等離子體的能量分布規律。然而至今為止，國內外常用的等離子體離子能量測量技術是利用Langmuir探針方法測量出等離子體的空間電勢後，再利用等離子體空間電勢來估算等離子體的離子能量。這種測量方法很不準確，它只能對等離子體離子能量作出定性的說明，無法給出定量的結果，不能給出等離子體離子能量的分布狀態。因此，在等離子體的技術應用中，實際上非常急需研製一種能直接地測量等離子體離子能量分布規律的專門的、完備的、成型的等離子體離子能量測量分析儀器。
本實用新型的目的就是為了克服現有常用的等離子體離子能量測量技術只能作定性說明，無法給出定量結果，不能給出等離子體離子能量的分布狀態的缺點，解決急需要一種能直接測量等離子體離子能量分布規律的專門的等離子體離子能量測量分析儀器的問題，研究設計一種能給出定量測量結果、能直接地測量等離子體離子能量分布規律的等離子體離子能量測量分析儀。
本實用新型是通過下述結構技術方案來實現的等離子體離子能量測量分析儀的外型結構示意圖如

圖1所示，等離子體離子能量分析器2的結構組成示意圖如圖2所示。本測量分析儀由機箱1、等離子體離子能量分析器2、顯示器3、直流電壓表4、鍵盤5、取樣電阻6、可調直流電壓源7、數據自動採集測量裝置8、主控計算機9、等離子體離子能量測量分析儀電路共同連接構成，其中等離子體離子能量分析器2由屏蔽極10、排斥極11、分析極12、接收極13、各電極引線14共同連接構成，各極板與各電極引線14的連接採用直接壓固連接。其相互連接關係為若為手動測量方式，等離子體離子能量分析器2通過直流電壓源信號線及裝於機箱1背部的接插頭座與可調直流電壓源7相電氣連接，直流電壓源7與等離子體離子能量分析器2的排斥極11，分析極12連接，等離子體離子能量分析器2的接收極13通過取樣信號線與取樣電阻6串連連接，直流電壓表4通過取樣信號線與取樣電阻6並聯連接，各連接線均採用屏蔽信號導線連接；若採用自動測量方式，則除採用上述的連接方式外，把取樣電阻6通過取樣電壓信號傳輸線與數據自動採集測量裝置8中的低通濾波器17相電氣連接，數據自動採集測量裝置8通過計算機測量信號輸入線及裝於機箱背部的接線接插頭座與主控計算機9相電氣連接；等離子體離子能量測量分析儀的電路連接示意圖如圖3所示，數據自動採集測量裝置的電路方框圖如圖4所示。其中等離子體能量測量分析儀的電路由多路可調直流電壓源7、取樣電阻6，高精度直流電壓表4、數據自動採集測量裝置8的相互連接構成，其相互連接關係為直流電壓表4與數據自動採集測量裝置8的輸出線並接，取樣電阻6與數據自動採集測量裝置8的輸出線並接，可調直流電壓源7通過連接電纜線15及各電極引線14與等離子體離子能量分析器2中的分析極12、排斥極11相電氣連接，取樣電阻6通過連接電纜線15及電極引線14與接收極13相串聯連接；數據自動採集測量裝置電路由低通濾波器17、前置放大器18、模數變換器19、主控計算機9、圖形印表機20相互電氣連接構成，其相互連接關係為低通濾波器17通過取樣電阻的取樣信號線與取樣電阻6相電氣連接，並同時通過低通濾波器信號輸出線與前置放大器18相電氣連接，前置放大器18通過放大信號輸出線與模數變換器19相電氣連接，模數變換器19通過模數變換信號輸出線與主控計算機9相電氣連接，主控計算機9通過計算機輸出信號線與圖形印表機20相連接。
等離子體離子能量測量分析儀的測量過程和作用原理如下其測量方式過程程序流程圖如圖5所示。首先對模數變換器及相應接口進行初始化，然後對等離子體的離子能量初測以判斷其分布範圍，再對等離子體離子能量進行實際測量，最後需將所測數據進行數據處理，數據處理後，再輸到顯示器進行顯示和圖形印表機進行列印輸出。其測量方式可採用手動測量和計算機自動測量兩種方式，手動測量方式時，高精度電壓表4與取樣電阻6並聯，測出取樣電阻6上的電壓降作為取樣電壓信號，從而獲得直流電壓源7所提供的電壓與取樣電壓之間的變化關係，即獲得等離子體離子能量分布規律；當採用計算機自動測量方式時，接收極13與取樣電阻6串連，經取樣電阻6得到的取樣電壓信號通過傳輸線路輸送到數據自動採集測量裝置的低通濾波器17中，經低通濾波器濾除掉微波等高頻幹擾信號，再經前置放大器18放大後輸送到模數變換器及其相應接口，經模數變換器變換後輸送到主控計算機，經計算機處理後，最後輸送到顯示器進行顯示和圖形印表機列印而獲得等離子體離子能量分布規律。
本實用新型與現有技術相比有如下的優點和有益效果；(1)本測量分析儀克服了現有常用的等離子體離子能量測量技術不準確，只能對等離子體能量作出定性說明，不能給出等離子體離子能量的分布狀態的缺點，是完全能直接地測量等離子體離子能量分布規律，能給出定量的測量結果；(2)本測量分析儀結構緊湊合理，造價低，測量精度高，操作簡單、方便，自動化程度高；(3)本實用新型提供了一種專門測量等離子體離子能量分布規律新方法，對更廣泛應用等離子體技術提供了完備的條件。
下面對說明書附圖進一步說明如下圖1為等離子體離子能量測量分析儀的外形結構示意圖，圖2為等離子體離子能量分析器的結構組成示意圖，圖3為等離子體離子能量測量分析儀的電路連接示意圖，圖4為本測量分析儀的數據自動採集測量裝置的電路方框圖，圖5為本測量分析儀的測量方式過程程序流程圖，圖6為用本測量分析儀測量實例獲得的等離子體離子能量分布曲線圖。各圖中1為機箱、2為等離子體離子能量分析器、3為顯示器、4為高精度直流電壓表、5為鍵盤、6為取樣電阻、7為精密可調直流電壓源、8為數據自動採集測量裝置、9為主控計算機、10為屏蔽極、11為排斥極、12為分析極、13為接收極、14為電極引線、15為連接電纜線、17為低通濾波器、18為前置放大器、19為模數變換器、20為圖形印表機。
本實用新型的實施方式可為如下(1)按圖1所示設計，並採用常用的機加工方法加工製造機箱1，同時在背面安裝電源及各種信號線的接插頭座。(2)按圖2所示設計、製造等離子體離子能量分析器2，其中①例如可用20#不鏽鋼用車切削等機加工方法加工成外徑Φ為28mm，內徑為24mm的屏蔽極外殼10；②可用0.5mm厚的不鏽鋼鋼片，用機加工方法加工成有外徑為Φ22mm，內徑為Φ3mm的環狀排斥極11、分析極12和直徑為Φ22mm的接收極板13；③將各電極用Φ1mm的不鏽鋼絲直接與各電極壓固製成帶電極引線14的各種電極；④將各電極安裝於屏蔽外殼內，並按圖2所示連接構成等離子體離子能量分析器2；(3)顯示器3可選用與主控計算機配套的任何型號的顯示器，直流電壓表4可選用hP3458A高精度10-7V直流電壓表，鍵盤5可選用能與主控計算機配套的任何類型鍵盤，多路可調直流電壓源7可選用BJ1790型電晶體精密多路可調直流電壓源，主控計算機9可選用PC586，低通濾波器17可選LP412型，前置放大器18可採用OP07運算放大器，模數變換器及相應接口19可選用ADC0809晶片，圖形印表機20可選用HP雷射印表機。加工製造好機箱1、等離子體離子能量分析器2及選購好其它各部件後，可按上面說明書所述的相互連接關係進行連接安裝，便能較好地實現本實用新型。
具體測量方式過程也可按上面說明書所述的測量過程進行測量操作。實際應用舉例如下首先將等離子體離子能量分析器2置於等離子體中，按測量要求連接好各種引線。由多路可調電壓源7分別向等離子體離子能量分析器2的各個電極(圖2中的10、11、12)供給一定的電壓，利用高精度電壓表4或經計算機自動測量處理，測量等離子體離子能量分析器2中的離子流強在取樣電阻6中的電壓降隨可調電壓源供給的電壓的變化關係曲線，從而獲得等離子體離子能量的分布狀態，便可得到等離子體離子能量分布曲線圖如圖6所示。
權利要求1.一種等離子體離子能量測量分析儀，其特徵在於它由機箱(1)、等離子體離子能量分析器(2)、顯示器(3)、直流電壓表(4)、鍵盤(5)、取樣電阻(6)、可調直流電壓源(7)、數據自動採集測量裝置(8)、主控計算機(9)、等離子體離子能量測量分析儀電路共同連接構成，其中等離子體離子能量分析器(2)由屏蔽極(10)、排斥極(11)、分析極(12)、接收極(13)、各電極引線(14)共同連接構成，各極板與各電極引線(14)的連接採用直接壓固連接，其相互連接關係為若為手動測量方式，等離子體離子能量分析器(2)通過直流電壓源信號線及裝於機箱(1)背部的接插頭座與可調直流電壓源(7)相電氣連接，直流電壓源(7)與等離子體離子能量分析器(2)的排斥極(11)，分析極(12)連接，等離子體離子能量分析器(2)的接收極(13)通過取樣信號線與取樣電阻(6)串連連接，直流電壓表(4)通過取樣信號線與取樣電阻(6)並聯連接，各連接線均採用屏蔽信號導線連接；若採用自動測量方式，則除採用上述的連接方式外，把取樣電阻(6)通過取樣電壓信號傳輸線與數據自動採集測量裝置(8)中的低通濾波器(17)相電氣連接，數據自動採集測量裝置(8)通過計算機測量信號輸入線及裝於機箱背部的接線接插頭座與主控計算機(9)相電氣連接。
2.按權利要求1所述的等離子體離子能量測量分析儀，其特徵在於所述的等離子體離子能量測量分析儀的電路由多路可調直流電壓源(7)、取樣電阻(6)，高精度直流電壓表(4)、數據自動採集測量裝置(8)相互連接構成，其相互連接關係為直流電壓表(4)與數據自動採集測量裝置(8)的輸出線並接，取樣電阻(6)與數據自動採集測量裝置輸出線並接，可調直流電壓源(7)通過連接電纜線(15)及各電極引線(14)與等離子體離子能量分析器(2)中的分析極(12)、排斥極(11)相電氣連接，取樣電阻(6)通過連接電纜線(15)及電極引線(14)與接收極(13)相串聯連接；
3.按權利要求1所述的等離子體離子能量測量分析儀，其特徵在於所述的數據自動採集測量裝置電路由低通濾波器(17)、前置放大器(18)、模數變換器(19)、主控計算機(9)、圖形印表機(20)相互電氣連接構成，其相互連接關係為低通濾波器(17)通過取樣電阻的取樣信號線與取樣電阻(6)相電氣連接，並同時通過低通濾波器信號輸出線與前置放大器(18)相電氣連接，前置放大器(18)通過放大信號輸出線與模數變換器(19)相電氣連接，模數變換器(19)通過模數變換信號輸出線與主控計算機(9)相電氣連接，主控計算機(9)通過計算機輸出信號線與圖形印表機(20)相連接。
專利摘要本實用新型是等離子體離子能量測量分析儀，它由機箱、離子能量分析器、顯示器、電壓表、鍵盤、取樣電阻、直流電源、數據自動採集測量裝置、計算機共同連接構成。其中，離子能量分析器由屏蔽板、排斥極、分析極、接收極及各電極引線連接構成，各極引線與各極直接壓固；其連接關係為離子能量分析器通過電源線與直流電源連接，分析器的接收極與取樣電阻串接，電壓表與取樣電阻並接，或取樣電阻與數據自動採集測量裝置的低通濾波器相接，數據自動採集測量裝置與計算機電氣連接。本分析儀可直接測量等離子體離子能量分布規律，能使等離子體技術應用更廣泛。
文檔編號G01N33/00GK2354140SQ9824058
公開日1999年12月15日 申請日期1998年9月8日 優先權日1998年9月8日
發明者陳俊芳, 吳先球, 王德秋 申請人:華南師範大學