[发明专利]一种自动扫描发射探针装置

说明书

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。

技术领域

本发明属于等离子体科学与技术领域，涉及到一种自动扫描发射探针装置。

背景技术

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。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明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。

本发明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。