[发明专利]伸缩式冷热探针组件、等离子体诊断系统及诊断方法

权利要求书

1.一种伸缩式冷热探针组件，其特征在于，包括：共轴安装的冷探针组件和热探针组件；所述冷探针组件包括绝缘套管和设置在绝缘套管末端的球形探针；所述球形探针上设有设定大小的狭缝；所述球形探针的球壳内侧设有金属挡板，所述金属挡板能够在控制器的控制下沿着球壳内侧移动，以遮挡或打开所述狭缝；所述球形探针的球壳直径大于冷探针绝缘套管的直径；

所述热探针组件设置于所述绝缘套管内部，所述热探针组件包括热探针灯丝，所述热探针灯丝通过绝缘支架与伸缩件连接，所述伸缩件能够使得热探针灯丝自所述狭缝伸出绝缘套管或收回绝缘套管内部；所述热探针组件缩入冷探针绝缘套管内部时，热探针灯丝处于冷探针球壳附近，同时保持与冷探针的绝缘状态；所述热探针组件伸出冷探针球壳外部时，热探针灯丝位于冷探针球壳附近，同时避免热探针灯丝陷入冷探针球壳附近的鞘层中；

所述伸缩式冷热探针组件通过金属导线分别与热探针加热电路和探针扫描偏置电压电路连接；所述热探针加热电路利用外部电源对热探针灯丝施加加热电流；所述探针扫描偏置电压电路分别在冷探针球壳与等离子体接地电极之间，以及和热探针灯丝与等离子体接地电极之间施加扫描偏置电压，以获得冷探针球壳和热探针灯丝随扫描偏置电压变化的电流信号，分别得到冷探针和热探针的I-V特性曲线。

2.如权利要求1所述的一种伸缩式冷热探针组件，其特征在于，所述热探针灯丝两端与绝缘支架连接处进行高温导电胶的封装处理。

3.如权利要求1所述的一种伸缩式冷热探针组件，其特征在于，所述球形探针内侧连接冷探针金属导线，所述冷探针金属导线从绝缘套管中穿过与外部电路连接。

4.如权利要求1所述的一种伸缩式冷热探针组件，其特征在于，所述热探针灯丝两端分别固定在两根金属导线上，金属导线从绝缘支架中穿过与外部电路连接。

5.一种等离子体诊断系统，其特征在于，包括：权利要求1-4任一项所述的伸缩式冷热探针组件，所述伸缩式冷热探针组件通过金属导线分别与热探针加热电路和探针扫描偏置电压电路连接；所述热探针加热电路利用外部电源对热探针灯丝施加加热电流；所述探针扫描偏置电压电路分别在冷探针球壳与等离子体接地电极之间，以及和热探针灯丝与等离子体接地电极之间施加扫描偏置电压，以获得冷探针球壳和热探针灯丝随扫描偏置电压变化的电流信号，分别得到冷探针和热探针的I-V特性曲线。

6.基于权利要求5所述的一种等离子体诊断诊断系统的方法，其特征在于，包括：

将热探针伸出半球形冷探针外部，对热探针施加加热电流，同时在热探针灯丝和等离子体接地电极之间加上扫描偏置电压，获得热探针的I-V特性曲线；

改变热探针的加热电流，获得不同加热状态时的热探针的I-V特性曲线；基于每条I-V特性曲线的拐点电势和电子发射电流，得到等离子体的空间电位；

将热探针缩入冷探针绝缘套管内部，同时遮挡狭缝，对热探针施加设定的加热电流对冷探针球壳进行加热烘烤；对冷探针和等离子体接地电极之间加上扫描偏置电压，获得冷探针的I-V特性曲线；

以等离子体的空间电位作为冷探针的I-V特性曲线的基准点，分别计算得到等离子体电子温度、等离子体电子密度和电子能量分布函数。

7.如权利要求6所述的一种等离子体诊断诊断方法，其特征在于，从冷探针的I-V特性曲线上读出等离子体空间电位对应的电流，得到冷探针的饱和电子收集电流；

对冷探针I-V特性曲线过渡区的电流信号求对数，计算得到等离子体电子温度；基于所述等离子体电子温度计算得到等离子体电子密度；

对冷探针I-V特性曲线过渡区的电流信号求二次微分，计算得到电子能量分布函数。