[发明专利]一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置及测量方法

说明书

本发明公开一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置及测量方法，包括主控装置、空心腔体结构、射频收发装置、电气控制装置以及真空控制装置，主控装置分别与真空控制装置以及电气控制装置连接，真空控制装置、射频收发装置、电气控制装置分别与空心腔体结构连接；真空控制装置与电气控制装置接收主控装置的控制信号，改变空心腔体内部状态，通过射频收发装置检测不同离子密度状态下等离子体信号功率，计算出相对介电常数，分析不同离子密度对入射信号相位的影响；本发明精确控制等离子体密度，在等离子体诊断中，将离子密度对等离子体介电常数纳入考虑，解决了无法测量离子密度对等离子体介电常数的影响的问题。

技术领域

本发明涉及物质对介电常数影响因素检测技术领域，具体涉及一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置及测量方法。

背景技术

等离子体(plasma)又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，其运动主要受电磁力支配，并表现出显著的集体行为。在低频电磁场中，等离子体表现为导体；当外加电磁场的频率足够高时，等离子体的行为更像电介质。

介电常数是表征电介质的最基本的参量。是衡量电介质在电场下的极化行为或储存电荷能力的参数。相对介电常数是表征介质材料的介电性质或极化性质的物理参数，其值等于以预测材料为介质与以真空为介质制成的同尺寸电容器电容量之比，该值也是材料贮电能力的表征。

对于大部分等离子源，是通过外加电场的方式使电子和中性气体发生碰撞来产生等离子体，这个过程中，离子密度无法得到精确控制。因此在等离子体诊断过程中，无法忽视离子密度对等离子体介电常数的影响，更加无法测量离子密度对等离子体介电常数的影响。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置及测量方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置，包括主控装置、空心腔体结构、射频收发装置、电气控制装置以及真空控制装置；

所述主控装置分别与所述真空控制装置以及电气控制装置连接，用于控制所述真空控制装置以及所述电气控制装置的工作状态；

所述真空控制装置与所述空心腔体结构连接，用于接收所述主控装置的控制信号将所述空心腔体结构内部环境改变为真空状态；

所述电气控制装置与所述空心腔体结构连接，用于接收所述主控装置的控制信号将所述空心腔体结构内部环境改变为等离子体状态；

所述射频收发装置与所述空心腔体结构连接，用于向所述空心腔体结构内部输入不同频率信号，接收所述空心腔体结构的输出信号，并通过输出信号的功率计算相对介电常数。

该方案的有益效果为：

提供了一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置，通过真空控制信号与电气控制装置接收主控装置控制信号，改变空心腔体内部环境状态，为射频收发装置检测不同离子密度状态下等离子体信号功率提供环境支持，可通过该测量装置不同离子密度状态下等离子体频率和等离子体中电子与中性粒子的碰撞频，计算出相对介电常数，且通过电子源和离子源产生的电子和离子来模拟出等离子体状态，可精确控制等离子体密度。

进一步地，所述空心腔体结构包括空心腔体、电子源接口、离子源接口、电子源注气孔、离子源注气孔、真空控制装置接口、发射天线入射口以及接收天线接收口；

所述电子源接口、所述离子源子接口均设置于所述空心腔体的一侧壁；所述电子源注气孔、所述离子源注气孔分别设置于所述电子源接口、所述离子源接口中；所述真空控制装置接口设置于所述空心腔体的另一侧壁；所述发射天线入射口设置于所述空心腔体顶部；所述接收天线接收口设置于所述空心腔体底部。