射頻放電等離子體的探針診斷研究.pdf

1、等離子體是物質存在的四種物質形態之一，在可見宇宙中，超過99.9％的物質以等離子體形態存在的。按照等離子體的電離程度的大小，等離子體一般可以分為低溫等離子體和高溫等離子體兩種。對于低溫等離子體，其電離程度較低，離子溫度通常遠遠小于電子溫度，電子有很高的能量使反應物激發和電離，而反應體系又能保持較低的溫度，因而低溫等離子體在各種領域得到廣泛的應用。在實驗室中，低溫等離子體通常采用氣體放電的方法產生。按照放電電源的工作頻率不同，低溫等離子體

2、可以分為直流放電、交流放電、射頻放電和微波放電等離子體。其中，射頻放電等離子體包括射頻電容耦合等離子體、射頻電感耦合等離子體以及螺旋波等離子體等。本論文針對的是射頻電感耦合等離子體。
　　對射頻放電等離子體的診斷包括探針診斷法、微波診斷法以及發射光譜法等。其中，探針診斷法相比其它方法，具有精度高、結構簡單、測量范圍大等優點。探針診斷主要通過測量探針的V-I曲線獲取等離子體的參數。但是，在射頻放電環境下，探針容易受到射頻干擾的影響，

3、以至測量結果不可靠甚至無法進行測量。
　　目前國內對射頻等離子體的探針診斷研究較少，射頻環境下的探針診斷系統主要由國外幾家公司壟斷。這些公司生產的射頻等離子體探針診斷設備診斷范圍大、精度高，但是價格昂貴，一般實驗室很難承受。本論文針對的項目是飛行環境下的射頻等離子體診斷，并擬采用自主設計的探針診斷電子學系統。為了解決探針診斷中的射頻干擾問題，采用了調諧單探針技術，通過窄帶濾波器大大減小射頻干擾。同時采用了屏蔽、隔離、接地等一系列電

4、子技術手段，進一步減小射頻干擾。整個探針診斷電子學系統包括諧振濾波板、光電隔離板、信號采集板以及上位機軟件。諧振濾波板包含窄帶陷波濾波器，使用鋁金屬盒屏蔽。光電隔離板對掃描信號、探針電壓和探針電流信號進行光電隔離，同時對信號采集板輸入的掃描信號進行電壓功率放大。信號采集板基于FPGA，使用直接數字合成方法產生各種掃描信號，同時使用模數轉換器采樣探針電壓電流，數據經FPGA預處理后送至上位機。同時，出于便攜性的考慮，信號采集板還包括液晶顯

5、示模塊、開關陣列以及以太網接口，通過微控制器進行控制。本論文針對射頻放電等離子體的探針診斷，設計研制了探針診斷的電子學系統，對不同掃描信號下射頻放電等離子體探針診斷進行了初步探索，做出了以下創新工作:
　　1分析了射頻放電等離子體的噪聲特性及其對電子學系統的影響，提出了抑制射頻噪聲的若干方法。
　　2使用直接數字合成方法產生頻率、幅度、相位可調的正弦波和三角波信號，經電壓放大和電流放大后作為探針的掃描信號，并探討不同的掃描信