射頻放電等離子體的探針診斷研究.pdf

1、等離子體是物質(zhì)存在的四種物質(zhì)形態(tài)之一，在可見(jiàn)宇宙中，超過(guò)99.9％的物質(zhì)以等離子體形態(tài)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(duì)于低溫等離子體，其電離程度較低，離子溫度通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電子溫度，電子有很高的能量使反應(yīng)物激發(fā)和電離，而反應(yīng)體系又能保持較低的溫度，因而低溫等離子體在各種領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)室中，低溫等離子體通常采用氣體放電的方法產(chǎn)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(duì)的是射頻電感耦合等離子體。
　　對(duì)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(fā)射光譜法等。其中，探針診斷法相比其它方法，具有精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍大等優(yōu)點(diǎn)。探針診斷主要通過(guò)測(cè)量探針的V-I曲線獲取等離子體的參數(shù)。但是，在射頻放電環(huán)境下，探針容易受到射頻干擾的影響，

3、以至測(cè)量結(jié)果不可靠甚至無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。
　　目前國(guó)內(nèi)對(duì)射頻等離子體的探針診斷研究較少，射頻環(huán)境下的探針診斷系統(tǒng)主要由國(guó)外幾家公司壟斷。這些公司生產(chǎn)的射頻等離子體探針診斷設(shè)備診斷范圍大、精度高，但是價(jià)格昂貴，一般實(shí)驗(yàn)室很難承受。本論文針對(duì)的項(xiàng)目是飛行環(huán)境下的射頻等離子體診斷，并擬采用自主設(shè)計(jì)的探針診斷電子學(xué)系統(tǒng)。為了解決探針診斷中的射頻干擾問(wèn)題，采用了調(diào)諧單探針技術(shù)，通過(guò)窄帶濾波器大大減小射頻干擾。同時(shí)采用了屏蔽、隔離、接地等一系列電

4、子技術(shù)手段，進(jìn)一步減小射頻干擾。整個(gè)探針診斷電子學(xué)系統(tǒng)包括諧振濾波板、光電隔離板、信號(hào)采集板以及上位機(jī)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(duì)掃描信號(hào)、探針電壓和探針電流信號(hào)進(jìn)行光電隔離，同時(shí)對(duì)信號(hào)采集板輸入的掃描信號(hào)進(jìn)行電壓功率放大。信號(hào)采集板基于FPGA，使用直接數(shù)字合成方法產(chǎn)生各種掃描信號(hào)，同時(shí)使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣探針電壓電流，數(shù)據(jù)經(jīng)FPGA預(yù)處理后送至上位機(jī)。同時(shí)，出于便攜性的考慮，信號(hào)采集板還包括液晶顯

5、示模塊、開(kāi)關(guān)陣列以及以太網(wǎng)接口，通過(guò)微控制器進(jìn)行控制。本論文針對(duì)射頻放電等離子體的探針診斷，設(shè)計(jì)研制了探針診斷的電子學(xué)系統(tǒng)，對(duì)不同掃描信號(hào)下射頻放電等離子體探針診斷進(jìn)行了初步探索，做出了以下創(chuàng)新工作:
　　1分析了射頻放電等離子體的噪聲特性及其對(duì)電子學(xué)系統(tǒng)的影響，提出了抑制射頻噪聲的若干方法。
　　2使用直接數(shù)字合成方法產(chǎn)生頻率、幅度、相位可調(diào)的正弦波和三角波信號(hào)，經(jīng)電壓放大和電流放大后作為探針的掃描信號(hào)，并探討不同的掃描信