阅读说明：本技术 一种射频补偿发射探针 (A kind of RF compensation emitting probe ) 是由 张尊 汤海滨 曹晋滨 于 2019-07-19 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种射频补偿发射探针,其特征在于,包括发射探针头部、第一扼流电感线圈、第二扼流电感线圈、27.12MHz射频滤波器、13.56MHz射频滤波器、转换电阻、电压表、第一电流表、扫描电源、滤波电容器、数据采集器、第二电流表、第一保护电阻、直流加热电源、第二保护电阻、50欧同轴电缆,通过本发明的技术方案,对空间电位测量信号中的高频噪声能够有效滤除,不仅可以用于常规稳态等离子体空间电位的测量,更加适合用于射频等离子体空间电位的诊断测量。(This application discloses a kind of RF compensation emitting probes, it is characterized in that, including emitting probe head, first choke inductor, second choke inductor, 27.12MHz radio-frequency filter, 13.56MHz radio-frequency filter, transfer resistance, voltmeter, first ammeter, scanning power supply, filter condenser, data collector, second ammeter, first protective resistance, DC heating power supply, second protective resistance, 50 Europe coaxial cables, according to the technical solution of the present invention, high-frequency noise in space potential measuring signal can be effectively filtered out, it can be not only used for the measurement of conventional stationarity Plasma space potential, the diagnostic measurement being more suitable for radio frequency plasma space potential.)

一种射频补偿发射探针

技术领域

本发明属于等离子体科学与技术领域，尤其涉及一种等离子体空间电位的测量诊断装置，特别涉及一种能够用于射频等离子体空间电位测量的发射探针。

背景技术

稳态等离子体中的空间电位是一个稳定的值，发射探针用于测量等离子体的空间电位，能够获得较为可信的测试结果。但是，射频(Radio Frequency)等离子体不同于稳态等离子体，它是由射频电源驱动的，具有高频(MHz)或超高频(GHz)的周期性，其等离子体空间电位也具有同步的振荡周期。所以，普通的发射探针只能适用于稳态等离子体中，对于射频等离子体空间电位的诊断会造成较大的误差，甚至失真。

苏州大学的张桂炉等人提出了一种发射探针，包括陶瓷管、一根第一钨丝、第二钨丝组、第三钨丝组和直流电源。大连理工常州研究院有限公司的陆文琪等人提出了一种自动扫描发射探针装置，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。但是，上述发射探针并不具备高频滤波器、扼流线圈、滤波电容等部件，只能用于稳态等离子体空间电位的诊断，无法降低高频噪声的干扰，对射频等离子体空间电位的振荡无能为力。

发明内容

本发明的目的是为了解决射频等离子体空间电位的有效测量，提供了一种射频补偿发射探针，本发明的具体技术方案如下：

一种射频补偿发射探针，其特征在于，包括发射探针头部、第一扼流电感线圈、第二扼流电感线圈、27.12MHz射频滤波器、13.56MHz射频滤波器、转换电阻、电压表、第一电流表、扫描电源、滤波电容器、数据采集器、第二电流表、第一保护电阻、直流加热电源、第二保护电阻、50欧同轴电缆，其中，所述直流加热电源的正极连接所述第二保护电阻的一端，所述第二保护电阻的另一端连接所述第一扼流电感线圈的第一端，所述发射探针头部分别连接所述第一扼流电感线圈的第二端和所述第二扼流电感线圈的第一端，所述第二扼流电感线圈的第二端连接所述第一保护电阻的一端，所述第二电流表连接所述第一保护电阻的另一端和所述直流加热电源的负极，以上连接均采用所述50欧同轴电缆；所述扫描电源的正极依次串联所述第一电流表、所述转换电阻、所述13.56MHz射频滤波器、所述27.12MHz射频滤波器后接入所述第二扼流电感线圈的第二端，所述扫描电源的负极依次串联所述滤波电容器和大地；所述电压表的一端连接至所述转换电阻与所述13.56MHz射频滤波器之间，另一端接入大地；所述第一电流表、所述第二电流表和所述电压表的记录数据通道都与所述数据采集器连接。

优选地，所述13.56MHz射频滤波器和所述27.12MHz射频滤波器中分别设计有可调电容。

本发明的有益效果在于：

1.在发射探针头部两端添加了两个对称的扼流电感线圈，能够对射频等离子体空间电位的高频振荡产生补偿和阻隔，使射频等离子体空间电位中的稳态分量通过，不仅适用于稳态等离子体空间电位的测量，而且对射频等离子体空间电位能够进行准确测量。

2.在探针电压测量回路中添加了13.56MHz和27.12MHz的高频滤波器，能够对该频率的高频噪声进行有效滤除，大大提高了射频等离子体空间电位的测量精度。

3.在探针电压测量回路中添加了滤波电容器，能够滤除探针电压信号中的交流噪声成分，使输出的直流更平滑，使等离子体空间电位的测量更加准确可信。

4.综合使用了扼流线圈、高频滤波器和滤波电容器的组合设计，对空间电位测量信号中的高频噪声能够有效滤除，不仅可以用于常规稳态等离子体空间电位的测量，更加适合用于射频等离子体空间电位的诊断测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明公开的一种射频补偿发射探针的电路连接示意图；

图2是本发明一个实施例的不同加热电流条件下的电流-电压曲线图。

附图标号说明：

1-发射探针头部，2-第一扼流电感线圈，3-第二扼流电感线圈，4-27.12MHz射频滤波器，5-13.56MHz射频滤波器，6-转换电阻，7-电压表，8-第一电流表，9-扫描电源，10-滤波电容器，11-数据采集器，12-第二电流表，13-第一保护电阻，14-直流加热电源，15-第二保护电阻，16-50欧同轴电缆。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明的一种射频补偿发射探针，包括发射探针头部1、第一扼流电感线圈2、第二扼流电感线圈3、27.12MHz射频滤波器4、13.56MHz射频滤波器5、转换电阻6、电压表7、第一电流表8、扫描电源9、滤波电容器10、数据采集器11、第二电流表12、第一保护电阻13、直流加热电源14、第二保护电阻15、50欧同轴电缆16，其中，直流加热电源14的正极连接第二保护电阻15的一端，第二保护电阻15的另一端连接第一扼流电感线圈2的第一端，发射探针头部1分别连接第一扼流电感线圈2的第二端和第二扼流电感线圈3的第一端，第二扼流电感线圈3的第二端连接第一保护电阻13的一端，第二电流表12连接第一保护电阻13的另一端和直流加热电源14的负极，以上连接均采用所述50欧同轴电缆16；扫描电源9的正极依次串联第一电流表8、转换电阻6、13.56MHz射频滤波器5、27.12MHz射频滤波器44后接入第二扼流电感线圈3的第二端，扫描电源9的负极依次串联滤波电容器10和大地；电压表7的一端电连接至所述转换电阻6与所述13.56MHz射频滤波器5之间，另一端接入大地；第一电流表8、第二电流表12和电压表7的记录数据通道都与数据采集器11连接。

扼流电感线圈能够通低频、阻高频，使射频等离子体空间电位中的稳态分量通过，而对其高频分量产生阻隔作用。本发明中使用对称的第一扼流电感线圈和第二扼流电感线圈，能够对称补偿高频噪声分量，同时可以通过低频的稳定电位信号，阻挡高频电位的振荡信号。

高频滤波器是由特定值的电容器、可调电容器、电感器组合而成，本发明中的13.56MHz射频滤波器和27.12MHz射频滤波器这两个特定值高频滤波器能够分别将13.56MHz和27.12MHz的高频分量进行滤波，可有效降低测试回路中高频噪声。

滤波电容器是用来滤除交流噪声成分，使输出的直流信号更平滑。

第一扼流电感线圈和第二扼流电感线圈、13.56MHz射频滤波器和27.12MHz射频滤波器以及滤波电容器的综合使用，能够有效降低电路中的高频噪声，使直流分量更加平滑，适合用于射频等离子体的空间电位诊断测试中。

在一些实施方式中，13.56MHz射频滤波器5和27.12MHz射频滤波器4中分别设计有可调电容，对一定范围的噪声信号具有调节降噪的功能。

本发明的一种射频补偿发射探针的工作过程为：首先，打开直流加热电源14，从小到大调节加热电流，加热电流通过第二保护电阻15和第一扼流电感线圈2输出到发射探针头部1，将其加热并发射热电子，当发射探针头部具有明显的发射电子的亮光时，记录第二电流表12测量的加热电流值I_heat，将其存储于数据采集器中。

打开扫描电源9，调节电源输出电压的频率和幅值产生一个幅值可调、频率在1Hz至10Hz之间可调的锯齿波电压信号，例如频率为1Hz，峰峰值为±100V，锯齿波信号通过第一电流表8、转换电阻6、13.56MHz射频滤波器5、27.12MHz射频滤波器4和第二扼流电感线圈3到达发射探针头部1，控制发射探针头部1的电压扫描。发射探针头部1在扫描电压的作用下，产生不同的探针电流，探针电流通过第二扼流电感线圈3的镇流作用之后，依次传递到27.12MHz射频滤波器4和13.56MHz射频滤波器5，这两个滤波器将对探针电流中的27.12MHz和13.56MHz的高频噪声进行滤波，滤波后的探针电流通过转换电阻6被第一电流表8采集，第一电流表8采集到的探针电流和对应的由电压表7测量获得的探针电压，同时输入到数据采集器11中。以采集到的探针电压为横坐标，采集到的探针电流为纵坐标，形成典型的电流-电压曲线，从曲线的拐点处就可以获得等离子体的空间电位值V_p，如图2所示，三条曲线对应的是不同的加热电流I_heat，由第二电流表12采集获得；横坐标是由电压表7采集到的探针电压，纵坐标是由第一电流表8采集到的探针电流。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。