[发明专利]一种高集成度朗缪尔探针诊断系统及方法

权利要求书

1.一种高集成度朗缪尔探针诊断系统，其特征在于，包括朗缪尔探针(1)、触发器(2)、扫描电源(3)、数据采集单元(4)和数据处理单元(5)；

所述朗缪尔探针(1)的输入端连接离子体发生器，所述朗缪尔探针(1)的输出端连接至所述数据采集单元(4)的第一输入端，所述触发器(2)的输入端连接离子体发生器，所述扫描电源(3)的输入端连接至所述触发器(2)的输出端，所述扫描电源(3)的第一输出端与所述数据采集单元(4)的第二输入端连接，所述扫描电源(3)的第二输出端与所述数据采集单元(4)的第三输入端连接，所述数据采集单元(4)的输出端连接所述数据处理单元(5)；

所述扫描电源(3)包括：依次连接的单片机控制器，D/A转换器，前置放大器和功率放大器；所述单片机控制器的输入端作为所述扫描电源(3)的输入端，所述单片机控制器的第二输出端作为所述扫描电源(3)的第二输出端，所述单片机控制器的第一输出端连接所述D/A转换器，所述功率放大器的输出端作为所述扫描电源(3)的第一输出端。

2.如权利要求1所述的高集成度朗缪尔探针诊断系统，其特征在于，所述数据采集单元(4)包括：依次连接的信号取样电路，信号调理电路，A/D转换器和FPGA控制器；所述信号取样电路的第一输入端作为所述数据采集单元(4)的第一输入端，所述信号取样电路的第二输入端作为所述数据采集单元(4)的第二输入端，所述FPGA控制器的输入端作为所述数据采集单元(4)的第三输入端，所述FPGA控制器的输出端作为所述数据采集单元(4)的输出端。

3.如权利要求2所述的高集成度朗缪尔探针诊断系统，其特征在于，所述信号取样电路包括：电流取样电阻Rs，电压取样电阻Rb，电位器Ra，隔离差分放大器U1和普通仪表放大器U2；

所述电流取样电阻Rs一端作为所述信号取样电路的第一输入端，所述电流取样电阻Rs另一端作为所述信号取样电路的第二输入端；

所述电位器Ra和所述电压取样电阻Rb依次串联在所述电流取样电阻Rs一端与地之间；

所述隔离差分放大器U1的两个输入端分别连接在所述电流取样电阻Rs的两端，所述隔离差分放大器U1的输出端连接至所述信号调理电路的第一输入端；

所述普通仪表放大器U2的两个输入端分别连接在所述电压取样电阻Rb的两端，所述普通仪表放大器U2的输出端连接至所述信号调理电路的第二输入端。

4.如权利要求1-3任一项所述的高集成度朗缪尔探针诊断系统，其特征在于，工作时，所述触发器(2)传输脉冲触发信号给所述扫描电源(3)，触发其产生指定幅值、指定周期和重复次数的锯齿波电压，驱动所述朗缪尔探针(1)；同时所述数据采集单元(4)对所述朗缪尔探针(1)的电压、电流数据进行快速多次同步采集和存储；数据采集结束后将结果一次性发送至所述数据处理单元(5)，通过所述数据处理单元的计算机程序对其进行自动处理和分析，并将采集的伏安特性曲线和等离子体参数显示在计算机界面上。

5.一种基于权利要求1所述的高集成度朗缪尔探针诊断系统的诊断方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1：触发扫描电源输出周期性锯齿波扫描电压；

S2：同步采集探针电压、电流数据并将其发送至数据处理单元；

S3：数据处理单元对采集的数据进行处理后得到I-V曲线；

S4：根据所述I-V曲线计算等离子体参数，并显示处理曲线和结果。

6.如权利要求5所述的诊断方法，其特征在于，步骤S3具体为：

S301：对采集的数据进行处理，获得探针电压测量值和电流测量值；

S302：根据所述探针电压测量值和电流测量值获得I-V曲线；

S303：对所述I-V曲线进行修正；

S304：对修正后I-V曲线进行均匀三次样条插值，并通过Salvitzky-Golay滤波方法对插值后的I-V曲线进行数字平滑处理。

7.如权利要求6所述的诊断方法，其特征在于，在步骤S303中，采用公式I＝Imeas-Vmeas/(Ra+Rb)和V＝Vmeas-I×Rres对所述I-V曲线进行修正；其中，I_meas和V_meas是修正前I-V曲线的电流值和电压值，I和V是修正后的I-V曲线的电流电压值，R_res是电流采样电阻Rs和探针末端之间的杂散电阻。