[发明专利]高精度离子能量分析仪

说明书

本发明公开了一种高精度离子能量分析仪，包括：传感器探头、机箱与上位机；其中：所述传感器探头设有微弱电流检测电路，用于在机箱中系统控制单元的控制下进行电流检测，并将检测到的微弱电流信号转换为标准电流信号；机箱中设有系统控制单元、数据采集单元与扫描电压和偏压单元；所述系统控制单元受控于上位机；所述扫描电压和偏压单元在系统控制单元的控制下对传感器探头的扫描测量模式及相关参数进行设置，所述数据采集单元在系统控制单元的控制下进行工作状态参数的设定，以及接收微弱电流检测电路输出的标准电流信号并进行处理，再将处理后的数字信号经系统控制单元传输至上位机。该离子能量分析仪可以提高等离子体测量结果的精确度。

技术领域

本发明涉及等离子体测量领域，尤其涉及一种高精度离子能量分析仪。

背景技术

离子能量分析仪是一种用于等离子体环境中离子能量分布测量的专业仪器,在空间等离子体模拟系统、等离子体材料处理、低地球轨道空间等离子体环境等场合有着越来越广泛的应用。

目前离子能量分析仪是由多层栅网和离子收集极组成，对于不同的应用场景，栅网层数、尺寸、间距等略有不同。一般，将多层栅网(包括1层悬浮栅网、2层阻滞栅网、1层电子抑制栅网)和离子收集极所构成的探头置于等离子体环境内。悬浮栅网接仪器地，防止内部栅网的扫描电压和偏压影响等离子体的状态。阻滞栅网上施加扫描电压，只有高于该层栅网电压能量的离子才能通过。离子收集极用于收集通过阻滞网的离子。根据检测不同扫描电压下的离子收集电流，得到I-V特性曲线，再对其求一阶微分，可得到离子能量分布。

早在20世纪60年代，美国等国家就已经开始进行星载离子能量分析仪的在轨试验。在随后的几十年里，离子能量分析仪也在不断的改进，正逐步满足等离子体基本测量需求。但是由于有限的微弱电流检测能力、外部噪声干扰、传感器探头带来的测量误差、测量信号长线传输等众多因素影响，使得现有技术的离子能量分析仪在针对低密度等离子体测量时，无法取得高精度结果。

中国专利申请号CN201280023721.3公布的一种离子能量分析仪，《离子能量分析仪、在该离子能量分析仪中发电信号的方法及制造和操作该离子能量分析仪的方法》。采用多栅网结构传感器，主要是涉及测量等离子体材料处理系统内的离子能量分布。在材料处理等方面的应用中，等离子体密度较大，离子能量较高，因此测量的离子能量信号强。但是该离子能量分析仪在低密度等离子体领域，当信号十分微弱，约为pA量级时，这种测量方法无法获取所需要的测量结果。同时，上述离子能量分析仪将微弱信号由多栅网传感器端经由长信号线传输到数据采集单元，这种方法在实际使用中必然会引入传输噪声，给低密度等离子体测量带来很大干扰。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度离子能量分析仪，可以提高等离子体测量结果的精确度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高精度离子能量分析仪，包括：传感器探头、机箱与上位机；其中：

所述传感器探头设有微弱电流检测电路，用于在机箱中系统控制单元的控制下进行电流检测，并将检测到的微弱电流信号转换为标准电流信号；

机箱中设有系统控制单元、数据采集单元与扫描电压和偏压单元；所述系统控制单元受控于上位机；所述扫描电压和偏压单元在系统控制单元的控制下对传感器探头的扫描测量模式及相关参数进行设置，所述数据采集单元在系统控制单元的控制下进行工作状态参数的设定，以及接收微弱电流检测电路输出的标准电流信号并进行处理，再将处理后的数字信号经系统控制单元传输至上位机。

所述传感器探头包括：套筒、挡板、多栅网结构以及底板；

所述多栅网结构设置在套筒中，套筒与多栅网结构的前端用于挡板隔离，套筒的底部通过底板密封；