一种用于离子能量分析仪的集成控制装置的制作方法

本技术涉及离子能量分析仪的应用领域，具体是一种用于离子能量分析仪的集成控制装置。

背景技术：

1、离子能量分析仪属于等离子体诊断手段中较为经济的诊断方式，由于该诊断能够给出低温等离子体中离子能量分布函数和离子温度，因此，很多等离子体装置都会配备，但由于该诊断设备属于主动干涉诊断，需要对设备中各控制级进行电压控制，然后将采集、收集极电流，最后通过收集极电流与扫描电压进行函数关系处理，得到离子能量分布函数。

2、然而由于各控制电源、数据采集和处理属于独立部分，均通过独立电源进行控制，这种独立的控制方法使得控制装置变得十分庞大，因此亟需设计一种适配于离子能量分析仪的集成控制装置。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种用于离子能量分析仪的集成控制装置，能从整体的角度研究集成控制装置的频率响应、采样、数据处理和噪声干扰，提高了控制装置的集成度及实验数据的精确性。

2、为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于离子能量分析仪的集成控制装置，包括低压供电系统及分别与其输出端连接的嵌入式控制器、第一低压电源模块、第二低压电源模块、第一扫描电路、第二扫描电路和波形高速采集器，所述嵌入式控制器的输入端通过触发器连接有离子能量分析仪电源和朗缪尔探针电源，所述嵌入式控制器的输出端分别通过d/a转换器与所述第一低压电源模块和所述第二低压电源模块连接，所述第一低压电源模块的输出端与离子能量分析仪的电子反射极连接，所述第二低压电源模块的输出端与离子能量分析仪的二次电子反射极连接；

3、所述嵌入式控制器的输出端还通过所述第一扫描电路和所述第二扫描电路分别与离子能量分析仪的扫描极和朗缪尔探针的电压扫描端口连接；

4、所述波形高速采集器的采集端分别与所述第一扫描电路、第二扫描电路和离子能量分析仪的收集极连接，且用于采集离子能量分析仪的电压及电流波形，所述波形高速采集器通过通信模块与上位机连接。

5、进一步的，所述第一扫描电路包括第一三角波发生器和第一末级功率放大器，所述第一三角波发生器的输入端与所述嵌入式控制器的输出端连接，所述第一三角波发生器的输出端与所述第一末级功率放大器的输入端连接，所述第一末级功率放大器的输出端与所述离子能量分析仪的扫描极连接，且之间并联有电阻分压式电路。

6、进一步的，所述电阻分压式电路包括至少两个串联的分压电阻。

7、进一步的，所述第二扫描电路包括第二三角波发生器、第二末级功率放大器和采样电阻，所述第二三角波发生器的输入端与所述嵌入式控制器的输出端连接，所述第二三角波发生器的输出端与所述第二末级功率放大器的输入端连接，所述第二末级功率放大器的输出端与所述采样电阻串联后与所述朗缪尔探针的电压扫描端口连接。

8、进一步的，所述波形高速采集器为英国pico公司的四通道采集器2406b，采集速率为500ms/s，采集长度设置为1000ms，缓冲存储器为32ms；

9、所述波形高速采集器的四通道包括第一波形采样通道、第二波形采样通道、第三波形采样通道和第四波形采样通道，所述第一波形采样通道的采集端设置在所述第二三角波发生器和所述第二末级功率放大器之间；所述第二波形采样通道的采集端与所述第二末级功率放大器的输出端连接，且之间设有第一电流放大器和线性隔离器，所述第一电流放大器的输入端接地；所述第三波形采样通道的采集端设置在相邻两个所述分压电阻之间；所述第四波形采样通道的采集端与所述离子能量分析仪的收集极连接，且之间设有第二电流放大器。

10、进一步的，所述第一电流放大器和所述第二电流放大器均为ca3140高输入阻抗运算放大器。

11、进一步的，所述第一三角波发生器、所述第一末级功率放大器、所述第二三角波发生器、所述第二末级功率放大器、所述第一电流放大器和所述第二电流放大器分别并联设置在所述低压供电系统的输出电路上。

12、本实用新型的有益效果是：

13、1.本实用新型能够实现统一供电集成，更高效的完成离子能量分析仪数据的采集，从整体的角度研究集成控制装置的频率响应、采样、数据处理和噪声干扰，提高了实验数据的精确性；

14、2.本实用新型的数据收集通过先放大后隔离的方式，既能有效提取电流信号，又能减弱噪声，大大提高了实验攫取数据的真实性；

15、3.本实用新型通过嵌入式控制器的输入端通过触发器连接有离子能量分析仪电源和朗缪尔探针电源的设计，提高了内部集成度及统一触发，免去了单独电源都需要被触发的繁琐方式，提高了等离子体诊断过程中的时效性；

16、且仅利用1套嵌入式控制器就能控制各电源的输出，通过1台波形高速采集器来采样4路电压和电流波形，提高了集成控制装置的实用性。

技术特征：

1.一种用于离子能量分析仪的集成控制装置，其特征在于，包括低压供电系统(1)及分别与其输出端连接的嵌入式控制器(2)、第一低压电源模块(3)、第二低压电源模块(4)、第一扫描电路(5)、第二扫描电路(6)和波形高速采集器(7)，所述嵌入式控制器(2)的输入端通过触发器连接有离子能量分析仪电源和朗缪尔探针电源，所述嵌入式控制器(2)的输出端分别通过d/a转换器与所述第一低压电源模块(3)和所述第二低压电源模块(4)连接，所述第一低压电源模块(3)的输出端与离子能量分析仪的电子反射极grid 2连接，所述第二低压电源模块(4)的输出端与离子能量分析仪的二次电子反射极grid 4连接；

2.根据权利要求1所述的一种用于离子能量分析仪的集成控制装置，其特征在于，所述第一扫描电路(5)包括第一三角波发生器(51)和第一末级功率放大器(52)，所述第一三角波发生器(51)的输入端与所述嵌入式控制器(2)的输出端连接，所述第一三角波发生器(51)的输出端与所述第一末级功率放大器(52)的输入端连接，所述第一末级功率放大器(52)的输出端与所述离子能量分析仪的扫描极grid 3连接，且之间并联有电阻分压式电路。

3.根据权利要求2所述的一种用于离子能量分析仪的集成控制装置，其特征在于，所述电阻分压式电路包括至少两个串联的分压电阻(53)。

4.根据权利要求2所述的一种用于离子能量分析仪的集成控制装置，其特征在于，所述第二扫描电路(6)包括第二三角波发生器(61)、第二末级功率放大器(62)和采样电阻(63)，所述第二三角波发生器(61)的输入端与所述嵌入式控制器(2)的输出端连接，所述第二三角波发生器(61)的输出端与所述第二末级功率放大器(62)的输入端连接，所述第二末级功率放大器(62)的输出端与所述采样电阻(63)串联后与所述朗缪尔探针的电压扫描端口连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于离子能量分析仪的集成控制装置，其特征在于，所述波形高速采集器(7)为英国pico公司的四通道采集器2406b，采集速率为500ms/s，采集长度设置为1000ms，缓冲存储器为32ms；

6.根据权利要求1所述的一种用于离子能量分析仪的集成控制装置，其特征在于，所述第一电流放大器(721)和所述第二电流放大器(731)均为ca3140高输入阻抗运算放大器。

7.根据权利要求5所述的一种用于离子能量分析仪的集成控制装置，其特征在于，所述第一三角波发生器(51)、所述第一末级功率放大器(52)、所述第二三角波发生器(61)、所述第二末级功率放大器(62)、所述第一电流放大器(721)和所述第二电流放大器(741)分别并联设置在所述低压供电系统(1)的输出电路上。

技术总结本技术涉及离子能量分析仪的应用领域，具体是一种用于离子能量分析仪的集成控制装置，包括低压供电系统及分别与其输出端连接的嵌入式控制器、第一低压电源模块、第二低压电源模块、第一扫描电路、第二扫描电路和波形高速采集器，嵌入式控制器的输入端通过触发器连接有离子能量分析仪电源和朗缪尔探针电源，嵌入式控制器的输出端分别与第一低压电源模块、第二低压电源模块、离子能量分析仪的扫描极和朗缪尔探针的电压扫描端口连接。本技术能够实现统一供电集成，从整体的角度研究集成控制装置的频率响应、采样、数据处理和噪声干扰，提高了控制装置的集成度及实验数据的精确性。技术研发人员：孙志泉受保护的技术使用者：南通芯达兆波科技有限公司技术研发日：20231122技术公布日：2024/7/15