正负方波调幅电源及静电探针数据采集分析系统研究

摘要

等离子体是物质存在的一种基本形态，被视为是除了固体、液体和气体之外，广泛存在于宇宙和人类的生活中的第四种物质形态，其在能源、化学、材料科学、空间物理、环境科学等领域得到广泛的应用。在种种研究等离子体性能的实验手段之中，静电探针诊断技术的作用尤为重要。例如通过对材料加工过程中的等离子体进行探针诊断，可以通过得到的数据和图形，分析并获得等离子体变量和宏观参数之间的关联，从而对材料加工过程中等离子体中如何进行物理、化学反应，以及等离子体与材料如何相互作用有更深的理解，在此基础之上进一步建立材料结构、性能的整体框架，获得材料性能改变的微观机制，从而控制等离子体的加工过程。
　　作为等离子体参数诊断的必备工具之一，虽然朗缪尔探针测量理论在1924年已经被提出，并在日后的发展中不断进步，但是实际测量的误差一直比较粗燥，致使探针测量数据只具有数量级参考意义。
　　针对现有诊断仪器存在的不足，本文设计了一款基于USB总线的高性能、高精度、等离子体电压-电流于一体的正负方波调幅电源及静电探针数据采集分析系统，采用差分16位高精度模拟信号采集(最高稳定采样速率为500KSPS)，并且内部DA与AD的时钟同步，即在AD采集时钟的上升沿或者下降沿同步实现DA输出，并且使用LabVIEW软件在上位机上对整个过程实现精确的同步控制及测量。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 等离子体概述

1．2 等离子体的基本特性

1．3 等离子体参量

1．4 等离子体的分类

1．5 等离子体的应用

1．6 本文研究内容

2 朗缪尔静电探针诊断原理

2．1 朗缪尔静电探针原理概述

2．1．1 朗缪尔探针的结构和使用条件

2．1．2 朗缪尔探针测量误差的主要来源

2．2 朗缪尔探针的工作原理

2．2．1 朗缪尔探针的电流-电压特性

2．2．2 从探针I-V特性曲线获取等离子体参数

2．3 朗缪尔探针制作和探针电路

2．4 本章小结

3 系统硬件设计

3．1 朗缪尔探针诊断系统简介

3．2 系统结构和指标参数

3．3 采集卡简介

3．4 DSP数据处理系统

3．5 本章小结

4 系统软件设计

4．1 LabVIEW软件概述

4．2 虚拟仪器与LabVIEW

4．3 数据采集与LabVIEW

4．4 数据采集设备编程分析

4．5 本章小结

5 实验与结果

5．1 实验前述

5．2 数据采集实例分析

5．3 实验结果及数据分析

5．3．1 等离子体电子温度在不同条件下的变化

5．3．2 等离子体电子密度在不同条件下的变化

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果