用于大型真空舱的射频Langmuir探针系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种射频Langmuir探针系统，特别是在大型真空舱和高温环境下的射频Langmuir探针系统。
【背景技术】
[0002]Langmuir探针已经广泛应用于等离子体诊断实验中，在用于射频等离子体诊断时，需要将Langmuir探针加入射频滤波电路以降低射频信号对探针诊断准确性的影响。通常情况下，射频滤波电路接在仅靠探针尖的位置，然而在高功率、高密度的等离子体环境中，该滤波电路极易因高温环境而损坏。Mike Hopkins提出将滤波电路移至探针杆末端，同时采用不锈钢管喷涂氧化铝薄膜的探针杆结构，并将探针的信号线与探针杆电连接。该方法在降低射频干扰的同时，有效的使滤波电路避开了等离子体的高温区域，提高了射频Langmuir探针的耐温性能。一般情况下，用于产生等离子体的真空腔室体积较小，探针杆可以伸出真空腔室以外，滤波电路处于大气环境下。然而在螺旋波等离子体电推进技术中，为了较好的模拟太空环境，实验通常采用体积较大的真空腔室，真空环境给射频滤波电路的使用造成了困难。若单纯依靠增加探针杆的长度来解决上述问题，不但给使用造成了不便，空间射频电位的差异会在探针杆上造成射频电位差，从而引入无法去除的射频干扰。
【发明内容】
[0003]本实用新型提供了一种大型真空舱中的射频Langmuir探针系统，从而解决了由于真空环境体积过大，射频滤波电路难于接入的问题。
[0004]本实用新型的技术解决方案是:
[0005]本实用新型所提供的大型真空舱中的射频Langmuir探针系统，包括依次连接的探针、射频滤波电路及探针信号处理系统，所述探针包括探针尖部和探针杆部，探针尖部位于真空舱中的被测等离子体区域中，探针杆部部分伸出被测等离子体区域，所述射频滤波电路连接在探针杆部的末端，其特殊之处在于:
[0006]所述射频滤波电路封装在金属密封腔内，所述金属密封腔位于真空舱内。
[0007]以上为本实用新型的基本结构，基于该基本结构，本实用新型还做出以下优化限定:
[0008]为了使金属密封腔能够屏蔽外界的射频电磁干扰，缩短射频滤波电路与真空舱上导电地之间的距离，上述金属密封腔自身设置有导电地。
[0009]为了避免射频滤波电路在低压状况下的损坏，上述金属密封腔的腔壁上设置有供气接头，通过供气接头向金属密封腔中充入保护气体，使射频滤波电路位于常压环境，防止射频滤波电路因低压环境而损坏。
[0010]进一步的，本实用新型的探针杆的长度要超出被测等离子体区域5cm?10cm。在避开等离子体高温区域的前提下，尽量缩短探针杆的长度，防止因耦合到探针杆的射频电位不同而产生射频电流。
[0011]再进一步的，本实用新型的金属密封腔的供气接口与真空舱上的供气法兰通过密封管道连接。
[0012]再进一步的，本实用新型的金属密封腔通过铜编织线接地，铜编织线的宽度不小于20_。从而尽可能的减小金属密封腔与导电地之间的射频阻抗。
[0013]再进一步的，本实用新型的金属密封腔的前后面板上均设置有射频BNC接头，所述射频BNC接头具有密封结构，探针拾取信号通过射频BNC接头输入和输出金属密封腔。
[0014]本实用新型与现有技术相比优点在于:
[0015]本实用新型在真空环境中保护了射频滤波电路，消除了因真空舱尺寸过大而对射频Langmuir探针使用造成的限制。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型大型真空舱中的射频Langmuir探针系统示意图。
[0017]图2为传统小型真空舱环境中，射频Langmuir探针的结构示意图。
[0018]其中附图标记为:1_真空舱、2-等离子体区域、3-探针尖、4-探针杆、5-金属密封腔、6-射频滤波电路、7-第一射频BNC接头、8-供气接头、9-供气管路、10-铜编织线、11-第二射频BNC接头、12-屏蔽线、13-探针信号处理系统。
【具体实施方式】
[0019]本实用新型大型真空舱中的射频Langmuir探针系统适用直径大于Im的真空环境中进行射频等离子体诊断。在该环境中，若将滤波电路置于真空舱外，需要接入一段较长的探针杆和信号线(该信号线不能使用屏蔽线)，射频电磁场在较长的信号线上耦合的射频电位不同，会在信号线的不同位置之间产生射频电流，由于该射频电流在滤波电路之前的回路中产生，无法通过滤波电路降低该电流对探针测量准确性的影响;若将滤波电路置于舱内，虽然可以缩短探针杆和信号线的长度，消除信号线上的射频电流，但滤波电路会因置于真空环境中而损坏。此外，被测等离子体一般置于大型真空舱的中心区域，该区域与导电地之间的距离较远，同样给滤波电路的使用造成困难。
[0020]如图1所示，本实用新型所提供的应用于大型真空舱的射频Langmuir探针系统，包括探针杆4(包括探针尖3)、金属密封腔5、射频滤波电路6及探针信号处理系统13，探针杆4(包括探针尖3)位于位于真空舱I内，射频滤波电路6位于真空舱I外并与探针杆部末端连接，射频滤波电路6封装在金属密封腔5内，金属密封腔5位于真空舱I内。金属密封腔5通过铜编织线10接地，铜编织线的宽度不小于20mm。金属密封腔5的腔壁上设置有供气接头8，金属密封腔的供气接口与真空舱I上的供气法兰通过供气管路9连接，通过供气管路9和供气接头8向金属密封腔5中充入保护气体，使射频滤波电路6位于常压环境。金属密封腔5的前后面板上均设置有射频第一 BNC接头7和第二射频BNC接头11，第一射频BNC接头7和第二射频BNC接头11具有密封系统，探测信号通过第一射频BNC接头7和第二射频BNC接头11输入和输出金属密封腔5。
[0021]本实用新型的大型真空舱中的射频Langmuir探针系统的建立方法如下:
[0022](I)根据被测等离子体尺寸确定探针杆的长度，并按照Mike Hopkins所述方法制作探针尖3和探针杆4，在信号线的末端接入射频BNC接头，用于和金属密封腔上的射频BNC接头7对接。
[0023](2)加工金属密封腔5(包括供气接头8以及安装其上的两个射频BNC接头，并将射频滤波电路6封装其中，射频滤波电路6—般由电感和可调电容器件组成，调节滤波电路参数，使其符合使用条件。
[0024](3)将金属密封腔与探针杆4、供气管路9、铜编织线10以及屏蔽线11连接，从探针尖位置测量探针的射频阻抗。
[0025](4)调节射频滤波电路的参数，重复(3)所述过程，直至完全排除连接阻抗和杂散电容给射频滤波电路带来的干扰。
[0026](5)连接其他辅助设备，得到大型真空舱中的射频Langmuir探针系统。
【主权项】
1.用于大型真空舱的射频Langmuir探针系统，包括依次连接的探针、射频滤波电路及探针信号处理系统，所述探针包括探针尖部和探针杆部，探针尖部位于真空舱中的被测等离子体区域中，探针杆部部分伸出被测等离子体区域，所述射频滤波电路连接在探针杆部的末端，其特征在于: 所述射频滤波电路封装在金属密封腔内，所述金属密封腔位于真空舱内。2.根据权利要求1所述的用于大型真空舱的射频Langmuir探针系统，其特征在于:所述金属密封腔设置有导电地。3.根据权利要求1或2所述的用于大型真空舱的射频Langmuir探针系统，其特征在于:所述金属密封腔的腔壁上设置有供气接头，通过供气接头向金属密封腔中充入保护气体，使射频滤波电路位于常压环境。4.根据权利要求3所述的用于大型真空舱的射频Langmuir探针系统，其特征在于:所述探针杆的长度要超出被测等离子体区域5cm?1cm05.根据权利要求4所述的用于大型真空舱的射频Langmuir探针系统，其特征在于:金属密封腔的供气接口与真空舱上的供气法兰通过密封供气管路连接。6.根据权利要求5所述的用于大型真空舱的射频Langmuir探针系统，其特征在于:所述金属密封腔通过铜编织线接地，铜编织线的宽度不小于20_。7.根据权利要求6所述的用于大型真空舱的射频Langmuir探针系统，其特征在于:所述金属密封腔的前后面板上均设置有射频BNC接头，所述射频BNC接头具有密封系统，探测信号通过射频BNC接头输入和输出金属密封腔。
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于大型真空舱的射频Langmuir探针系统，在采用Mike Hopkins探针杆结构的前提下，引入滤波电路保护腔体，通过密封管路将密封腔体与真空舱上的供气接头连通，并给腔体充入保护气体，使射频滤波电路被保护在常压环境下。将金属密封腔通过铜编织线接地，屏蔽了射频电磁干扰的同时解决了大型真空舱中探针测量位置缺乏导电地的问题。探针的探测信号经过射频滤波电路滤波后，通过屏蔽线将探测信号输入到射频Langmuir探针的信号处理单元中。本实用新型克服现有技术的不足之处，提供大型真空舱中的射频Langmuir探针结构，从而解决了由于真空环境体积过大，射频滤波电路难于接入的问题。
【IPC分类】H01J37/32
【公开号】CN205335219
【申请号】CN201521074791
【发明人】孙斌, 余虔, 赵杨, 魏建国, 张晰哲, 谭畅
【申请人】西安航天动力研究所
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2015年12月20日