一种发射探针的制作方法

本实用新型涉及一种发射探针，尤其涉及一种诊断等离子体的发射探针。

背景技术：

等离子体是一种包含电子、离子及中性粒子，整体呈电中性的物质状态。等离子体广泛存在于宇宙及人类活动中，其独特的物理化学性质深受人类的关注。近年来，越来越多的科学工作者投入到相关的研究领域对其进行更深入的探究。

等离子体诊断是一件非常重要的工作，它对优化等离子体工艺，了解各种等离子体发生机理，确定特定等离子体的参数如电子温度、电子密度等都起着决定性作用。等离子体的诊断方式有很多，选择合适的诊断方式对等离子体进行诊断是获得精确参数的关键。等离子体电位是等离子体研究中的一个必不可少的参数。它对等离子体的平衡、约束、稳定具有至关重要的作用。等离子体空间电位可以为等离子体密度、电子温度的计算提供依据。测量等离子体的空间电位对于进一步测量等离子体的电子密度等有着举足轻重的意义。

对于等离子体空间电位的诊断，一般采用朗缪尔探针诊断。朗缪尔在提出探针诊断时指出有两种形式的探针，即采集探针和发射探针。目前在低温等离子体研究方面采集探针应用比较广泛，而发射探针应用的较少，故对发射探针的特性了解甚少，但发射探针在测量磁场中的等离子体电位及存在电子束和离子束的等离子体电位方面，明显优于采集探针。除此之外，在等离子体鞘层区域，采集型朗谬尔探针不能准确诊断出等离子体的空间电位，主要原因在于等离子体中存在定向的漂移速度，当该漂移速度远大于等离子体麦克斯韦速度分布的半高宽时，此时采集到的I-V特性曲线不能作为等离子体电位的指示，将无法准确测试等离子体的空间电位。由于探针的边缘效应等原因使得鞘层表面积随扫描电压的增大而增大，导致进入整个鞘层表面的电子数继续增加，因此探针电流继续增加，从而难以准确测定等离子体空间电位。同时粒子束、磁场的存在、显著的等离子体震荡和探针表面污染等都会导致朗缪尔采集探针测量出的等离子体电位存在偏差。由于发射探针发射的电子仅对等离子体电位敏感而与等离子体漂移速度无关,所以它能给出等离子体电位的正确指示。因此用发射探针来测试等离子体的空间电位的技术受到广泛关注。然而，其存在的一些问题也需要不断的改善与克服。

发射探针诊断建立在电子热发射基础上，电子发射减小了净空间电荷，减小了鞘层电势和发射表面的电场，削弱了鞘层的影响。其I-V曲线拐点较朗繆尔探针更为明显（随着发射探针加热电流的逐渐增加，发射电子愈加剧烈，曲线过渡区的拐点逐步明显），所以理论上测量得到的空间电位分布更为准确，一定程度上克服了朗缪尔采集探针的不足。然而，由于等离子体中存在一定的背景噪声，为此，把发射探针加热到较高的温度，增大发射的电子电流，可使探针的I-V曲线较为平滑，但这也同时增加了电荷的空间电荷效应，将会使得空间电位的测量结果偏小。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种尺寸小、发射电子能力强、电磁干扰及谐波干扰小的发射探针。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种发射探针，包括陶瓷管、一根第一钨丝、第二钨丝组、第三钨丝组和直流电源，所述第二钨丝组包括多根第二钨丝，所述第三钨丝组包括多根第三钨丝，所述陶瓷管沿轴向设置有第一通孔和第二通孔，所述第一钨丝弯曲后两端分别穿过所述第一通孔、第二通孔，所述第一钨丝的弯曲部伸出所述第一通孔或第二通孔的长度为3-8mm，多根所述第二钨丝插入所述第一通孔内，多根所述第三钨丝插入所述第二通孔内，所述第一钨丝的一端和多根所述第二钨丝均与所述直流电源的正极相连接，所述第一钨丝的另一端和多根所述第三钨丝均与所述直流电源的负极相连接。

本实用新型一个较佳实施例中，一种发射探针进一步包括还包括第一空心铜管、第二空心铜管、第一同轴线和第二同轴线，所述第一钨丝的一端和多根所述第二钨丝均沿所述第一空心铜管的一开口端插入，所述第一同轴线的一端沿所述第一空心铜管的另一开口端插入，所述第一同轴线的另一端与所述直流电源的正极相连接，所述第一钨丝的另一端和多根所述第三钨丝均沿所述第二空心铜管的一开口端插入，所述第二同轴线的一端沿所述第二空心铜管的另一开口端插入，所述第二同轴线的另一端与所述直流电源的负极相连接。

本实用新型一个较佳实施例中，一种发射探针进一步包括一第一螺丝穿过所述第一空心铜管使所述第一钨丝的一端、多根所述第二钨丝和所述第一同轴线的一端相接触，一第二螺丝穿过所述第二空心铜管使所述第一钨丝的另一端、多根所述第三钨丝和所述第二同轴线的一端相接触。

本实用新型一个较佳实施例中，一种发射探针进一步包括所述第一钨丝的弯曲部伸出所述第一通孔或第二通孔的长度为5mm。

本实用新型一个较佳实施例中，一种发射探针进一步包括所述第一钨丝的长度为150mm、直径为0.1mm。

本实用新型一个较佳实施例中，一种发射探针进一步包括所述第二钨丝和第三钨丝的长度均为70mm、直径均为0.1mm。

本实用新型一个较佳实施例中，一种发射探针进一步包括所述陶瓷管的长度为50mm、直径为2mm。

本实用新型一个较佳实施例中，一种发射探针进一步包括所述第一通孔和第二通孔的直径均为0.8mm。

本实用新型一个较佳实施例中，一种发射探针进一步包括所述第一通孔的两端均设置有第一陶瓷胶层，所述第二通孔的两端均设置有第二陶瓷胶层。

本实用新型一个较佳实施例中，一种发射探针进一步包括所述第一同轴线与所述直流电源的正极之间连接有第一磁芯，所述第二同轴线与所述直流电源的负极之间连接有第二磁芯。

本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，本实用新型结构简单可靠，方便测量且成本低，提高了探针发射电子的效率，使得I-V特性曲线拐点更明显，第一磁芯和第二磁芯的设置减小了电磁干扰及谐波干扰，使得测量结果更加精确。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的优选实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的优选实施例的采集电路采集发射探针电压和电流的电路原理图。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，一种发射探针，包括陶瓷管2、一根第一钨丝4、第二钨丝组、第三钨丝组和直流电源6，第二钨丝组包括多根第二钨丝8，第三钨丝组包括多根第三钨丝10，陶瓷管2沿轴向设置有第一通孔12和第二通孔14，第一钨丝4弯曲后两端分别穿过第一通孔12、第二通孔14，第一钨丝4的弯曲部16伸出第一通孔12或第二通孔14的长度d为3-8mm，多根第二钨丝8插入第一通孔12内，多根第三钨丝10插入第二通孔14内，第一钨丝4的一端和多根第二钨丝8均与直流电源6的正极相连接，第一钨丝4的另一端和多根第三钨丝10均与直流电源6的负极相连接。

第一钨丝4、第二钨丝8和第三钨丝10均具有熔点高、电阻率大、强度好、蒸气压低等优点，有较高的耐流值同时对等离子体的干扰相对较小，发射电子能力强。直流电源6的设置能够提供稳恒的电流使第一钨丝4的弯曲部16发热并发射电子，优选直流电源6的输入电压范围为0-110V、输入电流最大值为10A。根据电阻公式，其中为钨丝的电阻率，L为钨丝的长度，S为绕制成电阻的钨丝横截面积，第一通孔12内设置有第一钨丝4和多根第二钨丝8，第二通孔14内设置有第一钨丝4和多根第三钨丝10，第一通孔12内的多根钨丝的横截面积比一根钨丝的横截面积大，第二通孔14内的多根钨丝的横截面积比一根钨丝的横截面积大，从而减小电阻，增大流过回路的电流。优选第二钨丝8和第三钨丝10的数量均为19根。多根第二钨丝8和多根第三钨丝10的设置使得流入作为探头的弯曲部16的电流放大，根据焦耳定律可知，电流越大，发热越多，第一钨丝4的弯曲部16发射的电子越多，因此可通过增大电流的方式给弯曲部16提供更多的焦耳热，促进其发射更多的电子。

还包括第一空心铜管18、第二空心铜管20、第一同轴线22和第二同轴线24，第一钨丝4的一端和多根第二钨丝8均沿第一空心铜管18的一开口端插入，第一同轴线22的一端沿第一空心铜管18的另一开口端插入，第一同轴线22的另一端与直流电源6的正极相连接，第一钨丝4的另一端和多根第三钨丝10均沿第二空心铜管20的一开口端插入，第二同轴线24的一端沿第二空心铜管20的另一开口端插入，第二同轴线24的另一端与直流电源6的负极相连接。

一第一螺丝26穿过第一空心铜管18使第一钨丝4的一端、多根第二钨丝8和第一同轴线22的一端相接触，一第二螺丝28穿过第二空心铜管20使第一钨丝4的另一端、多根第三钨丝10和第二同轴线24的一端相接触。

本实用新型优选第一钨丝4的弯曲部16伸出第一通孔12或第二通孔14的长度d为5mm。第一钨丝4的长度为150mm、直径为0.1mm。第二钨丝8和第三钨丝10的长度均为70mm、直径均为0.1mm。

陶瓷管2的长度为50mm、直径为2mm。进一步优选陶瓷管2为氧化铝陶瓷管，耐温值较高，且绝缘性较好，同时可减小探针对所诊断等离子体的扰动。第一钨丝4伸出陶瓷管2外的弯曲部16作为用来发射电子的探头。第一通孔12和第二通孔14的直径均为0.8mm。

第一通孔12的两端均设置有第一陶瓷胶层30，第二通孔14的两端均设置有第二陶瓷胶层32。陶瓷胶具有优良的浸润性、耐热性和耐介质性。同时陶瓷胶还具有粘接强度高、结实耐用、表面坚硬光滑、防水防霉效果好等特点。第一陶瓷胶层30和第二陶瓷胶层32的设置能够将第一通孔12内的第一钨丝4和第二钨丝10以及第二通孔14内的第一钨丝8和第三钨丝10与外界高温环境隔离开，避免不发射电子部分的钨丝受高温的影响。

本实用新型优选第一同轴线22与直流电源6的正极之间连接有第一磁芯34，第二同轴线24与直流电源6的负极之间连接有第二磁芯36。

如图2所示，通过采集电路来采集弯曲部16的电压和电流，在第一同轴线22与第二同轴线24之间连接串联的第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1与第二电阻R2的连接端连接有双极性电源38，双极性电源38连接有信号发生器40，第一电阻R1与第二电阻R2的连接端连接有第三电阻R3，第三电阻R3串联有第四电阻R4，第四电阻R4与直流电源6的负极相连接，第一电阻R1与第二电阻R2的连接端与直流电源6的负极之间连接有第五电阻R5，第三电阻R3与第四电阻R4的连接端以及第五电阻R5两端的连接端均与数据采集卡42相连接。

直流电源6用于给第一钨丝4的弯曲部16加热。由于工作环境中经常存在电场、磁场等干扰因素，为了减小这些干扰对测量结果的影响，第一磁芯34和第二磁芯36的设置，能够有效屏蔽电磁干扰，隔离或滤除直流电源连接导线窜入设备电路的高频噪声脉冲干扰，同时在处理谐波干扰方面也起着举足轻重的作用。信号发生器40和双极性电源38用来给发射探针提供扫描电压，信号发生器40发出一个电压信号，由双极性电源38将该信号进行放大。为保护电路，电路中接入的电阻应根据具体要求选择合适阻值的电阻。探针的偏置电压即为图中O点处的电压，由图2可知，数据采集卡42采集到的是第四电阻R4相对于地的电压，由分压原理知，根据第三电阻R3、第四电阻R4的阻值比，可推算出O点处的电压。流过弯曲部16的电流即为流过第五电阻R5的电流，数据采集卡42采集到第五电阻R5上的电压，由焦耳定律可算出流过第五电阻R5的电流，即探针的电流，数据采集卡42对探针感应出的数据进行记录，根据探针的电流、电压绘出探针的I-V特性曲线，测得结果误差减小，得到的I-V特性曲线相对平滑且拐点更明确。

以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。