一种在线实时自判定三探针测量系统及方法与流程

本发明涉及等离子体诊断，具体涉及一种在线实时自判定三探针测量系统及方法。

背景技术：

1、自20世纪20年代朗缪尔使用静电探针测量等离子体参数以来，探针诊断在理论和实验方面积累了丰富的成果，探针测量方式也是多种多样，如经典的扫描单探针和双探针，以及直流偏置探针、悬浮探针、三探针等等。

2、静电探针可用于测量等离子体的电子温度、密度、离子饱和流、悬浮电位以及等离子体空间电位等参数。扫描单探针是在探针上施加扫描电压，进而改变流过探针的等离子体电流，同时记录施加在探针上的电压和流过探针的电流，可以得到一条电压电流曲线，对曲线进行数据分析可以计算出等离子体的电子温度、饱和离子流、悬浮点位和空间电位等参数。扫描双探针是在扫描单探针基础上将电源接地端改为连接另外一根探针，通常两根探针的形状和大小一样，与单探针相同，在双探针上施加扫描电压，记录两根探针之间的电压变化和流过探针的电流，同样得到一条电压电流曲线，分析可以得到电子温度和离子饱和流。三探针是根据单探针和双探针改进而来，在两根探针上施加(通常)高于3倍电子温度的电压，是其中一根探针处于离子流饱和状态，另外一根探针用于测量悬浮电位，通过计算可以快速的得到电子温度和离子饱和流参数。通常，由于探针扫描电源频率比较低，以及线路阻抗的原因，扫描单探针和双探针的频率不会太高，因此测量的等离子体参数的时间分辨率比较低。而三探针电源输出是直流偏置，没有扫描频率的限制，可以得到时间分辨率很高的测量结果。

3、在实际测量应用中，通常假定施加的电压大于3倍电子温度，并且三根探针处于均匀的等离子体之中，忽略了等离子体不均匀性的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种在线实时自判定三探针测量系统及方法，解决了现有技术中存在的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一方面，本发明提供一种在线实时自判定三探针测量系统，包括第一扫描探针、第二扫描探针、悬浮探针、电流测量仪、第一电压测量仪、第二电压测量仪、第三电压测量仪、扫描电源以及控制设备；

4、所述第一扫描探针以及第二扫描探针分别与扫描电源的正负输出端连接，组成扫描探针回路；所述悬浮探针用于测量悬浮电位；所述电流测量仪设置于扫描探针回路上，且其用于测量扫描探针回路上的电流；所述第一电压测量仪用于测量第一扫描探针与第二扫描探针之间的电压，所述第二电压测量仪用于测量第一扫描探针的对地电压；所述第三电压测量仪用于测量悬浮探针的对地电压；所述电流测量仪、第一电压测量仪、第二电压测量仪、第三电压测量仪以及扫描电源均与控制设备电性连接。

5、另一方面，本发明提供一种在线实时自判定三探针测量方法，包括：

6、待第一扫描探针、第二扫描探针以及悬浮探针部署完成之后，通过控制设备以及扫描电源控制扫描；

7、在扫描过程中，通过第一电压测量仪、第二电压测量仪以及第三电压测量仪获取电压参数，通过电流测量仪获取电流参数；

8、根据所述电压参数以及所述电流参数，获取测量结果，并获取所述测量结果的有效性验证结果；所述有效性验证结果包括有效或者无效；

9、当所述有效性验证结果为有效时，保留测量结果，并继续测量；当所述有效性验证结果为无效时，则通过控制设备以及扫描电源调整扫描状态，以使有效性验证结果变更为有效。

10、在一种可能的实施方式中，通过控制设备以及扫描电源控制扫描，包括：

11、通过控制设备读取预设电源输出扫描波形；

12、根据所述预设电源输出扫描波形，控制扫描电源工作，从而实现扫描。

13、在一种可能的实施方式中，通过第一电压测量仪、第二电压测量仪以及第三电压测量仪获取电压参数，包括：

14、通过第一电压测量仪测量扫描探针回路的回路电压v1；

15、通过第二电压测量仪测量第一扫描探针的对地电压v2；

16、通过第三电压测量仪测量悬浮探针的对地电压v3；

17、根据回路电压v1、对地电压v2以及对地电压v3，得到电压参数。

18、在一种可能的实施方式中，通过电流测量仪获取电流参数，包括：通过电流测量仪测量扫描探针回路的回路电流a1。

19、在一种可能的实施方式中，根据所述电压参数以及所述电流参数，获取测量结果，包括：

20、根据第一扫描探针的对地电压v2以及回路电流a1，获取第一扫描探针对应的第一伏安特性曲线；

21、根据扫描探针回路的回路电压v1、第一扫描探针的对地电压v2以及回路电流a1，获取第二扫描探针对应的第二伏安特性曲线；

22、以所述第一伏安特性曲线、第二伏安特性曲线以及对地电压v3为基础，获取测量结果。

23、在一种可能的实施方式中，获取所述测量结果的有效性验证结果，包括：

24、判断第一伏安特性曲线与第二伏安特性曲线是否一致，若是，则判定测量结果有效，得到测量结果的有效性验证结果，否则根据第一伏安特性曲线与第二伏安特性曲线进行进一步判断，获取测量结果的有效性验证结果。

25、在一种可能的实施方式中，根据第一伏安特性曲线与第二伏安特性曲线进行进一步判断，获取测量结果的有效性验证结果，包括：

26、根据第一伏安特性曲线以及第二伏安特性曲线，拟合得到等离子体电子温度；

27、判断偏置电压是否小于三倍等离子体电子温度，若是，则判定测量结果无效，得到测量结果的有效性验证结果，否则判定测量结果有效，得到测量结果的有效性验证结果；

28、其中，所述偏置电压用于表征扫描电源的输出电压。

29、在一种可能的实施方式中，根据第一伏安特性曲线以及第二伏安特性曲线，拟合得到等离子体电子温度，包括：使用指数拟合的方法分别获取第一伏安特性曲线以及第二伏安特性曲线对应的等离子体电子温度。

30、在一种可能的实施方式中，通过控制设备以及扫描电源调整扫描状态，包括：通过控制设备控制扫描电源的输出电压大于或等于三倍等离子体电子温度。

31、本发明提供的一种在线实时自判定三探针测量系统及方法，在第一扫描探针、第二扫描探针以及悬浮探针部署完成之后，通过控制设备以及扫描电源控制扫描；在扫描过程中，通过第一电压测量仪、第二电压测量仪以及第三电压测量仪获取电压参数，通过电流测量仪获取电流参数；根据所述电压参数以及所述电流参数，获取测量结果，并获取所述测量结果的有效性验证结果，可以在线实时检测和判定，解决了现有技术无法实时监测三探针测量条件是否满足以及测量的等离子体参数是否正确有效的问题。

技术特征：

1.一种在线实时自判定三探针测量系统，其特征在于，包括第一扫描探针(1)、第二扫描探针(2)、悬浮探针(3)、电流测量仪(4)、第一电压测量仪(5)、第二电压测量仪(6)、第三电压测量仪(7)、扫描电源(8)以及控制设备(9)；

2.一种基于权利要求1所述系统的在线实时自判定三探针测量方法，其特征在于，包括：

3.根据权利要求2所述的在线实时自判定三探针测量方法，其特征在于，通过控制设备(9)以及扫描电源(8)控制扫描，包括：

4.根据权利要求2所述的在线实时自判定三探针测量方法，其特征在于，通过第一电压测量仪(5)、第二电压测量仪(6)以及第三电压测量仪(7)获取电压参数，包括：

5.根据权利要求4所述的在线实时自判定三探针测量方法，其特征在于，通过电流测量仪(4)获取电流参数，包括：通过电流测量仪(4)测量扫描探针回路的回路电流a1。

6.根据权利要求5所述的在线实时自判定三探针测量方法，其特征在于，根据所述电压参数以及所述电流参数，获取测量结果，包括：

7.根据权利要求6所述的在线实时自判定三探针测量方法，其特征在于，获取所述测量结果的有效性验证结果，包括：

8.根据权利要求7所述的在线实时自判定三探针测量方法，其特征在于，根据第一伏安特性曲线与第二伏安特性曲线进行进一步判断，获取测量结果的有效性验证结果，包括：

9.根据权利要求8所述的在线实时自判定三探针测量方法，其特征在于，根据第一伏安特性曲线以及第二伏安特性曲线，拟合得到等离子体电子温度，包括：

10.根据权利要求7所述的在线实时自判定三探针测量方法，其特征在于，通过控制设备(9)以及扫描电源(8)调整扫描状态，包括：通过控制设备(9)控制扫描电源(8)的输出电压大于或等于三倍等离子体电子温度。

技术总结
本发明公开了一种在线实时自判定三探针测量系统及方法，涉及等离子体诊断技术领域，在第一扫描探针、第二扫描探针以及悬浮探针部署完成之后，通过控制设备以及扫描电源控制扫描；在扫描过程中，通过第一电压测量仪、第二电压测量仪以及第三电压测量仪获取电压参数，通过电流测量仪获取电流参数；根据所述电压参数以及所述电流参数，获取测量结果，并获取所述测量结果的有效性验证结果，可以在线实时检测和判定，解决了现有技术无法实时监测三探针测量条件是否满足以及测量的等离子体参数是否正确有效的问题。

技术研发人员：赵伟,王雅丽,聂林,蒋富强,赵丽,陈翔
受保护的技术使用者：核工业西南物理研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27