Устройство для зондовой диагностики плазмы

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при диагностике плазмы. Целью изобретения является повышение точности в среде химически активной плазмы. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены: регулируемый источник 4 напряжения, блок 7 сравнения и блок 9 выборки-хранения. Кроме того, устройство содержит зонд 1, соединенный с измерительным резистором 2 и усилителем 3 тока, генератор 5 ступенчатого напряжения, аналого-цифровой преобразователь 6, источник 8 опорного напряжения, процессор 10 данных, блок 11 памяти, блок 12 согласования, регистратор 13 и блок 14 управления. В устройстве обеспечивается стабилизация зондового тока в промежутках между измерениями при диагностике плазмы с усреднением, что позволяет повысить точность и расширить предел диагностики устройств, работающих с химически активной плазмой. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„525587

А1

Д14 G 01 R 1/06

OIlHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOIVtV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4342846/24-21 (22) 14 ° 12.87 (46) 30. 11.89. Вюл. Р 44 (71) Винницкий политехнический институт (72) В,С. Осадчук, В.И. Ревенок, Ю.С. Кравченко и Н.В. Починко (53) 621.317. 75 (088.8) (56) Симидзу К., Амэ мия Х. Ое буцури.

Т. 51, 1982, В 8, с, 971, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗОНДОВОЙ ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при диагностике плазмы, Цель изобретения — повышение точности в среде химически активной плазмы, Для достижения поставленной цели в уст2 ройство дополнительно введены регулируемый источник 4 напряжения, блок

7 сравнения и блок 9 выборки-хранения. Кроме того, устройство содержит зонд 1, соединенный с измерительным резистором 2 и усилителем 3 тока, генератор 5 ступенчатого напряжения, аналого-цифровой преобразователь 6, источник 8 опорного напряжения, процессор 10 данных, блок 11 памяти, блок 12 согласования, регистратор 13 и блок 14 управления. В устройстве обеспечивается стабилизация эондового тока в промежутках между измерениями при диагностике плазмы с усреднением, что позволяет повысить точность и расширить предел диагностики устройств, работающих с химически активной плазмой. 1 э.п. ф-лы, 3 ил.

1525587

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при диагностике плазмы.

Цель изобретения — повышение точности в среде химически активной плазмы.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для зондовой диагностики плазмы; на фиг. 2 — схема блока управления; на фиг. 3 — основные временные диаграммы его работы.

Устройство для зондовой диагностики плазмы (фиг ° 1) содержит зонд 1, соединенный с измерительным резисто- 15 ром 2 и усилителем 3 тока. Последовательно с измерительным резистором включены регулируемый источник 4 напряжения и генератор 5 ступенчатого пилообразного напряжения (ГСПН). Выход усилителя 3 тока связан с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6 и с одним из входов блока 7 сравнения, другой вход блока 7 сравнения соединен с выходом источника 8 25 опорного напряжения (ИОН), а выход с входом блока 9 выборки-хранения, выход которого в свою очередь связан с управляющим входом источника 4.

Выход АЦП 6 ссединен с входом про- 30 цессора 10 данных (ПД), который связан с блоком 11 памяти (БП) и согласующим блоком 12. Выход согласующего блока 12 подключен к одному из входов регистратора 13, второй вход которого соединен с выходом ГСПН 5. Вход

35 блока 14 управлеьв:я (БУ) соединен с внешним устройством запуска, вырабатывающим сигнал "Пуск", а выходы— с управляюпглю входагм ГСПН 5, блока 40

9, АЦП 6, процессора 10 данных и согласующего блока 12.

В качестве источника 4 использован измерительный стабилизатор напряжения постоянного тока с регулируемым 45 выходом П136М.

Блок 14 управления (фиг. 2) содержит первый одновибратор 15, выход которого соединен с установочными входами первого D-триггера 16, перього и второго счетчиков 17 и 18, установочный вход третьего счетчика 19 соединен с выходом первого элемента

2ИЛИ 20, один из входов которого со единен с объединенньпл входами по И элемента 2И-2ИЛИ 21, выход которого

55 соединен с тактирующими входами второго и третьего D-триггеров 22 и 23, а также через первый элемент 24 задержки — с одним их входов второго элемента 2ИЛИ 25, выход которого соединен с тактирующим входом четвергого D-триггера 26, выход которого соединен с одним из входов первого элемента 3И 27, выход которого соединен с входом третьего блока 28 задержки. Блок управления содержит также третий элемент 2ИЛИ 29, четвертый элемент 2ИЛИ 30, элемент 2И 31, второй одновибратор 32, первый элемент HE 33, второй элемент 34 задержки, вь:ход которого соедичен с входом второго элемента НЕ 35, оцним из входов второго элемента 3И 36, и третий элемент HE 37.

Устройство для эондовой диагностики плазмы работает следующим образом.

При подаче на управляющий вход блока 14 управления "игнала "Пуск" оН у=танавливает в исходное состояние блоки ГСПН 5, АЦП 6, процессор

10 данных, согласующий блок 12 и размыкает цепь стабилизации зондового тока, переводя блок 9 в режим хранения (фиг. 1). После установки схемы в исходное состояние блок 14 уп-! равления отпирает элемент 2И в блоке

ГСПН 5, который ступенчато осуществляет изменение напряжения на зонде

1. Возникающий при этом ток зонда по своей величине соответствует поданному в данный момент на зонд напряжению. Этот ток создает на измерительном резисторе 2 падение напряжения, которое усиливается усилителем 3 тока и далее подается на АЦП

6. Запуск АЦП при помощи блока 14 управления синхронизирован оо ступенями квантования напряжения ГСПН 5.

Цифровые коды, соответствующие значениям зондового тока, поступают в оперативно запоминающий блок, который находится в блоке АЦП 6. Число запусков АЦП равно количеству ступеней квантования напряжения ГСПН 5. По окончании цикла измерения блок 14 управления запирает элемент 2И блока

ГСПН 5 и, переводя блок 9 в режим выборки, замыкает цепь стабилизации зондового тока, которая функционирует следующим образом. С выхода усилителя 3 тока напряжение, пропорциональное зондовому току, поступает на блок 7 сравнения, где сравнивается с опорным напряжением, вырабатываемым источником 8 опорного напряжения. Сигнал рассогласования на выхо1525587 де блотса 7 сравнения управляет источником 4, так что ток зонда становится равным опоргтому току, В процессе измерения при разомкнутой цепи стабилизации зондоного тока блок 9 переходит в режим хранения и поддержинает на управляющем входе источника 4 напряжение, компенсирующее систематическую погрешность зонда. Таким образом, н пр»межутках между измерениями происходит стабилизация тока зонда по цепи: блок сравнения, блск 9 выборки-т ранения, источник 4.

После каж, »го цикла измерен;тя по командам блока 14 управления происходит с 1итывание дант.ых ."тз запоминающего блока АЦП о н процессор 10 данных, где они суммируются и: каналам, кс»личоство котор..х равно количеству ступенеи квантонан»я напряжения ГСПН 5 и отсыпаются н блск 11 памяти.

После определенного числ,". ци, JI í. измерения,, задаваемого блоком 14 управления, накопленные в каждом канале памяти данные усредi яются. На этом заканчива тся э гап измерении н обработки данных.

Для вывода данных на р .> и т, †.»p

13 блоком 14 управления выдают,тя соответствующие команды на процессор 10 данных, согласующий блок 12 и ГСПН 5, н результате которых про1 исходит последовательная выборка данных и отражение их на регист блатаре в координатах напряжение зонда — ток зонда, Блок управления работает следующим образом.

Сигнал "Пуск" (Фиг. 3) запускает одчовибратор 15. По переднему Фронту импульса сдновибратора 15 происходит сброс в ноль Р-триг-ера 16 (Т) счетчиков 17 (Сч) и 18 (Сч), а также счетчика 19 (Сч) через элемент 2И!П!

20 (Э) и установка в исходное состояние ГСПН 5 и процессора 10 данных.

Одновременно через элемент 2И-2Ит!И 21 (Э) импульс опновибратора 15 устанави <и ливает Л-триггер 22 (Т), в "1, размыкая тем самь|.. цепь с.табилизации зондового тока (БВХ 9) и устанавливая

ОЗУ AIQI в режим записи, а также Dтригг ер 23 (Т} v 1 ° vz o принсtg>

Ф ра 15 задерживается элементом 2ч задержки (ЭЗ) на время, и через элества. осле оп >ел пенног т числя -иклов измерений вьссод старшего разряда

10 !

20 тс

55 мент 2И, М 25 Э) ус танаьливает Dтриггер 2t н "1", зап; ская тем самым через э емснг 2ii (находится r блоке

ГСПН 5) ГСПН . Дпи гельнос rь задержки с, выбираетси исхс дя из времени переключения БВХ ня режима выборки в рсжим хранетгия, Одновременно Dтриггер 26 устава:!.пинает оазрешающий уровень ha входf эле .ента ЗИ 27 (Э), тек что гтмттульт от генератора так т овыг импульсов ГСП!! 5, проходя через элемент ЗИ 27 и блок 28 задержки (ЭЗ), запускают Al!II 6 по каждо» ступени свантогания ГСГ!! 5. По концу преобразона .ия АЦП н: рабатыnает импульс, который чет.с - эпт:мент 2ИЛ1 29 (3) поступ: т на с -. гпгй вход счет-ш:а 19.

В р ул ьтат е .то сне ка..a:. cо нреобразоватти счет тт к т9 тзь.::.гниет адрес ОЗУ . тт!Д 6 на гц»ннцу, I »cuba»пределенного к»тт»честна: х.,ерений, ра ноге копитеству с-уl.ciILH кв,".нтован»я напряжения ГС!!Н 5, н:..:со;т старшего разряда ,,ет нтка 19 меняет свое состояние и сбрасывает в ноль D-триггер 22, а следовательно,. терев»р»т БВХ 9 из режттмн хгa! ения в режи. . выборки и yc !aíaâ èpàåò OЗУ А.!П 6 в режттм считывантя. через э.":тент Л Ч 30 (Э) сбрасыьае .. 1»лн П-; риг:р 26, запирая таким образом ГС!!Н 5, и через элемен r 2!!. Л 2!О сбра»ыва е" счетчик 19 ноль. О..новременно и.-. HL H»е сос— тонн»я счетчик: прнвс цит к изменению состояния D-триггepa 16, который устананлиьагт разрешаюштгй уровень на вход. элемента 2" 3 i 3 1, так что импульсы ог генерат»ра —.актовых импульсов ГСПН 5 через элемент 2И 31 и 2И !И 29 поступ, ат нз сче гный вход счетчика 19, нзм ния тем ca".1bL4 адре— са ОЗУ АЦН. Синхронно носTvllaMT управляюш»е »мпульс на зал»с, дан-„-ых в гронессор 10 данных с ттоследуюгштм »х гу .мированттом. По скончании

aa!птси данных в пр»нессор 10 данных ныхо,т, старшего разряда счетчика 19 меняет свое состояние и вновь устанавлтгвает себя и 3-триггер 16 в исходн»е»ост»яни".. В результате изменен»я состоятвтя П-триггера 16 счетчик

17 по фронту увет» гин ет !„; еттиницу свое значение, а одт овнбратор 32 (ОВ) вырабатываег импулт-.с, который осуществляет п»вторны» зп.ск устрой1525587 счетчика 17 меняет свое состояние и через элемент НЕ 33 (Э) запирает элемент 2И-2ИЛИ 21 для повторных запусков устройства. Одновременно фронт изменения состояния счетчика

17 поступает на элемент 34 задержки (ЭЗ)ь где задерживается на время 7 необходимое для усреднения данных в процессоре 10 данных. По истечении этого времени устанавливается в.состояние передачи данных согласующее устройство 12 (через D-триггер 23)ь запускается ГСПН 5 (через элемент

2ИЛИ 25 и D-триггер 26), запирается

1S элемент ЗИ 27 (ьерез элемент НЕ 35), блокируя запуск АЦП, и отпирается элемент 3И 36 (Э), так что импульсы от генератора тактозых импульсов гСПН 5 поступают на счетный вход счетчика 18.

Одновременно подается команда на перевод процессора 10 данных в режим считывания. По окончании считывания данных из процессора 10 данных через согласующий блок 12 на регистратор

13 выход старшего разряда счетчика

18 меняет свое состояние и через элемент НЕ 37 (Э) запирает элемент

ЗИ 36 и одновременно через элемент

2ИЛИ 30 и D-триггер ?6 запирает

ГСПН 5 ..

Введение в устройство дополнительных узлов позволяет скомпенсировать систематическую погрешность, обуслов.ленную смещением зондовой вольт-амперной характеристики в процессе измерения с усреднением. В случае смещения зондовой вольт-амперной характеристики ток зонда равен

Iр — Kne ь где I — истинн",.е значение зондового о тока;

Qt — длительность одного цикла

45 измерения;

К вЂ” коэффициент, характеризующий скорость изменения зондового тока во времени.

Через и циклов измерений усредненное значение зондового тока равно (2)

Подставив (1) в (2), после преобразования получим

Тогда систематическая погрешность измерения равна

Кейп . = т - Z

3 ю 2

Из последнего выражения видно, что с увеличением количества циклов измерений систематическая погрешность пропорционально возрастает °

В случае стабилизации зондового тока после каждого цикла измерения коэффициент К = О, а следовательно, и д = О.

Таким образом, стабилизация зондоного тока в промежутках между измерениями при диагностике плазмы с усреднением позволяет повысить точ ность и расширить предел диагностики устройств, работающих с химически активной плазмой. формулаизобретения

1. Устройство для зондовой диагностики плазмы, содержащее генератор ступенчатого пилообразного напряжения, измерительный резистор, зонд, усилитель тока, аналого-цифровой .преобразователь, процессор данных, блок памяти, согласующий блок, регистратo0 и блок управления, причем выход генератора ступенчатого пилообразного напряжения соединен с одним из входов регистратора и через измерительный резистор — с зондом и . усилителем тока, выход усилителя тока соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к одному из входов процессора данных, к второму входу которого подключен блок памяfH выход процессора данных соединен с входом согласующего блока, выход которого соединен с вторым входом регистратора, выходы блока управления соединены с управляющими входами генератора ступенчатого пилообразного напряжения, аналого-цифрового преобразователя, процессора данных и согласующего блока, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности в среде химически активной плазмы, в него введены блок сравнения, источник опорного напряжения, блок выборки-хранения и регулируемый источник напряжения, причем выход усилителя тока подключен

15? S587 к входу аналого-цифрового преобразователя и к входу блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход — к входу блока выборки-хране5 ния, выход которого подключен к управляющему входу регулируемого источника напряжения, один из выходов регулируемого источника напряжения подключен к выходу генератора ступенчатого пилообразного напряжения, другой — к измерительному резистору, управляющий вход блока выоорки-хранения соединен с выходом блока управления.

2. Устроиствс по п. i, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит двз одновибратора, три счетчика, четыре D-тр: ãгера, три элемента эадеожки, четыре элемента

?ИЛИ, два элемента ЗИ, три элемента

НЕ, элемеHTbl 2И и 2И-2ИЛИ, причем вход первого одновибратора соединен с шиной "Пуск", а выход — с двумя входами, объединенными по И элемента

2И-2ИЛИ, одним из входов первогс элемента 2ИЛИ и установочными входами первого D-триггера,гервсгго и второго счетчиков, а также генератора ступенчатого пилообразного напряжения и процесc ора данных:, два других входа элемента 2И-2ИЛИ, объединенных по И, cc åäèíåíû соответственно с выходом второго опновибратора и с выходом первого элемента НЕ, Bbl ход элемента 2И-2ИЛИ соединен с так20

30 тируюшими входами второго и третьего

D-òðèããåðGâ и через первый элемент задержки — с одним из входов второго элемента 2ИЛИ, выход второго D-триггера подключен к установочному входу блока выборки-хранения и оперативного запоминающего блока аналого-цифровогс преобразователя, выход третьего D-триггера соединен с управляющим входом согласующего блока, второй вход второго элемента 2ИЛИ соединен с установочным входом третьего

D-триггера, через второй элемент HE — о с одним из входов первого элемента

ЗИ, с выходом второго эг емента задержки, с одним из входов второго элемента

ЗИ и с одним из управляющих входов процессора данных, выход второго

55 элемента 2ИЛИ соединен с тактирующим входом четвертого D-триггера, выход которого подключен к втсрому входу первого элемента ЗИ и входу элемента 2И генератора ступенчатого пилообразного напряжения, третий вход первого элемента ЗИ подключен к генератору тактовых импульсов генератора ступенчатого пилообразного напряжения, к одному из входов элемента 2И и второму входу второго элемента

ЗИ, выход первого элемента ЗИ соединен герез третий элемент задержки с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, один из входов третьего элемента 2И.iIH соединен с управляющим выходом аналого-цифрового преобразователя, а другой — с вторым управляющим входом процессора данных и выходом элемен;а 2И, выход третьего элемента 2ИЛИ подключен к тактирующему входу третьего счетчика, установочный вход которого соединен с выходом первого элемента

2ИЛИ, выходы третьего счетчика, кроме старшего разряда, соединены с адресной шиной оперативного запоминающег о блока аналого-цифрового преобразователя, выхоц старшего разряда третьего счетчика подключен к тактирующему входу первого D-триггера, установочному входу второго D-триггера, к второму входу первого элемента 2ИЛИ и к одному из входов четвертого элемента 2ИЛИ, прямой выход первого D-триггера соединен с вторым входом элемента 2И, инверсный выход соединен с.о своим D-входом, входом второго одновибратора и тактирующим входом первого счетчика, вьг ход старшего разряда которого подключен к входам первого элемента HE u второго элемента задержки, выход второго элемента ЗИ соединен с тактирующим входом второго счетчика, выход старшего разряда которого соединен с вторым входом четвертого элемента

2ИЛИ и через третий элемент НŠ— с третьим входом второго элемента ЗИ, вьг.од четвертого элемента 2ИЛИ соединен с установочным входом четвертого D-триггера, D-входы второго, третьего и четвертого D-триггеров подключены к источнику логической единицы.

1525587 A> ppВ%

Составитель Л. Сорокина

Техр ед М. Дидык

Корректор О. Кравцова

Редактор М. Петрова

Заказ 7217/39 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГKHT СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производс гненно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101