Устройство для нестационарной зондовой диагностики плазмы

 

Использование: для нестационарных зондовых измерений на борту космических летательных аппаратов, для контроля окружающей спутник среды, а также для исследований в области физики плазмы. Сущность изобретения: устройство для нестационарной зондовой диагностики плазмы, содержащее импульсный генератор, включающий задающий генератор, развязывающие триггеры Шмитта, формирователь импульсов, транзисторный ключ, разделительный высокочастотный трансформатор электропитания, а также зонд, цепь питания и измерительную цепь, позволяет повысить точность измерений вследствие уменьшения влияния паразитных емкостей измерительного прибора на форму импульса на зонде. Это обеспечивается включением зонда и измерительной цепи в разные полюса генератора, а также за счет того, что электропитание импульсного генератора осуществляется от разделительного высокочастотного трансформатора с разнесенными обмотками. 2 ил.

Изобретение относится к приборостроению в области экспериментальной физики и предназначено предпочтительно для нестационарных зондовых измерений на борту космических летательных аппаратов для контроля окружающей спутник среды, а также для исследований в области физики плазмы.

Известно устройство, используемое для получения прямоугольных импульсов для нестационарных зондовых измерений и определения с их помощью таких физических параметров плазмы, как температура ионов и время релаксации плазмы, не определяемых в стационарных зондовых измерениях. Это устройство является наиболее близким к данному техническому решению. Упомянутая схема содержит формирователь импульсов на лавинном транзисторе и транзисторный ключ. Недостатками схемы является кратковременное воздействие на плазму вследствие короткого импульса, формируемого данным устройством из-за использования линии задержки. Также отсутствует гальваническая и емкостная развязка цепей питания от "земли", при этом измерительное сопротивление может быть включено только в цепь выхода генератора /коллектор транзистора Т2/, вследствие чего емкость измерителя шунтирует сигнал, подаваемый на зонд.

Цель настоящего изобретения увеличение точности измерений в нестационарной зондовой диагностике.

Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее импульсный генератор, включающий формирователь импульсов и транзисторный ключ, снабжено задающим генератором на триггере Шмитта, развязывающими триггерами Шмитта, измерительной цепью, зондом и разделительным высокочастотным трансформатором, при этом выход задающего генератора связан с развязывающими триггерами, выход одного из которых связан с формирователем импульсов на триггере Шмитта, выход которого связан с транзисторным ключом, выход которого связан с зондом, а выход другого развязывающего триггера соединен с входом синхронизации осциллографа, при этом измерительная цепь и зонд подключены к разным полюсам импульсного генератора, поэтому выход импульсного генератора, связанный с зондом, не шунтируется емкостью измерителя /осциллографа/, а электропитание генератора развязано, т.к. осуществляется через разделительный высокочастотный трансформатор с разнесенными обмотками.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для нестационарных зондовых измерений, на фиг. 2 схема питания и подключения устройства к зонду и измерителю.

Устройство содержит импульсный генератор 1, включающий задающий генератор /ЗГ/ 2 на триггере Шмитта, развязывающие триггеры Шмитта 3 и 4, формирователь импульсов 5 и транзисторный ключ 6. Вход развязывающих триггеров 3 и 4 соединен с выходом ЗГ. Выход триггера 3 формирователя сигнала запуска осциллографа подключается к входу синхронизации осциллографа. Выход развязывающего триггера 4 связан с входом формирователя импульсов на триггере Шмитта 5. Выход формирователя импульсов 5 подключен ко входу транзисторного ключа 6 на транзисторе КТ316, а коллектор транзистора КТ316 связан с зондом 8. Измеряемый сигнал поступает на осциллограф с внешнего пункта 7, через который генератор связан с "землей". Питание генератора развязано за счет использования высокочастотного разделительного трансформатора 9 с разнесенными обмотками, емкость между которыми незначительна.

Устройство работает следующим образом. Задающий генератор ЗГ на триггере Шмитта 2 выдает сигнал амплитудой -2,5 В на вход двух развязывающих триггеров Шмитта 3 и 4. Период повторения и длительность импульсов определяются параметрами R1 и C1-цепочки, входящей в ЗГ. С выхода развязывающего триггера 3 снимается сигнал для запуска горизонтальной развертки осциллографа. С триггера 4 через RC-цепочку сигнал подается на формирователь импульсов на триггере 5. Все 4 триггера Шмитта выполнены в виде микросхемы серии ТТЛ.

Триггер 5 формирует сигнал с коротким фронтом нарастания импульса порядка нескольких наносекунд. Сигнал через резистор R3 подается на базу транзистора КТ316, который выдает прямоугольный импульс. Короткий фронт импульса порядка нескольких наносекунд достигается за счет использования быстродействующих элементов триггеров Шмитта серии ТТЛ и высокочастотного ключевого транзистора КТ316 6. Максимальная амплитуда выходного сигнала с транзистора составляет -30 В. Малое время нарастания импульса достигается также за счет того, что паразитная емкость измерительной схемы не влияет на сигнал в цепи зонда, т.к. не шунтирует его.

Электропитание устройства /фиг. 2/ осуществляется через разделительный высокочастотный трансформатор 9 на ферритовом кольце с разнесенными обмотками. На первичную обмотку 10 подается напряжение от внешнего высокочастотного генератора. Обмотка 11, с которой снимается напряжение питания, имеет малую емкостную связь с первичной обмоткой трансформатора 10. Питание элементов схемы импульсного генератора идет от выпрямителя 12. Генератор с корпусом плазменной установки или космического летательного аппарата связан только через измерительное сопротивление /R5/, поэтому выход импульсного генератора, связанный с зондом, не шунтируется емкостью измерителя /осциллографа/, что позволяет выполнять измерения формы тока зонда с малой погрешностью.

Малый размер устройства /-2 см³/ позволяет помещать генератор рядом с зондом, вследствие чего паразитная емкость соединительных проводов практически не ухудшает фронта импульса в зондовой цепи.

Устройство позволяет получить импульсы напряжения прямоугольной формы со временем нарастания фронта порядка нескольких наносекунд. Короткий фронт нарастания импульсов необходим из-за быстроменяющихся процессов в плазме.

Измерительная часть выполняется низкоомной для уменьшения постоянной времени измерительной цепи, что приводит к уменьшению искажения формы сигнала на измерительном приборе.

Формула изобретения

Устройство для нестационарной зондовой диагностики плазмы, содержащее импульсный генератор, включающий формирователь импульсов и транзисторный ключ, зонд, измерительную цепь и цепь питания зонда, отличающееся тем, что оно снабжено задающим генератором на триггере Шмитта, развязывающими триггерами Шмитта, разделительным высокочастотным трансформатором, при этом выход задающего генератора соединен с развязывающими триггерами, выход одного из которых связан с формирователем импульсов, выход которого связан с транзисторным ключом, выход которого связан с зондом, а выход другого триггера связан с входом синхронизации осциллографа, при этом измерительная цепь и зонд подключены к разным полюсам импульсного генератора, а сам импульсный генератор подключен к источнику электропитания через разделительный высокочастотный трансформатор с разнесенными обмотками.

РИСУНКИ

Рисунок 1