快速静电探针测量仪的设计和开发

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1、中国科学技术大学硕士学位论文快速静电探针测量仪的设计和开发姓名：晋荣申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：程健20100430摘要摘要静电探针测量仪是主要用于等离子体参数测量的一种仪器设备。在常规测量仪的基础上设计开发出快速型的测量仪，可进一步拓展其应用范围，如脉冲等离子体参数的时间分布、稳态等离子体参数的时空分布、等离子体参数的实时监测、乃至高温等离子体参数的诊断等，因此具有很好的应用开发价值。针对静电探针测量系统快速性这一核心问题，进行了方案综合分析和软硬件平台的设计；针对具体实现过程中一些关键性的技术问题，进行了设计分析与实验验证，这

2、为快速静电探针测量仪的产品化提供了必要的技术基础。具体工作内容如下：1、根据等离子体参数测量的用户需求，明确了快速静电探针测量仪的主要技术指标，在设计方案中，硬件平台核心由ARM9处理器和FPGA构成，具体进行了整个硬件系统的电路设计。2、根据静电探针测量中扫描电压需要高速高压的性能要求，设计并研制了快速高压锯齿波信号放大模块，这为脉冲等离子体参数测量中需要提供无畸变的快速扫描输出奠定了重要的基础。3、设计并实现了高速电流信号的前级I/V转换、后级调理和高速数据采集电路系统及功能，为快速、准确获得探针电流数据提供了必要的保障。4、实现了与探针测量仪配套的直

3、线机械扫描系统的控制功能，为进行等离子体参数空间分布的快速测量提供了条件，从而进一步提高了整个测量系统的自动化水平。5、设计了ARM9和FPGA对外连接通道的隔离电路，增强了系统的抗干扰能力，提高了ARM9和FPGA运行的可靠性。关键词：等离子体静电探针快速性ARMFPGA高压锯齿波信号调理空间分布IABSTARCTABSTRACTTheLangmuirprobemeasuringinstrumentisaninstrumentdevicemainlyusedforplasmaparametermeasurement.Designinganddevelop

4、ingafasttypeofmeasuringinstrumentbasedontheconventionalmeasuringinstrument,canfurtherexpanditsrangeofapplications,suchasthetimedistributionofpulsedplasmaparameters、spatialandtemporaldistributionofsteady-stateplasmaparameters,thereal-timemonitoringofplasmaparameters,aswellasthediag

5、nosisofhightemperatureplasmaparameters,soithasgoodapplicationvalue.Forrapidoftheprobemeasurementsystem,consuctedaschemeofcomprehensiveanalysisanddesignofsoftwareandhardwareplatform;forthekeytechnicalissuesinspecificrealization,thedesignanalysisandexperimentalverificationhasbeendon

6、e.ThisworkprovidesthetechnicalbasisforthecommercializationofthefastLangmuirprobemeasuringinstrument.Theresearchworkofthispaperliesinthefollowingareas:1,Accordingtouserneedsofplasmaparametersmeasurement,clearedthemajortechnicalindicatorsofthefastLangmuirprobemeasuringinstrument.Int

7、hedesign,thecoreofhardwareplatformisARM9processorandtheFPGA,theentirehardwaresystemcircuithasbeendesigned.2,Accordingtotherequirementofhighspeedandhighvoltageintheprobevoltagescanning,designedanddevelopedafasthighvoltagesawtoothsignalamplifyingmodule,thislaidanimportantfoundationf

8、ortheoutputwithoutdistortioninthe