Устройство для зондовой диагностики плазмы Советский патент 1989 года по МПК G01R1/06 

ел- to ел ел

сх

10

20

25

Изобретение относится к измери-г тельной технике и может быть использовано при диагностике плазмы.

Цель изобретения - повьппение 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 3 ступенчатого пилообразного напряжения (ГСПН). Выход усилителя 3 тока связан с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) бис одним из входов блока 7 сравнения, другой вход блока 7 сравнения соединен с выходом источника 8 опорного напряжения (ИОН), а выход - с входом блока 9 выборки-хранения, выход которого в свою очередь связан с управляюищм входом источника 4. Выход АИД 6 соединен с входом процессора 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 блока 14 управлеш я (БУ) соединен с внешним устройством запуска, вырабатывающим сигнал Пуск, а выходы - с управляющими входами ГСПН 5, блока 9, АЦП 6, процессора 10 данных и согасующего блока 12.

В качестве источника А использован змерительный стабилизатор напряжения постоянного тока с регулируемым выходом П136М.

Блок 14 управления (фиг. 2) содерит первый одновибратор 15, выход которого соединен с установочными входами первого D-триггера 16, первоо и второго счетчиков 17 и 18, установочный вход третьего счетчика 19 оединен с выходом первого элемента 2ИЛИ 20, один из входов которого со- единен с объединенными входами по И элемента 2И-21-ШИ 21, выход которого соединен с тактирующими входами второго и третьего D-триггеров 22 и 23, а также через первый элемент 24 за30

35

40

45

50

55

0

0

5

0

5

0

5

0

5

держки - с одним их входов второго элемента 2ИЛИ 25, выход которого соединен с тактирующим входом четвертого D-триггера 26, выход которого соединен с одним из входов первого элемента ЗИ 27, выход которого соединен с входом третьего блока 28 задержки. Блок управления содержит также третий элемент 2НЛИ 29, четвер- тьй элемент 2ИЛИ 30, элемент 2И 31, второй одновибратор 32, первый элемент НЕ 33, второй элемент 34 задержки, выход которого соединен с входом второго элемента НЕ 35, одним из входов второго элемента ЗИ 36, и третий элемент НЕ 37.

Устройство ,для зондовой диагностики работает следующим образом.

При подаче на упранляющий вход блока 14 управления сигнала Пуск он устанавливает 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- I

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 АДП при помогда блока 14 управления синхронизирован со 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 ст Т1еней 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, вырабатьша- емым источником 8 опорного напряжения. Сигнал рассогласования на вьссо51

де блойа 7 сравнения управляет источником А, так что ток зонда становится ранным опорному току. В процессе измерения при разомкнутой цепи стабилизации эондоБого тока блок 9 переходит п режим хранения и поддерживает на управляющем входе источника 4 напряжение, компенсирующее систематическую погрешность понда. Такик образом, в промежутках между измерениями происходит стабилизация тока зонда по цепи: блек сравнения, блок 9 выборки-хранения, источник 4.

После каждого цикла измерения по командам блока 14 управления происходит считывание данных ;:з запоминающего блока ЛЦП 6 в процессор 10 данных, где они суммируются п.; каналам, количество которых равно количеству ступеней квантования напряжения ГСПН 5 и отсыпаются я блок 1 1 памяти.

Пос1те определенного числа циклон измерения,, ладаваемого блоко 14 управления, накопленные в каждом канале памяти данные усредняются. На этом заканчивается этап измерения и обработки данных.

Для вывода дачны. на р1. гистр тор 13 бт оком 14 управления вfaIдл JT..:я соответствующие команды на процессор 10 данных, согласующий блок 12

и ГСГГН 5, в результате которых про- I

исходит последовательная выборка данных и отражетте их на регистраторе в координатах напряжение зонда - ток зовда.

Блок управления работает следующим образом.

Сигнал Пуск (фиг. 3) запускает одновибратор 15. По переднему фронту импульса сдновибратора 15 происходит сброс в ноль D-триггера 15 (Т) , счетчиков 17 (Сч) и 13 (Сч), а также счетчика 19 (Сч) через элемент 2И.ПИ 20 (Э) и установка в исходное состояние ГСПН 5 и процессора 10 данных. Одновременно через элемент 2И-2ИЛИ 2 (Э) импульс одновибратора 15 устанавливает П-тригт-ер 22 (Т) , в Г , размыкая тем самым цепь стабилизации зондового тока (БВХ 9) и устанавлива ОЗУ АЦП в режим записи, а также D- триггар 23 (Т) н 1, что привпцит к запиранию согласующего блока 12 (фиг. 1). Далее импульс одновибратора 15 задерживается элементом 24 задержки (33) на время , и через эле76

мент 2И, Ш 2 i (Э) устанаьпирает D- триггер 26 в запуская тем самым через элемент 21-J (иаходгп-ся в блог.е ГСПН 5) ГСПН. Длительность задерж- , ки 1 выбирается исхс)ЦЯ из времени переключении БВХ ия рыборки в режим хранет1Я. Одновременно D- триггер 26 устана1 1иваст оаэрешающий

уровень на входе элемента ЗИ 27 (Э), тек что имгульс, от генератора такТо- вьк: импульсов ГСП 5, проходя через элег.ент 315 27 и блок 28 задержки (ЭЗ) , запускают АЦП 6 по каждой ступени

квантоганк. ГСПН 5. По концу преобра- зоиа-гия АЦП вырабатывает иьшульс, который чепс--:: эломГ1 т 211Г1Ц 29 (Э) пос- на сче-гчпй вход счетчи ;а 19. В р:: ультате 17осле r.:a;.a;jro iipeo6pa3oзаниг счетчт-к 19 изменяет адрес ОЗУ . А.Ш 6 на рдннчцу. Госле определенного количества 1 а;черет11-Й5 рарногс копи- чсству ступеней квантования напряжения 5, В:. старшего разряда

о.четчпка 19 г-еняет свое состояние и сбрасывает в ноль D-триггср 22, а следовательно,, переводит БВХ 9 из режима хсаиени;; в выборки и ус- янлв 1икает ОЗ А;1П 6 з режзм считы- .

вапмк, через э гсмеит 30 (Э)

сбрасывает и чолч П- ; )эиг, 26, запирая уакнм сбразом ГСПН 5, и через элемент 2И.1И 20 сбрасывает счетчик 19 в ноль. Cviноьременно иг мснение сое- тояния счетчикг- приводит к изменению состояния 0-триг ера 16, которьй ус- таналлиьагт разрешаюший уровень на входе, элемента 2М 3: (Э) , так что импульсы от генератора тактовых импульсов ГСПН 5 через элемент 2И 31 и 2HT}i 29 поступают на счетный вход счсггчика 19 изменяя тем самы:- адреса ОЗУ АЦП. Синхронно пост л1ают управляющие импульсп на запись дан

кых в пропессор 10 данных с последующим их суммированием. По окончании записи данных в профессор 10 данных выход старшего разряда счетчика 19 меняет свое состояние и вновь устана- вливает себя и D-триггер 16 в исходное СОСТОЯНИЙ. Б результате изменения состояния Б-триггера 16 счзтчик 17 по фронту увепичивает iiri единицу свое значение, а одповибратор 32 (ОВ) вьгоабатывает и тульс, который осуществляет повторный - апуск устройства.

После определенного чиспя киклов измерений вькод старшего разряда

счетчика 17 меняет свое состояние и через элемент НЕ 33 (Э) запирает элемент 2И-2ИЛИ 21 для повторньк запусков устройства. Одновременно фронт изменения состояния счетчика

17поступает на элемент 34 задержки (ЭЗ), где задерживается на время Г необходимое для усреднения данных в процессоре 10 данных. По истечении этого времени устанавливается в.состояние передачи данных согласующее устройство 12 (через D-триггер 23), запускается ГСПН 5 (через элемент 2Ш1И 25 и D-триггер 26), запирается элемент ЗИ 27 (через элемент НЕ 35), блокируя запуск АЦП, и отпирается элемент ЗИ 36 (Э), так что импульсы от генератора тактовых импульсов ГСПН 5 поступают на счетншй вход счетчика 1 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

18меняет свое состояние и через элемент НЕ 37 (Э) запирает элемент ЗИ 36 и одновременно через элемент 2HJni 30 и D-триггер 26 запирает ГСПН 5.

Введение в устройство допалнитель ных узлов позволяет скомпенсировать систематическую погрешность, обусловленную смещением зондовой вольт-амперной характеристики в процессе измерения с усреднением. В случае смещения зондовой вольт-аМПерной характеристики ток зонда равен

bi

1„ Kflt,

(1)

где Iр - истинное значение зондового

тока; C:t - длительность одного цикла

измерения;

К - коэффициент, характеризующий скорость изменения зондового тока во времени. Через п циклов измерений усредненное значение зондового тока равно

п

31

п

(2)

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

1, I

.Kftn

Тогда систематическая погрешность измерения равна

с

1эI 2

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

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 0 0.

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

о

Формула изобретения

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, регистратор и блок управления, причем выход генератора ступенчатого гшлообразного 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 памяти, выход процессора данных соединен с входом согласующего блока, выход, которого соединен с вторым входом регистратора, выходы блока управле-- ния соединены с управляющими входами генератора ступенчатого пилообразного напряжения, аналого-цифрового преобразоват&пя, процессора данных и согласующего блока, отличающееся 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

к входу аналого-цифрового преобразователя и к входу блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу источника опорного напряжен 1я, а выход - к входу блока выборки-хранния, 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. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок пра вления содержит двч одновибратора, три счетчика, четыре D-триггера, три элемента задержки, четыре элемента 2ИЛИ, два элемента ЗИ, три элемента НЕ, элементы 2И и 2И-2ИЛН, причем вход первого одновибратора соединен с шиной Пуск, а выход - с двумя входами, объединенными по И элемента 2И-2ИЛИ, одним из входов первого элемента 2ИЛИ и установочными входами первого D-триггера,первого и второго счетчиков, а также генератора ступенчатого пилообразного напряжения и процессора данньгх , два других входа элемента 2Н-2ИЛИ, объединенных по И, соединены соответственно с выходом второго одновибратора и с выходом первого элемента НЕ, вь:ход элемента 2И-2ИЛИ соединен с тактирующими входами второго и третьего D-триггеров 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-цифрового 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 НЕ с одш1м из входов первого элемента ЗИ, с выходом второго элемента задерки, с одним иэ входов второго элемен ЗИ и с одним из управляю цих входов процессора данных, выход второго

o

5

0

5

0

5

0

5

элемента 2ШШ соединен с тактирую- 1ЦИМ входом четвертого D-триггера, выход которого подключен к второму 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 через третий элемент задержки с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, один из входов третьего элемента 2И.ТИ соединен с У1 раш;яюпц м выходом аналого-ц1 Фрово- го преобразователя, а другой - с вто- pы управляющ 1м входом процессора данных и выходом элемента 2И, выход третьего элемента 2ИЛ1 подключен к тактирующему входу третьего счетчика, установочньй вход которого соединен с выходом первого элемента 2ИЛИ, выходы третьего счетчика, кроме старшего разряда, соединены с адресной шиной оперативного запоминающего блока аналого-цифрового преобразователя, выход старшего разряда Tpi Tbero счетчика подключен к такти- руюо1ему входу первого D-триггера, установочно)у входу второго D-триггера,, к второму входу первого элемента 2ИЛИ и к одному из входов четвертого элемента 2ИЛН, прямой вькод первого Г)-триггера соединен с вторым входом элемента 2И, инверсный выход соединен со своим D-входом, входом второго одновибратора и тактирующим входом первого счетчика, выход старшего разряда которого подключен к входам первого элемента НЕ и 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 НЕ - с третьим входом второго элемента ЗИ, вькод четвертого элемента 2ИЛИ соединен с установочным входом четвертого D-триггера, D-входы второго, третьего и четвертого D-триггеров подключены к источнику логическоз единицы.

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.