новая папка / 4006404

4006404-Desc-ru var ctx = "/emtp"; The translation is almost like a human translation. The translation is understandable and actionable, with all critical information accurately transferred. Most parts of the text are well written using a language consistent with patent literature. The translation is understandable and actionable, with most critical information accurately transferred. Some parts of the text are well written using a language consistent with patent literature. The translation is understandable and actionable to some extent, with some critical information accurately transferred. The translation is not entirely understandable and actionable, with some critical information accurately transferred, but with significant stylistic or grammatical errors. The translation is absolutely not comprehensible or little information is accurately transferred. Please first refresh the page with "CTRL-F5". (Click on the translated text to submit corrections)

Patent Translate Powered by EPO and Google

French

German

  Albanian

Bulgarian

Croatian

Czech

Danish

Dutch

Estonian

Finnish

Greek

Hungarian

Icelandic

Italian

Latvian

Lithuanian

Macedonian

Norwegian

Polish

Portuguese

Romanian

Serbian

Slovak

Slovene

Spanish

Swedish

Turkish

  Chinese

Japanese

Korean

Russian

      PDF (only translation) PDF (original and translation)

Please help us to improve the translation quality. Your opinion on this translation: Human translation

Very good

Good

Acceptable

Rather bad

Very bad

Your reason for this translation: Overall information

Patent search

Patent examination

FAQ Help Legal notice Contact УведомлениеЭтот перевод сделан компьютером. Невозможно гарантировать, что он является ясным, точным, полным, верным или отвечает конкретным целям. Важные решения, такие как относящиеся к коммерции или финансовые решения, не должны основываться на продукте машинного перевода.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ US4006404A[]

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ BACKGROUND OF THE INVENTION Настоящее изобретение в целом относится к исследованию плазмы и, более конкретно, к модуляции устройств диагностики плазмы с зондом Ленгмюра. This invention relates generally to plasma investigation and more particularly to modulation of Langmuir probe plasma diagnostic devices. Зонд Ленгмюра представляет собой экспериментальное устройство для определения плотности плазмы и функций распределения энергии, обладающее внутренними диагностическими возможностями, которые легко применяются в лабораторных исследованиях и исследованиях ионосферной плазмы. В своей простейшей форме зонд представляет собой металлический электрод цилиндрической, плоской или сферической геометрии, который собирает ток из плазмы при приложении напряжения. Токосъемные свойства зонда, конкретно называемые вольтамперной характеристикой (ВАХ) зонда, дают основную информацию об исследуемой плазме. Если эта вольт-амперная характеристика искажена каким-либо возмущающим механизмом, точность метода может быть серьезно подорвана. The Langmuir probe is an experimental device for the determination of plasma densities and energy distribution functions which has intrinsic diagnostic capabilities that are readily applied to laboratory and ionospheric plasma investigations. In its simplest form, the probe is a metallic electrode of cylindrical, planar, or spherical geometry, which collects current from a plasma when a voltage is applied. The probe's current collection properties, specifically referred to as the probe's current-voltage (I-V) characteristic, yield the basic information on the plasma under investigation. If this current-voltage characteristic is distorted by some perturbing mechanism, the accuracy of the technique can be seriously compromised. В традиционном подходе к работе зонда Ленгмюра зонд управляется непрерывной разверткой напряжения, такой как линейное пилообразное напряжение. Имеются убедительные доказательства того, что этот стандартный подход к диагностике зонда Ленгмюра с непрерывной разверткой может привести к серьезным искажениям вольт-амперной характеристики, измеренной в средах с загрязняющей плазмой. Эти искажения могут проявляться в виде гистерезиса на ВАХ. Многие исследователи связывают такое поведение с наслоением инородного материала на поверхности зонда, что приводит к изменениям эффективной работы выхода зонда. Если эти изменения происходят в интервале измерений, то ВАХ искажается, что приводит к ошибочным определениям плотностей заряженных частиц и функций распределения по энергии. In the conventional approach to Langmuir probe operation, the probe is driven by a continuous voltage sweep such as a linear sawtooth voltage. There is considerable evidence that this standard continuous sweep approach to Langmuir probe diagnostics can lead to serious distortions of the current-voltage characteristic measured in contaminating plasma environments. These distortions can manifest themselves as hysteresis in the current-voltage characteristic. Numerous investigators attribute this behavior to the layering of foreign material on the surface of the probe which results in variations of the effective work function of the probe. If these variations occur during the measurement interval, the current-voltage characteristic is distorted, resulting in erroneous determinations of charged-particle densities and energy distribution functions. Существует два традиционных подхода к устранению или обходу проблемы поверхностного загрязнения зондов Ленгмюра. Один из подходов заключается в периодической очистке поверхности зонда ионной бомбардировкой или нагреванием зонда. Второй подход допускает наличие загрязняющего слоя и пытается обойти связанные с этим трудности за счет свипирования напряжения зонда со скоростями, значительно превышающими время, в течение которого может измениться работа выхода зонда. Этот подход заключается в сокращении периода напряжения развертки до значения, меньшего, чем постоянная времени, связанная с загрязнением поверхности. There are two conventional approaches to eliminate or circumvent the problem of surface contamination on Langmuir probes. One approach is to periodically clean the probe surface by ion bombardment or by heating the probe. The second approach allows the existence of a contaminating layer and attempts to circumvent the associated difficulties by sweeping the probe voltage at rates which significantly exceed the time within which the probe work function can change. This approach is to reduce the period of the sweep voltage to a value shorter than the time constant associated with the surface contamination. Процедура периодической очистки зонда имеет ограниченное применение, поскольку сразу после окончания процесса очистки могут образовываться новые слои загрязнения. При наличии высоких скоростей сорбции может потребоваться еще одна очистка в течение нескольких секунд после завершения предыдущей очистки. Использование короткого периода для напряжения развертки находит свои основные ограничения в значениях эффективной постоянной времени поверхностного слоя загрязнения, что может налагать неприемлемо высокие скорости развертки на зондирующее напряжение. В лабораторных экспериментах часто можно работать с высокими скоростями развертки, но возникают трудности в ракетных или спутниковых приложениях, где ограничения на скорость передачи данных накладываются телеметрией. При больших скоростях развертки и малых скоростях телеметрии снижается разрешающая способность вольт-амперной характеристики и снижается точность измерения. The periodic probe cleaning procedure is of limited use because new contamination layers can develop immediately after the cleaning process is ended. In the presence of high sorption rates another cleanup may be necessary within seconds of the preceding cleanup termination. The use of a short period for the sweep voltage finds its basic limitations in values of the effective time constant of the surface contamination layer, which can impose unworkably high sweep rates on the probe voltage. High sweep rates can often be handled in laboratory experiments but difficulties arise in rocket or satellite applications where data rate constraints are imposed by telemetry. At high sweep speeds and low telemetry rates, resolution of the current-voltage characteristic is lowered and the accuracy of measurement is reduced. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ SUMMARY OF THE INVENTION Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает повышенную надежность и универсальность измерений зондом Ленгмюра в плазме за счет уменьшения временной дисперсии состояния поверхности электрода. Процедура импульсного напряжения используется для поддержания однозондового состояния поверхности в течение всего периода сбора вольт-амперной характеристики. Пробное напряжение представляет собой управляемую электроникой прерывистую модулированную развертку импульсов, в которой амплитуда импульса соответствует пилообразной огибающей. В частности, электронный формат представляет собой последовательные последовательности из четырех импульсов, которые генерируют отдельные точки данных ВАХ для вольт-амперной характеристики пробника. Пятый импульс гасится, так что ток, собранный при фиксированном базовом напряжении в течение периодов между импульсами, можно контролировать и использовать в качестве меры возможных изменений в системе зонд-плазма. Длительность импульса развертки, как и частота его следования, могут изменяться в широких пределах. Время развертки, амплитуда развертки, время между импульсами и базовое напряжение также могут быть адаптированы к конкретному эксперименту или могут регулироваться независимо во время исследования. Accordingly, the present invention provides improved reliability and versatility in Langmuir probe measurements in plasmas by reducing the time variance of electrode surface conditions. A pulsed-voltage procedure is employed to maintain a single-probe surface condition throughout the collection period of the current-voltage characteristic. The probe voltage is an electronically controlled, discontinuous, modulated sweep of pulses in which the pulse amplitude follows a sawtooth envelope. Specifically, the electronic format presents consecutive sequences of four pulses which generate distinct I-V data points for the probe's current-voltage characteristic. The fifth pulse is blanked out so that current, collected at a fixed baseline voltage during the interpulse periods, can be monitored and used as a measure of possible variations in the probe-plasma system. The duration of a sweep pulse, as well as its repetition rate, can be varied over wide limits. The sweep time, sweep amplitude, interpulse time, and baseline voltage can also be tailored to fit a given experiment or can be adjusted independently during an investigation. Ток зонда всегда замеряется во время субинтервала внутри импульса развертки, при этом положение субинтервала и длительность настраиваются отдельно. Эта выборка тока также происходит идентичным образом в течение периода, соответствующего гашенному пятому импульсу. The probe current is always sampled during a subinterval within a sweep pulse, with the subinterval position and duration being separately adjustable. This current sampling also occurs in identical fashion during the period corresponding to the blanked-out fifth pulse. Таким образом, целью настоящего изобретения является обеспечение точных измерений плотности плазмы и параметров распределения энергии в загрязненной системе зонд-плазма. It is, therefore, an object of the present invention to provide for accurate measurements of plasma density and energy distribution parameters in a contaminated probe-plasma system. Другой целью настоящего изобретения является создание способа исследования плазмы, который позволяет поверхности ленгмюровского зонда прийти в равновесие с загрязняющей средой и поддерживать состояние равновесия поверхностного слоя и поверхностного заряда в течение всего периода измерения. Another object of the present invention is to provide a method for plasma investigation that allows the Langmuir probe surface to come into equilibrium with a contaminating environment and maintains the equilibrium condition of the surface layering and surface charge throughout the measurement period. Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение безгистерезисной диагностики плазмы с помощью ленгмюровского зонда. A further object of the present invention is to provide hysteresis-free Langmuir probe plasma diagnostics. Другая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить работу ленгмюровского зонда, которая не требует нагревания или поддерживающей схемы ионной бомбардировки для уменьшения влияния поверхностного загрязнения. Another object of the present invention is to provide Langmuir probe operation that does not require heating or ion-bombardment support circuitry to reduce the effects of surface contamination. Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение надежной работы зонда Ленгмюра в широком диапазоне поверхностных условий. Yet another object of the present invention is to provide Langmuir probe operation which is reliable over a large range of surface conditions. Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить надежную работу зонда Ленгмюра в широком диапазоне частот развертки. A further object of the present invention is to provide Langmuir probe operation which is reliable over a large range of sweep frequencies. Еще одной целью настоящего изобретения является создание устройства, позволяющего оценивать влияние заряда на загрязненные поверхности в системах зонд-плазма. Still another object of the present invention is to provide a device which permits evaluation of charging effects on contaminated surfaces in probe-plasma systems. Еще одной целью настоящего изобретения является исследование отклика плазмы на импульсные электрические поля. A still further object of the present invention is to provide for study of plasma response to pulsed electric fields. Другой целью настоящего изобретения является обеспечение стандартного анализа энергии электронов с помощью задерживающего поля даже в условиях флуктуирующих плотностей плазмы. Another object of the present invention is to provide for standard retarding-field analysis of electron energy even under conditions of fluctuating plasma densities. Другой целью настоящего изобретения является минимизация эффектов истощения заряда и связанного с этим возмущения условий равновесия окружающей среды во время диагностики с помощью ленгмюровского зонда. Another object of the present invention is to minimize the effects of charge depletion and the associated perturbation of ambient equilibrium conditions during Langmuir probe diagnostics. Другие цели и многие из сопутствующих преимуществ будут легко оценены по мере того, как настоящее изобретение станет более понятным при обращении к последующему подробному описанию, рассмотренному вместе с прилагаемыми чертежами. Other objects and many of the attendant advantages will be readily appreciated as the subject invention becomes better understood by reference to the following detailed description, when considered in conjunction with the accompanying drawings. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS ИНЖИР. 1 иллюстрирует непрерывную и модулированную формы волны зондирующего напряжения; FIG. 1 illustrates continuous and modulated probe voltage waveshapes; ИНЖИР. 2 иллюстрирует развертку с импульсной модуляцией в расширенной временной шкале; FIG. 2 illustrates the pulse modulated sweep in expanded time scale; ИНЖИР. 3 иллюстрирует блок-схему импульсного плазменного зонда; FIG. 3 illustrates a block diagram of the pulsed plasma probe; ФИГ. 4-11 представляют собой электрические схемы частей импульсного плазменного зонда, в частности: FIGS. 4-11 are electrical schematic drawings of portions of the pulsed plasma probe, and in particular: ИНЖИР. 4 иллюстрирует генератор развертки; FIG. 4 illustrates the sweep generator; ИНЖИР. 5 иллюстрирует мультивибратор и логическую схему; FIG. 5 illustrates multivibrator and logic circuitry; ИНЖИР. 6 иллюстрирует модулятор развертки; FIG. 6 illustrates the sweep modulator; ИНЖИР. 7 показаны электрометры, дифференциальный усилитель, выпрямитель и схема контроля полярности; FIG. 7 illustrates the electrometers, differential amplifier, rectifier, and polarity monitor circuitry; ИНЖИР. 8 иллюстрирует переключатель шкалы и селектор схемы усиления; FIG. 8 illustrates the scale changer and gain circuitry selector; ФИГ. 9 и 10 иллюстрируют логику переключения электрометра; FIGS. 9 and 10 illustrate electrometer switch logic; ИНЖИР. 11 иллюстрирует схему монитора; а также FIG. 11 illustrates the monitor circuitry; and ИНЖИР. 12 представлена модель явления поверхностного расслоения. FIG. 12 is a model of the surface layering phenomenon. ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВОПЛОЩЕНИЯ DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Ссылаясь теперь на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые или соответствующие части на нескольких видах и, в частности, на фиг. 12 представлена модель явления поверхностного расслоения, которая схематически изображает загрязненный зонд, погруженный в плазму. Механизмы образования поверхностного слоя загрязнения не всегда легко идентифицировать, но вклад может исходить от осаждения распыленного материала из других твердых тел в системе или от сорбции газов и паров в самой плазме. Например, идеально очищенный и дегазированный зонд при погружении в неионизированную газовую среду немедленно начинает поглощать и поглощать окружающие нейтральные частицы. Если эти частицы непроводящие, образуется изолирующий слой. Этот слой феноменологически представлен емкостью Cc и сопротивлением утечки Rc на фиг. 12. Когда плазма является частью окружающей среды и к зонду приложено напряжение V, заряженные частицы будут течь к загрязненной поверхности зонда, заряжать соответствующую емкость Cc и одновременно изменять поверхностный слой абсорбата путем бомбардировки. Referring now to the drawings, wherein like reference characters designate like or corresponding parts throughout the several views and, more particularly to FIG. 12, there is illustrated a model for the surface layering phenomenon which schematically depicts a contaminated probe immersed in a plasma. The mechanisms for the development of the surface layer of contamination are not always easily identified but contributions may come from the deposition of sputtered material from other solids in the system or from the sorption of gases and vapors in the plasma itself. For example, a perfectly cleaned and outgassed probe when immersed in an unionized gas medium immediately begins to absorb and occlude the ambient neutral species. If these species are nonconductive, an insulating layer will develop. This layer is phenomenologically represented by capacitance Cc and leakage resistance Rc in FIG. 12. When a plasma is part of the environment and a voltage V is applied to the probe, charged particles will flow to the probe's contaminated surface, charge up the associated capacitance Cc, and simultaneously alter the absorbate surface layer by bombardment. Наслоение инородного материала на поверхность зонда приводит к изменению работы выхода зонда. The layering of foreign material on the surface of the probe results in a variation of the probe's work function. Эти изменения состояния поверхности зонда и их зависимость от приложенного напряжения зонда могут проявляться в виде гистерезиса на ВАХ, когда на зонд подается симметричное пилообразное напряжение. Если ВАХ не воспроизводится идентично в участках с положительным и отрицательным наклоном приложенного пилообразного напряжения, получается знакомая кривая гистерезиса. Можно изменять напряжение зонда настолько медленно, что точки данных (ВАХ) приходят к идентичным равновесным значениям в участках с положительным и отрицательным наклоном приложенного пилообразного напряжения, так что измерения оказываются ошибочными, но исследователь не имеет преимущества явный гистерезис. These variations in the probe's surface condition and their dependence upon the applied probe voltage can manifest themselves by hysteresis in the I-V characteristic when the probe is driven with a symmetric sawtooth voltage. If the I-V characteristic is not identically reproduced in the positively and negatively sloped portions of the applied sawtooth voltage, the familiar hysteresis curve results. It is possible to sweep the probe voltage so slowly that the (I-V) data points come to identical equilibrium values in the positively and negatively sloped portions of the applied sawtooth voltage so that the measurements are in error but the investigator does not have the advantage of telltale hysteresis. Когда загрязнение поверхности является проблемой, обычные ленгмюровские датчики показывают более «горячее» распределение электронов, чем реально присутствующее в окружающей среде, и более «горячее» распределение, чем те, которые измеряются «чистым» датчиком. Зарядка емкости Cc, связанная со слоем загрязнения, также может привести к неизвестному напряжению смещения Vc поперек слоя, что вносит вклад в неопределенность в определении фактического напряжения, прикладываемого к плазме электродами с фиксированным потенциалом. Эти проблемные области накладывают на экспериментаторов подлинные ограничения и заставляют исключать загрязняющие вещества из системы или устранять искажения в измерениях путем некоторой модификации экспериментальной техники. Поскольку первый подход не всегда осуществим, экспериментатор должен использовать метод, который сводит к минимуму искажения, вызванные загрязнением поверхности. When surface contamination is a problem, conventional Langmuir probes have indicated "hotter" electron distributions than actually present in the ambient medium and hotter distributions than those measured by a "clean" probe. The charging of capacitance Cc associated with the contamination layer can also result in an unknown offset voltage Vc across the layer, contributing to uncertainties in determining the actual voltage imposed on a plasma by fixed-potential electrodes. These problem areas impose genuine constraints upon experimenters and make it necessary to eliminate the contaminating species from the system or circumvent the distortions in measurement by some modification in the experimental technique. Since the former approach is not always feasible, it is incumbent upon the experimenter to utilize a technique which minimizes the distortion produced by surface contamination. Чтобы устранить вышеупомянутые проблемы и повысить надежность и универсальность измерений зонда Ленгмюра, в настоящем изобретении используется процедура импульсного напряжения, которая поддерживает одно состояние поверхности зонда в течение всего периода сбора ВАХ. Эта процедура допускает существование слоя загрязнения, но сохраняет слой и связанное с ним падение потенциала на постоянном уровне. To eliminate the aforementioned problems and to improve the reliability and versatility of Langmuir probe measurements, the present invention employs a pulsed-voltage procedure which maintains a single probe surface condition throughout the collection period of the I-V characteristic. This procedure allows the existence of a contamination layer but keeps the layer and its associated potential drop at a constant level. Обращаясь теперь к фиг. 1, непрерывное напряжение симметричной пилообразной развертки представляет собой обычный подход к работе зонда Ленгмюра, в то время как модулированная развертка представляет собой метод настоящего изобретения. Метод импульсного зондирования плазмы использует прерывистую модулированную развертку импульсов, следующих за пилообразной огибающей. Конфигурация волны такова, что зонд находится в своем базовом потенциале VB в течение периода, значительно превышающего ширину импульса. ИНЖИР. 2 представляет собой расширенную временную шкалу импульсно-модулированной развертки, показывающую два последовательных импульса с длительностью импульса и базовой линии, обозначенной как τ ON и .tau. Б соответственно. Можно видеть, что пробный ток всегда замеряется в течение субинтервала внутри импульса развертки с позицией субинтервала .tau. D и продолжительность выборки tau.i регулируют таким образом, чтобы плазма могла достичь стационарного состояния. Таким образом, устраняются переходные процессы в цепи, которые могут вызвать искажения в сигнале тока. Referring now to FIG. 1, the continuous symmetric-sawtooth sweep voltage represents the conventional approach to Langmuir probe operation while the modulated sweep represents the technique of the present invention. The pulsed plasma probe technique employs a discontinuous modulated sweep of pulses following a sawtooth envelope. The configuration of the wave is such that the probe rests at its baseline potential VB for a period which is much longer than the pulse width. FIG. 2 is an expanded time scale of the pulse-modulated sweep showing two successive pulses with pulse and baseline durations identified as .tau. ON and .tau. B, respectively. It can be seen that the probe current is always sampled during a subinterval within a sweep pulse, with the subinterval position .tau. D and sampling duration .tau.i adjusted so that the plasma may achieve a steady-state condition. Thus circuit transients which may cause distortions in the current signal are eliminated. В соответствии с методом импульсной модуляции время развертки τ Длина S может быть такой, какой пожелает отдельный экспериментатор, поскольку ВАХ генерируется точечными данными, собранными в течение коротких периодов импульсного напряжения ≥ tau. НА. Для устранения поверхностных эффектов импульсно-модуляционным методом требуется .tau. ВКЛ гораздо меньше, чем .тау. C, постоянная времени поверхностного слоя загрязнения, в то время как высокочастотный подход требует &tau. S намного меньше, чем .tau. C. С .тау. ON всегда намного меньше .tau. S, настоящее изобретение значительно расширяет диапазон, в котором можно пренебречь влиянием постоянной времени поверхностного загрязнения. .тау. ВКЛ может быть таким коротким, как время, необходимое плазме для установления стационарного состояния в течение периода импульса. In accordance with the pulse-modulation technique, the sweep time .tau. S can be as long as the individual experimenter wishes since the I-V characteristic is generated by point data collected within short pulsed-voltage periods .tau. ON. The elimination of surface effects by the pulse-modulation technique requires .tau. ON much less than .tau. C, the time constant of the surface contamination layer, whereas the high frequency approach requires .tau. S much less than .tau. C. Since .tau. ON is always much less than .tau. S, the present invention greatly extends the range over which the time constant effects of the surface contamination can be neglected. .tau. ON can be as short as the time required for the plasma to establish itself at a steady-state condition during the pulse period. Любая вариация .tau. S, тау. ON и тау. B можно использовать до тех пор, пока относительные времена удерживаются в соответствии с ограничением .tau. ВКЛ << .тау. B < .tau. S. Чем больше неравенство .tau. B < .tau. S, тем больше число точек данных, собранных на ВАХ. Any variation of .tau. S, .tau. ON, and .tau. B can be utilized as long as the relative times are held to the constraint of .tau. ON << .tau. B < .tau. S. The greater the inequality .tau. B < .tau. S, the greater is the number of data points collected on the I-V characteristic. Конечно, не обязательно, чтобы импульсы напряжения следовали пилообразной огибающей. Огибающая может быть любой формы, которая допускает отклонение общего напряжения от V- до V+. Of course, it is not necessary that the voltage pulses follow a sawtooth envelope. The envelope can be any form which allows a total voltage excursion from V- to V+. Обращаясь снова к фиг. 1 показан предпочтительный вариант импульсно-модулированной развертки. Модулированная развертка состоит из последовательных последовательностей четырех импульсов, которые генерируют отдельные точки данных ВАХ для вольт-амперной характеристики пробника. Пятый импульс гасится, так что ток, собранный при фиксированном базовом напряжении в течение периодов между импульсами, можно контролировать и использовать в качестве меры возможных изменений в системе зонд-плазма. Referring again to FIG. 1, a preferred embodiment of the pulse-modulated sweep is shown. The modulated sweep comprises consecutive sequences of four pulses which generate distinct I-V data points for the probe's current-voltage characteristic. The fifth pulse is blanked out so that current collected at the fixed baseline voltage during the interpulse periods can be monitored and used as a measure of possible variations in the probe-plasma system. Обращаясь теперь к фиг. 3, который иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления импульсного плазменного зонда в форме блок-схемы, выход средства генератора линейной развертки 10 соединен со средством модулятора 12. Импульсная развертка пробного напряжения производится, когда средство 10 генератора развертки последовательно прерывается средством 12 модулятора. Средство мультивибратора 14 соединено со средством модулятора 12 и обеспечивает импульс модуляции развертки, который запускает средство модулятора для прерывания выходного сигнала генератора линейной развертки 10. Мультивибратор 14 также подает импульс, синхронизированный с импульсом развертки, на логическое средство 16, которое устанавливает интервал дискретизации, в течение которого измеряется и сохраняется ток зонда. Логическое средство 16 программирует этот вариант осуществления на чередование между режимом импульсно-модулированной развертки и режимом непрерывной развертки, при этом выборка тока зонда в любом режиме происходит только в течение интервала выборки тока. Частота повторения импульсов модулятора и пробного тока равна частоте повторения задающего импульса, генерируемого извне, который подается на мультивибратор 14. Referring now to FIG. 3 which illustrates a preferred embodiment of the pulsed plasma probe in block diagram form, the output of linear sweep generator means 10 is coupled to modulator means 12. The pulsed probe voltage sweep is produced when the sweep generator means 10 is interrupted sequentially by modulator means 12. Multivibrator means 14 is coupled to modulator means 12 and provides a sweep modulation pulse which triggers the modulator means to interrupt the output of linear sweep generator means 10. Multivibrator means 14 also provides a pulse, synchronized with the sweep pulse, to logic means 16 which establishes the sampling interval during which the probe current is measured and stored. Logic means 16 programs this embodiment to alternate between a pulse-modulated sweep mode and a continuous sweep mode, with probe-current sampling in either mode occurring during the current-sampling interval only. The modulator pulse and probe-current sampling repetition rates are equal to that of an externally generated master pulse which is supplied to multivibrator means 14. Выход модулятора 12, развертка напряжения, подается на датчик 17. Средства 22, 24 электрометра и средства 26 дифференциального усилителя также соединены с выходом средств модулятора 12. Логическое средство 16 соединяет зонд 17 либо с высокочувствительным электрометром 22, либо с электрометром 24 с низкой чувствительностью, в зависимости от величины тока зонда. Электронный переключатель 20 соединяет выход используемого электрометра 22 или 24 со средством дифференциального усилителя 26. Средство 26 дифференциального усилителя преобразует выходное напряжение плавающего электрометра в сигнал напряжения относительно земли, полярность которого контролируется средством 28 контроля полярности. Сам сигнал затем двухполупериодно выпрямляется в выпрямителе 30, так что появляются положительные и отрицательные токовые сигналы с положительной полярностью. Это устраняет необходимость использования схем зеркального отображения для обработки биполярных сигналов. The output of modulator means 12, the voltage sweep, is applied to probe 17. Electrometer means 22, 24 and differential amplifier means 26 are also coupled to the output of modulator means 12. Logic means 16, connects probe 17, to either high sensitivity electrometer 22 or low sensitivity electrometer 24, depending on the magnitude of the probe current. Electronic switch 20 connects the output of the electrometer 22 or 24 which is in use to differential amplifier means 26. Differential amplifier means 26 converts the floating electrometer output voltage to a ground-referenced voltage signal, the polarity of which is monitored in polarity monitor means 28. The signal itself is then full-wave rectified in rectifier 30 so that positive and negative current signals appear with positive polarity. This obviates mirror image circuits to process bipolar signals. Затем выпрямленный сигнал направляется на три параллельных усилителя 32, 34 и 36 с коэффициентами усиления 25, 5 и 1 соответственно. Селектор 38 усиления посылает в средство 40 хранения сигнала выходной сигнал усилителя 32, 34 и 36 с наибольшим усилением, который не находится в состоянии насыщения сигнала. Средство 40 хранения сигнала удерживает значение сигнала до тех пор, пока не поступит следующая выборка зондирующего тока. The rectified signal is then sent to three parallel amplifiers 32, 34, and 36 having gains of 25, 5, and 1 respectively. Gain selector 38 sends to signal storage means 40 the output signal from the highest gain amplifier 32, 34, and 36 that is not in signal saturation. Signal storage means 40 holds the signal value until the next probe-current sample arrives. Выходы усилителя 36 Х1 и усилителя 32 Х25 подключены к логическим средствам 16. Через соответствующие логические схемы в логических средствах 16 сигнал, превышающий диапазон усилителя 36 Х1, переключает датчик с электрометра 22 высокой чувствительности на электрометр 24 низкой чувствительности. Если сигнал усилителя Х25 падает ниже определенного фиксированного значения, восстанавливается работа электрометра 22 с более высокой чувствительностью. При коэффициентах усиления электрометра и усилителя, установленных на 100/1 и 25/1 соответственно, входные токи ленгмюровского зонда с диапазоном амплитуд 2500 поступают на выход с сопоставимыми амплитудами. Различные динамические диапазоны можно выбирать, просто изменяя коэффициенты усиления электрометров 22, 24 и усилителей 32, 34 и 36. The outputs of X1 amplifier 36 and X25 amplifier 32 are coupled to logic means 16. Through appropriate logic circuits in logic means 16, a signal that exceeds the range of the X1 amplifier 36 switches the probe from the high sensitivity electrometer 22 to the low sensitivity electrometer 24. If the X25 amplifier signal falls below a certain fixed value, the higher sensitivity electrometer 22 is restored to operation. With the electrometer and amplifier gain ratios set at 100/1 and 25/1 respectively, Langmuir-probe input currents with an amplitude range of 2500 arrive at the output with comparable amplitudes. Different dynamic ranges can be selected simply by changing the gains of electrometers 22, 24 and amplifiers 32, 34, and 36. Одной из особенностей логики выбора электрометра является то, что переключение электрометра никогда не происходит во время фактического измерения тока зонда. Если, например, образец пробного тока насыщает X1 (наименее чувствительный) усилитель 36, то менее чувствительный электрометр 24 включается в цепь сразу после импульса развертки, так что переходные процессы переключения стабилизируются к моменту следующего импульса развертки. прибывает. Поскольку значение зондирующего тока, измеренное во время свип-импульса, чаще всего сильно отличается от значения, измеренного во время гашения импульса (когда подается базовое напряжение, см. фиг. 1), логические средства 16 запрограммированы на выделение требуемых информация о переключении электрометра для импульсов 1, 2, 3 и 4 относительно «отсутствующего» импульса 5. Таким образом, до появления измерения зондирующего тока при базовом напряжении VB (импульс 5) логическое средство 16 уже выбрало электрометр, заданный значением зондирующего тока, измеренным во время предыдущего импульса 5. One feature of the electrometer-selection logic is that electrometer switching never occurs while probe current is actually being measured. If for instance, a probe-current sample saturates the X1 (least sensitive) amplifier 36, then the less sensitive electrometer 24 is switched into the circuit immediately following the sweep pulse so that switching transients will have settled down by the time the next sweep pulse arrives. Because the value of the probe-current measured during a sweep pulse is most often quite different from that measured during a blanked-out pulse (when the baseline voltage is applied, see FIG. 1), logic means 16 is programmed to separate the required electrometer switching information for pulses 1, 2, 3, and 4 from that for the "missing" pulse 5. Thus prior to the occurrence of a probe-current measurement at the baseline voltage VB (pulse 5), logic means 16 has already selected the electrometer specified by the value of the probe-current measured during the previous pulse 5. Аналогичным образом, до появления импульсов 1, 2, 3 или 4, переключение электрометра будет регулироваться током зонда, измеренным во время импульсов 4, 1, 2 или 3 соответственно. Likewise, prior to the occurrence of pulses 1, 2, 3, or 4, electrometer switching will have been governed by the probe-current measured during pulses 4, 1, 2, or 3 respectively. Для каждого измерения зондирующего тока должны быть известны выбранные значения коэффициента усиления усилителя, чувствительности электрометра, полярности сигнала и напряжения развертки, чтобы можно было получить ВАХ. Эти функции контролируются в средстве 42 схемы монитора и для этой цели сохраняются в средстве 44 хранения монитора. For each measurement of probe-current, the selected values of amplifier gain, electrometer sensitivity, signal polarity, and sweep voltage must be known in order for the I-V characteristic to be obtained. These functions are monitored in Monitor Circuit means 42 and stored in Monitor Storage means 44 for that purpose. Обратимся теперь к фиг. 4-11, которые иллюстрируют электронику для практического применения предпочтительного варианта импульсного плазменного зонда, и, в частности, на фиг. 4, схема, показанная там, создает линейное напряжение развертки, как показано на фиг. 1, со скоростью развертки, обратно пропорциональной произведению R5 C5 ∼ экв. .тау. S (резистор 50 и конденсатор 52), при этом пределы напряжения V- и V+ определяются напряжением VZ стабилитрона 70 и резисторов R1, R2, R3, R4 (54, 56, 58, 60). Операционный усилитель 62, линейный интегратор, определяет скорость развертки; усилитель 64 меняет направление развертки на противоположное в пределах напряжения V- и V+. Выходная амплитуда усилителя 64 ограничена диодами 66 и 68 чуть больше, чем VZ. При фиксированном VZ отношение R1/R2 определяет размах размаха напряжения развертки, а отношение R3/R4 устанавливает напряжение, относительно которого отклонение находится в центре. Если R6 и R7 (резисторы 59 и 61) равны, наклоны положительной и отрицательной развертки равны по абсолютной величине. Referring now to FIGS. 4-11 which illustrate electronics to practice the preferred embodiment of the pulsed plasma probe and, in particular to FIG. 4, the circuit there shown produces a linear sweep voltage as illustrated in FIG. 1 at a sweep rate inversely proportional to the product R5 C5 .apprxeq. .tau. S (resistor 50 and capacitor 52), with voltage limits V- and V+ determined by voltage VZ of zener diode 70 and resistors R1, R2, R3, and R4 (54, 56, 58, and 60). Operational amplifier 62, a linear integrator, determines the sweep rate; amplifier 64 reverses the sweep direction at voltage limits V- and V+. The output excursion of amplifier 64 is limited by diodes 66 and 68 to slightly more than VZ. With VZ fixed, the ratio R1 /R2 determines the peak-to-peak sweep-voltage excursion, and the ratio R3 /R4 sets the voltage about which the excursion is centered. If R6 and R7 (resistors 59 and 61) are equal, the slopes of the positive-going and negative-going sweeps are equal in absolute value. Прямоугольный сигнал на выходе усилителя 64 преобразуется в ТТЛ-совместимость с помощью диодной цепи 72, которая ограничивает прямоугольный сигнал между 0 и 5 В. The square-wave output from amplifier 64 is rendered TTL compatible by diode network 72 which limits the square-wave to between 0 and 5V. Обращаясь теперь к фиг. 5, генерируемый извне задающий импульс 110 определяет частоту дискретизации тока зонда для прибора и запускает последовательность импульсов, показанную на фиг. 2. Мультивибратор 100 вырабатывает импульс модуляции развертки, длительность которого определяется R8 C8 ≈ экв. .тау. ON и в этом варианте осуществления установлено на 100 мкс. Второй мультивибратор 102 определяет временную задержку между инициированием свип-импульса и началом интервала дискретизации зондирующего тока; эта задержка определяется R9 C9 .прибл. .тау. D и устанавливается на 40 мкс. Третий мультивибратор 104 генерирует интервал дискретизации измерительного тока, который управляется резистором R10 C10 . .tau.i и в данном случае устанавливается на 50 мкс. Этот импульс дискретизации тока, который включает средство 40 хранения сигнала и средство 44 хранения монитора, заканчивается за 10 мкс до окончания 100-мкс импульса развертки и, таким образом, позволяет избежать переходных процессов сигнала и монитора, которые сопровождают прекращение сам импульс развертки. Referring now to FIG. 5, an externally generated master pulse 110 determines the probe-current sampling rate for the instrument and triggers the pulse sequence of FIG. 2. Multivibrator 100 produces the sweep modulation pulse, the length of which is determined by R8 C8 .apprxeq. .tau. ON and is set to 100 .mu.s in this embodiment. A second multivibrator 102 determines the time delay between initiation of the sweep pulse and the beginning of the probe-current sampling interval; this delay is determined by R9 C9 .apprxeq. .tau. D and is set to 40 .mu.s. A third multivibrator 104 generates the probe-current sampling interval, which is controlled by R10 C10 .apprxeq. .tau.i and is set in this case to 50 .mu.s. This current-sampling pulse, which enables signal storage means 40 and monitor storage means 44, terminates 10 .mu.s before the end of the 100 .mu.s sweep pulse and thus avoids the signal and monitor transients that accompany the termination of the sweep pulse itself.