申请/专利权人：哈尔滨工业大学;北京东方计量测试研究所

申请日：2023-12-19

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN117420083B

主分类号：G01N21/25

分类号：G01N21/25;G01N21/01;G01N9/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2024.02.06#实质审查的生效;2024.01.19#公开

摘要：一种等离子体侵蚀痕量产物在线监测装置及方法，涉及等离子体光谱测试技术领域，解决的技术问题为“如何进行等离子体推进器工部件侵蚀痕量产物监测”，该装置包括金属屏蔽罩，以及设置于所述金属屏蔽罩内部的第一凸透镜、第一反射镜、分光棱镜、第二凸透镜、光栅以及第二反射镜，以及设置于所述金属屏蔽罩外部的光电倍增管和分析处理设备；所述金属屏蔽罩侧壁上固定有入射光狭缝和出射光狭缝，所述出射光狭缝与所述光电倍增管连接，所述光电倍增管与所述分析处理设备连接；该装置及方法设计了光谱仪设备对痕量产物谱线光强进行监测，建立痕量物质辐射谱线强度和光强信号波动关系，以获得痕量产物绝对密度，可靠性高，监测灵敏。

主权项：1.一种等离子体侵蚀痕量产物在线监测装置，其特征在于，包括金属屏蔽罩，以及设置于所述金属屏蔽罩内部的第一凸透镜、第一反射镜、分光棱镜、第二凸透镜、光栅以及第二反射镜，以及设置于所述金属屏蔽罩外部的光电倍增管和分析处理设备；所述金属屏蔽罩侧壁上固定有入射光狭缝和出射光狭缝，所述出射光狭缝与所述光电倍增管连接，所述光电倍增管与所述分析处理设备连接；所述入射光狭缝收集到的等离子体辐射光依次经过所述第一凸透镜、所述第一反射镜、所述分光棱镜、所述第二凸透镜、所述光栅以及所述第二反射镜，并经所述出射光狭缝入射至所述光电倍增管，所述光电倍增管将获取到的实验光强信息传输至所述分析处理设备；所述分析处理设备包括如下模块：光强采集模块，用于采集痕量产物波长范围内的实验光强信息；波动误差计算模块，用于基于所述实验光强计算实验光强波动导致的波动误差；关系建立模块，用于建立理论光强与所述实验光强的关系；痕量产物密度计算模块，用于基于所述波动误差以及所述理论光强与所述实验光强的关系，计算痕量产物的密度；其中，所述理论光强通过如下公式表示：Imodel=ε×ne×ni×Qi；其中，ε为入射光狭缝接收到等离子体辐射的光比例，ne为电子密度，ni为痕量产物密度，Qi为激发速率系数，Imodel表示理论上痕量产物发光的强度，即理论光强；采集痕量产物波长范围内的实验光强信息时，在连续时间采集预设次数，所述预设次数为100次；所述痕量产物波长范围为：波长中心为250nm，范围是1nm的区域；所述痕量产物的密度通过如下公式计算：ni=erro2ε×ne×Qi；其中，ε为入射光狭缝接收到等离子体辐射的光比例，ne为电子密度，ni为痕量产物密度，Qi为激发速率系数，erro为波动误差；ε为0.01，ne取空心阴极设备探针测量电子密度值，值为1011cm-3；所述激发速率系数表示如下：Qi=2.56×10-8×Te0.193×exp-3.93Te；其中，Te取空心阴极设备探针测量电子温度值，值为3eV。

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权利要求：

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