專利名稱：浮動(dòng)平板電壓監(jiān)視器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣測(cè)量技術(shù)，并且特別涉及為孤立的和/或遠(yuǎn)程表面或結(jié)構(gòu)(例如浮動(dòng)平板離子監(jiān)視系統(tǒng)的離子收集平板單元)提供電壓測(cè)量和預(yù)充電的電氣測(cè)量方法和裝置。
背景技術(shù)：
浮動(dòng)平板離子監(jiān)視系統(tǒng)一般用于測(cè)量半導(dǎo)體制造工業(yè)中所用室內(nèi)空氣離子化系統(tǒng)的有效性和效率，從而減少或消除制造過(guò)程中電荷靈敏半導(dǎo)體或LCD(液晶器件)上的電荷積累。
眾所周知，如果不能控制或消除電荷敏感半導(dǎo)體元件(金屬氧化物半導(dǎo)體門列陣、數(shù)字存儲(chǔ)器或邏輯單元或利用TFT器件(薄膜晶體管)的LCD器件)上的電荷積累，將導(dǎo)致這些器件半導(dǎo)體結(jié)的即刻損壞或者場(chǎng)失效的早期發(fā)生。
正和負(fù)空氣離子一般用于淹沒(méi)區(qū)域(flood area)，在那里半導(dǎo)體器件被處理為提供一團(tuán)移動(dòng)空氣離子電荷，它們可被與所處理的半導(dǎo)體器件相關(guān)的不需要電荷吸引從而有效地抵消而得到零凈電荷。
典型的浮動(dòng)平板離子監(jiān)視系統(tǒng)通過(guò)提供測(cè)量空氣離子化系統(tǒng)產(chǎn)生的每種極性移動(dòng)空氣離子的數(shù)量的手段和通過(guò)提供測(cè)量所產(chǎn)生空氣離子場(chǎng)將各種與半導(dǎo)體工藝線相關(guān)的空間區(qū)域保持在零電壓水平上或附近的能力，在空氣離子控制系統(tǒng)中起著重要的作用。
在使用中，典型的浮動(dòng)平板監(jiān)視系統(tǒng)提供兩種操作模式，“衰減”模式和“浮動(dòng)”模式。在衰減模式中，與監(jiān)視器相關(guān)的離子采集板或表面被預(yù)先充電至一般為1000伏或以上的正或負(fù)電壓水平。采集平板通過(guò)來(lái)自離子場(chǎng)的離子碰撞而放電至起始值10％水平(即100伏)所需的時(shí)間由監(jiān)視器內(nèi)的定時(shí)器測(cè)量以指示與離子場(chǎng)相關(guān)的任一極性空氣離子的數(shù)量。該測(cè)量在預(yù)先充電為正的1000伏下進(jìn)行以指示負(fù)空氣離子的數(shù)量或者在預(yù)先充電為負(fù)的1000伏下進(jìn)行以指示正空氣離子的數(shù)量。在任一情況中，測(cè)量通過(guò)相反充電的空氣離子被離子收集平板吸引而使平板放電至100伏特水平所需的時(shí)間并且用其指示場(chǎng)內(nèi)特定離子的“富集度”。
在浮動(dòng)模式中，離子收集平板開(kāi)始時(shí)被預(yù)設(shè)為零電壓水平并且隨后被允許因離子場(chǎng)的入射離子的碰撞而“浮動(dòng)”至要求的電壓水平。浮動(dòng)測(cè)量指示場(chǎng)將半導(dǎo)體器件上凈電荷減少至較低數(shù)值的有效性，與此同時(shí)還指示了所有器件(甚至開(kāi)始時(shí)未被充電的器件)將被離子場(chǎng)驅(qū)動(dòng)至的電壓水平。
這里所用的浮動(dòng)平板監(jiān)視系統(tǒng)存在眾多缺點(diǎn)。一個(gè)缺點(diǎn)源于通過(guò)高阻抗與接地隔離的監(jiān)視系統(tǒng)的離子收集平板單元一般利用指示以接地為基準(zhǔn)的平板單元電壓水平的非接觸靜電電壓計(jì)探頭裝置監(jiān)視。這些靜電電壓計(jì)探頭(一般是場(chǎng)“感應(yīng)(mill)”或調(diào)諧叉形斷路器型)是昂貴的并且需要在離子收集平板逐漸上占用較大的安裝空間以有效讀取平板電壓。
另一缺點(diǎn)是對(duì)于預(yù)充電衰減模式測(cè)量的離子收集平板，一般采用繼電器或螺線管將平板瞬時(shí)連接至預(yù)充電水平電壓源。這要求低泄漏繼電器方案以使平板相對(duì)接地維持較高的阻抗水平，因此一般要求繼電器位于離子收集平板結(jié)構(gòu)上。
進(jìn)一步的缺點(diǎn)源于的事實(shí)是，如測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的，離子收集平板與其相關(guān)的接地基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)之間的電容必須保持為特定的電容值上，一般為20pf+/-10％。這要求使離子收集平板結(jié)構(gòu)體積最小的特定平板幾何結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)一般較大，最小為15cm×15cm，厚度為6-7cm。利用這種類型結(jié)構(gòu)，無(wú)法使離子收集平板結(jié)構(gòu)直接定位在帶半導(dǎo)體器件的作業(yè)線上以直接測(cè)量半導(dǎo)體器件位置上離子場(chǎng)的有效性，由此降低了測(cè)量精度。
另一缺點(diǎn)是為了操作離子收集平板組件，一般采用連接至監(jiān)視器電子組件的大直徑連接電纜容納靜電探測(cè)裝置的引線、HV繼電器裝置觸發(fā)引線、預(yù)充電電源的高壓引線和接地基準(zhǔn)單元的接地基準(zhǔn)連接。這導(dǎo)致離子收集平板組件體積龐大，限制了組件位置的靈活性和安裝的方便性。
進(jìn)一步的缺點(diǎn)是盡管需要構(gòu)造相對(duì)尺寸和厚度與放置在離子場(chǎng)內(nèi)的半導(dǎo)體器件相同的離子收集平板，但是由于需要容納繼電器、靜電探頭和測(cè)量電容的尺寸，所以無(wú)法構(gòu)造所需尺寸的現(xiàn)有技術(shù)離子收集單元。
另一缺點(diǎn)是為了形成所需的相對(duì)接地基準(zhǔn)單元的離子收集平板電容，需要精確制造離子收集平板，與此同時(shí)諸如支撐離子收集平板單元的墊圈之類的其他機(jī)械單元也必須是高精度、低泄漏和高成本構(gòu)造。
進(jìn)一步的缺點(diǎn)是現(xiàn)有技術(shù)浮動(dòng)平板監(jiān)視系統(tǒng)的帶寬(頻率響應(yīng))由于采用典型的靜電探測(cè)裝置來(lái)監(jiān)視離子收集平板，所以局限于40-50Hz。這是一個(gè)嚴(yán)重的限制，特別是采用交流型空氣離子形成設(shè)備時(shí)。交流型離子形成設(shè)備可能導(dǎo)致破壞半導(dǎo)體器件位置上的交流場(chǎng)和電壓并且無(wú)法利用現(xiàn)有技術(shù)浮動(dòng)平板監(jiān)視器來(lái)精確測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的主要目標(biāo)是在降低系統(tǒng)成本的同時(shí)消除這里所用浮動(dòng)平板監(jiān)視系統(tǒng)中的上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是消除離子平板組件構(gòu)造中典型靜電電壓探頭的需要和使用。
本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是消除離子平板組件構(gòu)造中高壓繼電器或螺線管的需要和使用。
本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是消除提供依賴于機(jī)械考慮(例如相對(duì)接地基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)平板面積和平板間隔)離子收集平板結(jié)構(gòu)的需求以建立對(duì)接地基準(zhǔn)的特定離子平板電容，但是利用電氣手段建立特定的電容。
本發(fā)明進(jìn)一步的目標(biāo)是將連接離子收集平板結(jié)構(gòu)的連接電纜簡(jiǎn)化至高度靈活的小直徑電纜從而利用單個(gè)導(dǎo)體屏蔽電纜使離子平板組件容易地定位在測(cè)量區(qū)域。
本發(fā)明進(jìn)一步的目標(biāo)是提供高帶寬能力浮動(dòng)平板電壓監(jiān)視系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)和測(cè)量離子收集平板附近的交流電場(chǎng)。
本發(fā)明進(jìn)一步的目標(biāo)是提供一種技術(shù)從而在“充電”序列期間使孤立表面或結(jié)構(gòu)可以充電至給定電壓水平，而在“讀取”序列期間可以利用單個(gè)屏蔽導(dǎo)體至浮動(dòng)平板組件來(lái)監(jiān)視孤立表面或結(jié)構(gòu)的電壓水平以充電、放電和監(jiān)視離子收集表面或結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明進(jìn)一步的目標(biāo)是提供一種技術(shù)，從而可以使孤立的表面或結(jié)構(gòu)在所需數(shù)量的表面或結(jié)構(gòu)多側(cè)與外界靜電荷、電壓或電場(chǎng)屏蔽開(kāi)來(lái)，與此同時(shí)使得從離子收集表面至屏蔽電極的泄漏引起或連接電纜的電容或泄漏效應(yīng)的電容負(fù)載或電阻負(fù)載非常低。
本發(fā)明進(jìn)一步的目標(biāo)是提供一種技術(shù)，它可以不使用靜電探測(cè)設(shè)備、繼電器設(shè)備和/或龐大的電纜就可以使離子收集器平板組件工作，從而與通過(guò)響應(yīng)離子場(chǎng)和/或交流場(chǎng)的半導(dǎo)體器件的浮動(dòng)平板監(jiān)視系統(tǒng)提供高精度模擬所需的各種半導(dǎo)體器件尺寸和厚度比較，組件可以構(gòu)造為各種尺寸和厚度。
本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是通過(guò)避免使用諸如靜電探頭和繼電器或螺線管來(lái)提供維護(hù)費(fèi)用低并且可靠性高的浮動(dòng)平板監(jiān)視系統(tǒng)。
本發(fā)明提供一種浮動(dòng)平板離子監(jiān)視系統(tǒng)和方法，其中離子收集器組件包括相隔一定距離的離子導(dǎo)電表面和屏蔽表面，離子導(dǎo)電表面位于接收撞擊離子的位置，并且電勢(shì)施加在屏蔽表面上，該表面復(fù)制并跟隨離子導(dǎo)電表面上的電壓。因此建立起離子導(dǎo)電表面與屏蔽表面之間的電容并且獨(dú)立于離子收集器組件的物理結(jié)構(gòu)。為此提供單位增益連接運(yùn)算放大器并將其正輸入與離子導(dǎo)電表面連接而將其反相輸入與屏蔽表面連接。連接放大器輸出的指示器監(jiān)視離子導(dǎo)電表面上的電壓。電壓基準(zhǔn)施加在電學(xué)建立的電容上從而使電壓標(biāo)稱值無(wú)需等于或大于離子導(dǎo)電表面上出現(xiàn)的電壓限。所施加電壓基準(zhǔn)的大小可以改變電學(xué)建立電容大小的方式變化。
通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的描述可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點(diǎn)和特征。
附圖簡(jiǎn)述

圖1為現(xiàn)有技術(shù)浮動(dòng)平板離子監(jiān)視系統(tǒng)的視圖；圖2為圖1系統(tǒng)一部分的剖面圖；圖3A為本發(fā)明離子收集平板組件的示意圖；圖3B為圖3A組件的平面圖；圖4為本發(fā)明浮動(dòng)平板監(jiān)視器的示意圖；圖5為圖4監(jiān)視器擴(kuò)展范圍實(shí)施例的示意圖；圖6為衰減模式下操作的本發(fā)明監(jiān)視器實(shí)施例的示意圖；圖7為允許離子收集表面預(yù)充電或歸零的本發(fā)明監(jiān)視器實(shí)施例的示意圖；圖8為圖7監(jiān)視器改進(jìn)的電路圖；圖9A為減少電容器電壓標(biāo)稱值的本發(fā)明監(jiān)視器實(shí)施例的示意圖；圖9B為改變電容大小的圖9A實(shí)施例基本形式的示意圖；
圖9C為改變電容的圖9A實(shí)施例較佳形式的示意圖；以及圖10為組合圖7、8和9實(shí)施例的本發(fā)明監(jiān)視器的示意圖。
實(shí)施發(fā)明的較佳方式圖1示出了典型的現(xiàn)有技術(shù)浮動(dòng)平板離子監(jiān)視系統(tǒng)10。所示離子收集平板組件12經(jīng)電纜14與監(jiān)視電子組件16連接。離子收集器平板20一般在側(cè)面上為15cm尺寸，面積為225cm2，并且通過(guò)四個(gè)低泄漏墊圈與接地基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)22相隔2.5cm左右從而在表面20與接地基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)22之間根據(jù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)需要建立20pf+/-10％的電容。
圖2示出了帶剖面中所示接地基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)22的離子收集器平板組件12以示出由安裝裝置32支撐從而電容耦合探頭30以通過(guò)孔徑36測(cè)量離子收集平板20表面30電壓的靜電探頭30。還示出了螺線管，當(dāng)賦能時(shí)，螺線管與表面34接觸從而將電壓施加在表面34上以為衰減模式操作測(cè)量預(yù)充電表面或者為浮動(dòng)模式操作放電至零。
電纜14包含探頭30電子線路的引線，探頭包含探頭調(diào)制器激發(fā)信號(hào)、信號(hào)輸出和功率源連接。電纜14還包含接地基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)22的引線、螺線管衰減信號(hào)和預(yù)充電偏壓水平電源。
圖3A示出了本發(fā)明的離子收集平板組件50。圖3B為組件(即支撐表面54上的離子收集表面52)頂部的平面圖。表面52的尺寸示為S1和S2，可以是與所需應(yīng)用相符的任何尺寸。變化可以包括矩形、圓形或其他形狀或尺寸的組合。此外，表面不必是平坦的而是可以采用各種形狀，例如球面或錐形。作為離子收集表面工作的表面52比較好的是導(dǎo)電表面，例如金屬或其表面和/或體電阻率最大為108-1010歐姆/平方左右的半導(dǎo)體表面。表面52可以利用平坦或形成的導(dǎo)電材料的金屬平板提供，例如鋁或黃銅，也可以由剛性或柔性的粘合、淀積或蒸發(fā)在支撐表面54上的導(dǎo)電或半導(dǎo)電薄膜、絕緣材料提供。術(shù)語(yǔ)“離子導(dǎo)電表面”因此包含各種形式的表面52。如果表面52是剛性表面或結(jié)構(gòu)，則無(wú)需支撐表面54并且可以采用分立的墊圈。
組件50還包含屏蔽表面62，比較好的是起屏蔽表面52屏蔽靜電影響(例如試圖從組件底部或側(cè)面與表面52耦合的電壓、電荷或電場(chǎng))的導(dǎo)電表面。屏蔽表面62的尺寸和形狀與表面52的一致從而使表面62能夠使表面52屏蔽不與外部源的耦合。與現(xiàn)有技術(shù)的離子收集組件不同，屏蔽表面62不與接地基準(zhǔn)連接但是具有施加在上的電壓，該電壓復(fù)制和跟隨離子收集表面52上的電壓，其目的將在下面解釋。由于表面52能夠經(jīng)受±1000伏或更大的電壓，所以表面62將被驅(qū)動(dòng)以跟隨出現(xiàn)在離子收集表面52上的同一電壓極限。表面62因此應(yīng)該與底面絕緣從而防止與其靠近時(shí)對(duì)接地或其他表面的電弧。因此與表面62有關(guān)的表面64為絕緣表面以提供所需的絕緣。絕緣外殼66被用來(lái)覆蓋屏蔽電纜68以防止電纜屏蔽70對(duì)接地目標(biāo)放電弧。
圖3A箭頭74所示的離子收集組件50的厚度可以是適合許多應(yīng)用的數(shù)值。如果采用絕緣表面54，則其與屏蔽表面64之間的間距可以用表面54的厚度表示(如果例如表面52和表面62通過(guò)在表面54每一面淀積或粘合金屬薄膜制成)。這種雙面粘合金屬結(jié)構(gòu)可以利用便宜而容易獲得的標(biāo)準(zhǔn)雙面印刷電路板構(gòu)造?；蛘呷绻枰?，可以采用兩片單面印刷電路板材料構(gòu)造整個(gè)組件，其中利用一片單面印刷電路板構(gòu)成絕緣表面64和屏蔽表面62而另一片用作絕緣表面54和離子收集表面52。如果需要非常薄的組件，可以將兩片粘合在一起，或者如果需要更厚的組件，利用分立的墊圈或其他絕緣材料使兩片互相間隔。
一般情況下，這些低成本技術(shù)制造的組件將在離子收集表面52與屏蔽表面62之間產(chǎn)生大范圍的電容并因用作絕緣表面54的介電材料的泄漏電阻而產(chǎn)生各種程度的表面52的電阻負(fù)載，或者如果利用分立的墊圈，則由于墊圈的泄漏特性引起。此外，屏蔽電纜68的中心導(dǎo)體80與屏蔽70之間的電容由于電纜長(zhǎng)度變化而變化較大。導(dǎo)體80與屏蔽70之間的電纜絕緣電阻高度依賴于絕緣材料的電纜長(zhǎng)度和類型。
本發(fā)明的主要目標(biāo)是消除離子收集表面52與屏蔽表面62之間電容上離子收集平板組件50物理結(jié)構(gòu)的影響和連接電纜68的電容負(fù)載效應(yīng)。圖4所示的本發(fā)明離子收集平板組件50經(jīng)電纜68裝置的連接將實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。
參見(jiàn)圖4，它簡(jiǎn)化示出了包含離子收集表面52和連接至單位增益操作放大器90(即緩沖器)的屏蔽表面62。特別是，表面52經(jīng)屏蔽電纜68的中心導(dǎo)體80連接至輸入端92(表示為放大器/緩沖器90的(+))。屏蔽表面62和電纜70的屏蔽與輸出和反相輸入94連接，用放大器/緩沖器90的(-)表示。眾所周知，放大器90的輸出是緊緊跟隨施加在輸入92(+)上電壓的電壓，其增益接近1(即0.99999)。由于屏蔽表面62和電纜68的屏蔽70與跟隨施加在離子收集表面52上電壓的電壓源的連接，所以對(duì)于施加在表面52上的屬于放大器/緩沖器90線性工作電壓范圍內(nèi)的電壓，表面52與表面62之間或者連接80(電纜中心導(dǎo)體)與連接70(電纜屏蔽)之間沒(méi)有電壓差。因此表面52與62之間存在的物理電容和電纜68的中心導(dǎo)體80與屏蔽70之間的物理電容將被驅(qū)動(dòng)至接近零電容。
例如假定對(duì)于特定應(yīng)用選擇的特定的離子平板組件50的物理幾何結(jié)構(gòu)，表面52與表面62之間的電容為100皮法，而中心導(dǎo)體80與其屏蔽70之間電纜68的電容額定為25皮法/英尺，例如10英尺長(zhǎng)的電纜為250皮法，總計(jì)物理電容為350皮法。在將該組件/電纜連接入放大器/緩沖器90的電路時(shí)，電容將減少為CD＝Cp(1-A)，這里CD為電容的工作值，Cp為物理電容，而A為放大器/緩沖器90的增益。工作電容為CD＝(350)(1-.9999)×10-12＝350×10-17法拉或350×10-5皮法這使得C1的數(shù)值(圖4中用98表示)作為系統(tǒng)的主要電容被選定為例如20pf±10％。由于C1數(shù)值上工作電容引起的誤差小于0.002％。當(dāng)C1連接在離子收集表面52與接地基準(zhǔn)之間時(shí)，在表面52與接地基準(zhǔn)之間，根據(jù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要求電容為20pf±10％。
同樣，由于零電壓差，離子收集表面52與屏蔽表面62之間的電阻泄漏電流和屏蔽電纜68的中心導(dǎo)體80與屏蔽70之間的電阻泄漏電流被驅(qū)動(dòng)至非常低的數(shù)值。因此無(wú)需使用昂貴的低泄漏絕緣材料用于絕緣表面54和/或絕緣墊圈(如果需要)或者電纜介電材料。
顯而易見(jiàn)的是，對(duì)于任何與離子收集平板組件50相關(guān)的由各種測(cè)量應(yīng)用規(guī)定的物理幾何變化，組件和電纜的物理電容之和(Cp)對(duì)C1建立的電容具有非常小的可以忽略的影響。因此C1通過(guò)電學(xué)裝置設(shè)定了離子收集表面52對(duì)接地的電容并且使離子收集平板組件的機(jī)械電容(和電纜電容)忽略不計(jì)，這是本發(fā)明的目標(biāo)。
圖4的電路還包括連接至放大器90和連接在放大器90輸出與接地之間的指示器(例如電壓計(jì)106)的偏壓源102和104。
本發(fā)明的電壓跟隨技術(shù)在允許平板通過(guò)同一小直徑電纜充電和監(jiān)視的同時(shí)虛擬提供了離子收集平板組件50無(wú)限大的阻抗負(fù)載。因此離子導(dǎo)電平板組件50的尺寸和形狀及其對(duì)地電容可以根據(jù)特定的需要調(diào)整。例如，可以使平板電容與特定ESD敏感裝置的電容匹配，或者可以使平板尺寸允許在遠(yuǎn)地或限制地點(diǎn)放置平板組件50。
圖4的電路局限于監(jiān)視由放大器/緩沖器90電壓范圍能力決定的范圍內(nèi)的離子收集表面52的電壓并且一般對(duì)于單片結(jié)構(gòu)放大器為±30伏特的范圍。圖5所示電路可以用來(lái)擴(kuò)展離子平板電壓測(cè)量范圍以覆蓋直到晶體管Q1(也用110表示)能力決定的上限的較高電壓，供電電壓為V3和V4。也可以應(yīng)用其他高壓調(diào)整方案，例如利用柵地陰地雙極或FET器件、高壓光電池或升高調(diào)整開(kāi)關(guān)變壓器等，從而獲得所需的千伏的電壓范圍。圖5所示特定的電壓擴(kuò)展方案工作方式如下。
如圖4所示，電源V1和V2的中心抽頭不是連接至接地，而是返回至“驅(qū)動(dòng)反饋線”120。驅(qū)動(dòng)反饋線120的電壓由電壓V3沿正向限制而由電壓V4在反向限制，它由晶體管Q1控制。例如，如果Q1完全關(guān)閉，則V4電源通過(guò)電阻122(用R4表示)將驅(qū)動(dòng)反饋線120拉至V4。如果Q1完全導(dǎo)通則電流等于V3-V3除以R4，則驅(qū)動(dòng)反饋線120被拉至V3電源。經(jīng)過(guò)Q1的電流導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)反饋線120在V3和V4限定的范圍內(nèi)呈現(xiàn)各種電壓水平。用A2表示的運(yùn)算放大器比較驅(qū)動(dòng)反饋線120與點(diǎn)A處/緩沖器90輸出的電壓之差并且控制通過(guò)Q1的電流大小。因此放大器A2控制驅(qū)動(dòng)反饋線120的電壓水平。
例如如果點(diǎn)A處的放大器/緩沖器90的輸出超過(guò)驅(qū)動(dòng)反饋線120上的電壓，則放大器A2的輸出進(jìn)行負(fù)積分以增加通過(guò)電阻130(又稱R3)的Q1發(fā)射極電流至一數(shù)值，該值使驅(qū)動(dòng)反饋電壓增大以使點(diǎn)A與驅(qū)動(dòng)反饋線120之間的電壓差為零。對(duì)于任何屬于V3和V4建立的電壓限內(nèi)的放大器/緩沖器90的電壓輸出，都將發(fā)生使放大器/緩沖器90與驅(qū)動(dòng)反饋線120之間的電壓差為零的同樣過(guò)程。
電源V1與V2中心抽頭與驅(qū)動(dòng)反饋線120的連接將為放大器/緩沖器90和運(yùn)算放大器A2提供合適的工作電壓源。在這種情況下，V3和V4的限制在500伏特量級(jí)，Q1選擇為1000伏特VCE耐壓。為了獲得±1000伏特的操作，Q1將柵地陰地放大至2000伏特VCE耐壓能力并且V3和V4都增大至1000伏特。R4的數(shù)值將在1-10兆歐范圍內(nèi)，R3選擇為提供最大2ma左右并且對(duì)于A2的-10伏特輸出將是5千歐姆。分別表示為132、134和136的R1、C2和R2選擇提供穩(wěn)定操作下的高帶寬并且是10千歐姆、1000皮法和1千歐姆。Vo為輸出指示器，可以連接至驅(qū)動(dòng)反饋線120或者如圖4所示由于這些點(diǎn)之間的零電壓而連接至放大器/緩沖器90的輸出。如上所述，電壓擴(kuò)展放大器部分可以采用多種形式，包括利用高壓光學(xué)耦合器、有源半導(dǎo)體器件代替R4等，圖5的電路是最簡(jiǎn)單的一種。
圖6所示為圖5所示電路加上原件D1、D2、S1和電壓源VB。增加單元的目的是完成提供避免使用繼電器或螺線管將離子收集表面52充電至預(yù)設(shè)水平(對(duì)于衰減模式的監(jiān)視器工作是正負(fù)1千伏特)的裝置的目的。二極管D1和D2也表示為150和152，是低電容、低泄漏型的，它們不允許放大器/緩沖器90(A1)的輸入連接92(+輸入)與驅(qū)動(dòng)反饋線120的電壓差超過(guò)正負(fù)0.5伏左右。
如上圖5電路的操作所示，放大器/緩沖器90(A1)的輸入(+)與驅(qū)動(dòng)反饋線120的電壓差一般驅(qū)動(dòng)至零。因此對(duì)于這種普通的工作情況，二極管D1和D2為“透明的”并且在電路中無(wú)作用，除了提供在施加在離子收集表面52的電壓超過(guò)V3和V4建立的監(jiān)視器線性工作電壓時(shí)對(duì)放大器/緩沖器(A1)的保護(hù)以外。對(duì)于這種過(guò)電壓情況，D1和D2將使電流從表面52流入驅(qū)動(dòng)反饋線以保護(hù)放大器/緩沖器90(A1)的輸入電路。
當(dāng)用156表示的開(kāi)關(guān)S1位于“讀取”位置，圖6的電路與圖5的相同，除了增加二極管D1和D2以外。但是當(dāng)S1置于“充電”位置時(shí)，用158表示的電壓源VB連接入點(diǎn)A處的放大器(A2)的輸入而從放大器/緩沖器(A2)輸入電路與放大器/緩沖器(A1)的輸出斷開(kāi)。這將使驅(qū)動(dòng)反饋線120驅(qū)動(dòng)至電勢(shì)VB而不是放大器/緩沖器(A1)輸出的電勢(shì)。
隨著驅(qū)動(dòng)反饋線120的電勢(shì)脫離跨越C1的電壓，二極管D1或D2將正向?qū)ㄖ罺B從而使C1充電至VB減去D1或D2的正向電壓降的電壓值。C1至離子收集表面52和放大器/緩沖器(A1)輸入的連接將使這些元件預(yù)充電至比VB小0.5伏特左右的電壓水平。VB可以選擇為在V3和V4建立的監(jiān)視器線性電壓范圍內(nèi)任何正或負(fù)電壓。這無(wú)需利用繼電器或螺線管就完成了離子收集表面52的充電并且允許如讀取表面電壓水平那樣通過(guò)同一連接(即(80))預(yù)充電表面52，二者都是本發(fā)明的目標(biāo)。
在完成預(yù)充電順序之后，開(kāi)關(guān)S1返回“讀取”位置以再次監(jiān)視放大器/緩沖器(A1)和離子收集表面52的輸出電壓。如果VB等于零電壓，則充電序列將使表面52放電至零電壓加或減0.5伏特。如果在一些應(yīng)用中無(wú)法容忍因D1或D2正向電壓降引起的VB的+/-0.5伏誤差，則可以通過(guò)幾種技術(shù)消除，例如在放大器/緩沖器(A1)輸入端(+)上放置跨越D1和D2的第二開(kāi)關(guān)至驅(qū)動(dòng)反饋線120從而在S1進(jìn)入充電模式時(shí)，第二開(kāi)關(guān)使二極管D1和D2短路以消除正向電壓降。開(kāi)關(guān)S1和第二開(kāi)關(guān)(如果使用)可以是半導(dǎo)體型固體狀態(tài)開(kāi)關(guān)而不是普通已知的機(jī)械開(kāi)關(guān)。
圖7示出了另一實(shí)施例，它允許通過(guò)導(dǎo)體80預(yù)充電(或放電)離子收集表面52。利用該實(shí)施例，二極管D1和D2的正向電壓降在預(yù)充電電壓控制環(huán)路的“內(nèi)部”并且因此對(duì)誤差電壓沒(méi)有貢獻(xiàn)。
在圖7中，用170表示的運(yùn)算放大器(A3)被用來(lái)將通過(guò)用172表示的電阻(R6)從基準(zhǔn)電壓(Vc)得到的基準(zhǔn)電流(ic)與從用174表示的與接地基準(zhǔn)連接的電阻(R5)得到的電流(ig)進(jìn)行比較。R5與R6的電阻之比選擇為使Vc得自V1或V2電源的正或負(fù)電壓能夠產(chǎn)生被(ig)接地基準(zhǔn)電流匹配的基準(zhǔn)電流(ic)。例如，如果Vc等于-10伏并且R6為1兆歐姆，則將出現(xiàn)-10ua的數(shù)值。如果電阻為100∶1，即如果R5等于100兆歐姆并且(ic)與(ig)的值相等(都為10μa)，則相對(duì)接地在R5上將出現(xiàn)-1000伏特的電壓。
以下是本實(shí)施例預(yù)充電功能的操作。假定離子收集表面52上電壓當(dāng)前值為0伏特并且我們希望將C1和表面52充電至-1000伏特。如果Vc為-10伏特以產(chǎn)生-10ua的ic值，則運(yùn)算放大器A3的正端將被相對(duì)負(fù)輸入端推向負(fù)向。這將使放大器A3的輸出被負(fù)向驅(qū)動(dòng)。如果開(kāi)關(guān)S1現(xiàn)在處于“充電”位置，則A3輸出上的負(fù)電壓將正向偏置二極管D1并且負(fù)向充電電容器C1直到R5上電壓達(dá)到1000伏特以在放大器A1的正輸入上產(chǎn)生非常接近零的電壓。此時(shí)，放大器A3的輸出電壓值將達(dá)到防止進(jìn)一步充電C1所需的值，即0.5伏特。因此二極管D1和D2被放入電壓控制環(huán)路內(nèi)部以消除作為誤差源的電壓降。當(dāng)S1隨后返回“讀取”位置時(shí)，繼續(xù)讀取表面52上的電壓。用178、180和182表示的R7、C3和R8的數(shù)值分別選擇為補(bǔ)償A3環(huán)路以提供環(huán)路的穩(wěn)定性能。
為了進(jìn)一步降低本發(fā)明浮動(dòng)平板監(jiān)視系統(tǒng)的成本和提高監(jiān)視器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，可能需要使二極管D1和D2返回如圖8所示(A1)緩沖器/放大器90的輸出電路。在圖8中，二極管D1和D2經(jīng)100歐姆-1千歐姆的用186表示的低值電阻R9返回放大器A1的輸出電路。這使得可以在圖6和7的連接中采用成本更低、電容更大并且泄漏型更高的二極管。由于放大器/緩沖器(A1)比隨后的高壓增強(qiáng)放大器A2和晶體管Q1具有更大的帶寬并且即使在離子收集表面52上發(fā)生非?？焖俚碾妷哼^(guò)渡時(shí)也可以使二極管D1和D2上的電壓保持為常數(shù)，所以獲得了好處。電阻R9的使用使得可以將預(yù)充電信號(hào)引入二極管D1和D2而無(wú)需過(guò)載放大器/緩沖器(A1)的輸出。
圖9A示出了本發(fā)明另一實(shí)施例，離子收集平板52與接地基準(zhǔn)之間的電容器C1連接至省去使C1電容器電壓標(biāo)稱值至等于或大于離子收集表面52上電壓限的電路。由于具有較高電壓標(biāo)稱值的低泄漏電容器成本較高，所以這是需要的。因此代之以連接在離子收集平板52與接地基準(zhǔn)之間的電容器，電容器連接在離子收集平板52與將需要由電路提供的內(nèi)部電學(xué)基準(zhǔn)之間，對(duì)此說(shuō)明如下。圖9A以局部形式示出了為減少電壓標(biāo)稱值而提供的電路。用190表示的放大器(A4)作為單位增益緩沖放大器連接，它監(jiān)視分別用192和194表示的R10和R11的電阻分壓器的電壓。選擇的電阻比值通過(guò)A4線性電壓工作范圍內(nèi)所需的比值降低用198表示的電容器CIA上的電壓壓力。例如，如果通過(guò)例如使R10為101千歐姆而R11為10兆歐姆使分壓器比值為100∶1，則產(chǎn)生分壓器比值100∶1。在該比值上，當(dāng)驅(qū)動(dòng)反饋線120例如上升至相對(duì)接地基準(zhǔn)為1000伏特時(shí)，在A4緩沖放大器190的輸出上相對(duì)驅(qū)動(dòng)反饋線120將出現(xiàn)負(fù)10伏特信號(hào)。由于如上所述至A1放大器/緩沖器90的輸入與驅(qū)動(dòng)反饋線120之間的電壓差維持為零，所以在電容器C1A上出現(xiàn)10伏電荷。因此對(duì)于驅(qū)動(dòng)反饋線與接地基準(zhǔn)之間電壓差為1000伏特的前述實(shí)施例中，電容器C1上為1000伏特水平，而在對(duì)于驅(qū)動(dòng)反饋線與接地基準(zhǔn)之間電壓差為1000伏特的本實(shí)施例中，電容器C1A上僅僅為10伏特。
C1和C1A必需相對(duì)離子收集表面52上的電壓變化保持相同的電荷。為此，我們需要將C1A相對(duì)C1的數(shù)值乘以由R11和R10建立的100～1的同一分壓器比值，由此使C1A的值等于2000皮法。當(dāng)C1A為2000皮法時(shí)(0.002微法)，離子收集表面52的表觀電容如同在圖4-8的實(shí)施例中那樣為20皮法。由于10伏特標(biāo)稱值的低泄漏0,002微法電容器體積較小，并且容易低成本得到，所以圖9A的實(shí)施例是比較好的。緩沖放大器190的提供防止了連接至驅(qū)動(dòng)反饋線120的電路內(nèi)電池的抽取。
如上所述，離子收集表面52觀察到的電容大小用Cs表示，由先前已經(jīng)在圖4描述中給出的關(guān)系后下列關(guān)系得到Cs=C1A(1-1/R10+R11R11)]]>這里 項(xiàng)對(duì)應(yīng)圖4實(shí)施例中CD與Cp之間的關(guān)系中的A。圖9B示出了圖9A實(shí)施例的基本形式，其中電容器CIA的數(shù)值可以電學(xué)方式變化。當(dāng)當(dāng)前測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)將20pf定義為離子收集表面52觀察到電容值時(shí)，可能出現(xiàn)的情況是需要改變?cè)撝?。電?92和194被連接在驅(qū)動(dòng)反饋線120與接地基準(zhǔn)之間的電勢(shì)計(jì)代替。電勢(shì)計(jì)210的滑臂212連接至電容器的C1A一端，電容器另一端如在圖9的實(shí)施例中那樣連接至離子導(dǎo)電表面52。從零電阻至最大電阻的電勢(shì)計(jì)210的可調(diào)整范圍從零至圖中所示C1A實(shí)際值改變了表面52觀察的CIA電容器數(shù)值。
圖9C示出了圖9A實(shí)施例電學(xué)方式改變電容器C1A值的較佳形式。電阻器220與222的串聯(lián)組合連接在驅(qū)動(dòng)反饋線120與接地基準(zhǔn)之間。電阻器220、222的結(jié)與圖9A電路中的緩沖放大器190一樣連接至緩沖器/放大器224的正輸入。電勢(shì)計(jì)連接在放大器224輸出與接地基準(zhǔn)之間。電勢(shì)計(jì)226的滑臂212連接至電容器的C1A一端，電容器另一端如在圖9A的實(shí)施例中那樣連接至離子導(dǎo)電表面52。
如在圖9A的實(shí)施例中那樣，緩沖放大器224防止連接至驅(qū)動(dòng)反饋線120的電路中電池的抽取。電勢(shì)計(jì)226改變電容器C1A的數(shù)值。所示電路中的典型值對(duì)于電阻220為100K，對(duì)于電阻器222為1M而對(duì)于電勢(shì)計(jì)226的最大值為10K。在所示裝置中，電勢(shì)計(jì)226的滑臂212將由帶顯示電容器C1A可調(diào)整數(shù)值范圍的撥盤的手動(dòng)操作旋鈕控制。
電勢(shì)計(jì)226可以由連接在放大器224輸出與接地基準(zhǔn)之間的兩個(gè)電阻器的串聯(lián)組合代替并且兩個(gè)電阻器的節(jié)點(diǎn)連接至電容器C1A?？梢圆捎门c微處理器組合的數(shù)字一模擬連接器改變兩個(gè)電阻器的比值。另外，電勢(shì)計(jì)可以由數(shù)字電勢(shì)計(jì)代替。在任一情況下，上述能夠使電容器C1A的數(shù)值由連接至裝置的計(jì)算機(jī)以電學(xué)方式改變。
如本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員將會(huì)看到的，圖7、8和9的實(shí)施例可以如圖10的實(shí)施例那樣容易地組合。圖7、8和9中實(shí)施例如同圖10中那樣的組合提供了較佳實(shí)施例。當(dāng)采用圖10中的實(shí)施例時(shí)，可以將圖7中R5和R6建立的電阻分壓器比值降低為1∶1。由于圖7中所示與接地基準(zhǔn)連接的R5返回圖10中A4的輸出，因此這是可以做到的。由于放大器A4具有連接至100比1輸入的電阻比值，所以A4輸出具有可以直接為A3電路使用的100比1的比值。
顯而易見(jiàn)的是，指示器Vo可以是直流響應(yīng)裝置或交流響應(yīng)裝置或者較佳的是同時(shí)是二者。由于電壓范圍增強(qiáng)電路A2和Q1將驅(qū)動(dòng)反饋線120驅(qū)動(dòng)至匹配點(diǎn)(A)處的信號(hào)，所以指示器Vo還可以連接至點(diǎn)A代替驅(qū)動(dòng)反饋線120。而且C1或C1A的數(shù)值可以是不同于指示器的值以提供不同于2000pf的離子收集表面52的電容。C1A的數(shù)值可以如上所述以電學(xué)方式變化。其他變化包括屏蔽68連接至驅(qū)動(dòng)反饋線120而不是連接至放大器/緩沖器(A1)的輸出，這是因?yàn)樗鼈兲幱谙嗤男盘?hào)電平。如果需要，為了保護(hù)好放大器/緩沖器(A1)，可以在二極管D1的陰極和二極管D2的陽(yáng)極的節(jié)點(diǎn)與驅(qū)動(dòng)反饋線120之間連接一對(duì)串聯(lián)反相的齊納二極管或其他保護(hù)裝置。
由于這些實(shí)施例在離子采集平板組件上不采用靜電探頭裝置，所以監(jiān)視器帶寬不受低頻限制而可以根據(jù)所用單元擴(kuò)展至數(shù)十或數(shù)百千赫，因此達(dá)到了較高的帶寬能力，這是本發(fā)明的目的。
在由于省略機(jī)械裝置而提高可靠性的同時(shí)，除了不使用靜電探頭裝置和預(yù)充電繼電器或螺線管裝置以外，也無(wú)需頻繁的清洗和/或維護(hù)。
當(dāng)本發(fā)明的監(jiān)視器用于衰減模式時(shí)，離子收集平板被預(yù)充電至高于衰減定時(shí)器的預(yù)設(shè)起始電壓的電壓水平。監(jiān)視器測(cè)量入射空氣離子使離子收集平板從預(yù)設(shè)起始電壓放電至預(yù)設(shè)停止電壓所需的時(shí)間。當(dāng)在浮動(dòng)模式中采用本發(fā)明的監(jiān)視器時(shí)，離子收集平板開(kāi)始時(shí)放電至零電壓并且隨后浮動(dòng)至由入射空氣離子流至離子收集平板控制的電壓水平。
本發(fā)明的監(jiān)視器能夠包括與計(jì)算機(jī)接口的能力，因此串行通信端口和應(yīng)用軟件程序能夠使監(jiān)視器通過(guò)計(jì)算機(jī)操作。這有利于數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)信息的積累、時(shí)域內(nèi)平板電壓的圖形顯示、報(bào)告生成、衰減時(shí)間的更高分辨率和逐伏調(diào)整起始和停止電壓設(shè)定點(diǎn)?？梢酝瓿呻x子平衡測(cè)試和衰減測(cè)試并且順序自動(dòng)重復(fù)運(yùn)行測(cè)試和數(shù)據(jù)采集，并且可以獲得數(shù)據(jù)并以圖形形式顯示以提高測(cè)試結(jié)果的解釋。
特別是，在選定衰減模式時(shí)，可以完成正和負(fù)衰減測(cè)試以評(píng)價(jià)離子化器中和工作位置表面上電荷的能力。對(duì)于每種衰減測(cè)試，當(dāng)平板電壓達(dá)到編程的停止電壓時(shí)可以觀察到衰減波形并且衰減時(shí)間的分辨率為10毫秒量級(jí)。當(dāng)選擇離子平衡模式時(shí)，可以完成離子平衡測(cè)試以評(píng)價(jià)正和負(fù)空氣離子的平衡。測(cè)試周期可以是任意的特定長(zhǎng)度。對(duì)于每個(gè)測(cè)試周期，記錄和顯示平均、最大和最小平板電壓并且圖形顯示平板電壓隨時(shí)間的變化。
監(jiān)視器的計(jì)算機(jī)操作還可以使測(cè)試系列編程和運(yùn)行。經(jīng)常需要對(duì)多個(gè)離子化器重復(fù)同一平衡和衰減測(cè)試并記錄測(cè)試結(jié)果。利用本發(fā)明監(jiān)視器的計(jì)算機(jī)能力進(jìn)行自動(dòng)化操作特別有利。為此輸入測(cè)試序列模式以編程和執(zhí)行一系列的測(cè)試步驟。通過(guò)建立一系列的離子平衡和衰減測(cè)試步驟建立程序。對(duì)于每個(gè)步驟，規(guī)定了測(cè)試類型(平衡或衰減)并且隨后由程序提示指定每個(gè)測(cè)試步驟的參數(shù)。在測(cè)試步驟之間提供循環(huán)和編程時(shí)間延遲進(jìn)一步加強(qiáng)了測(cè)試序列的編程和運(yùn)行。通過(guò)識(shí)別測(cè)試步驟完成測(cè)試序列的編輯，其中程序給出提示輸入該步驟的新參數(shù)。利用同樣的方法刪除不需要的測(cè)試步驟。
所有保存的數(shù)據(jù)以文本文件保存，因此容易利用表格軟件打開(kāi)。一種是能夠記錄隨測(cè)試數(shù)據(jù)的附加注釋?？梢愿鶕?jù)分析需要操作數(shù)據(jù)。測(cè)試數(shù)據(jù)還可以在應(yīng)用程序內(nèi)檢索和顯示。
顯而易見(jiàn)的是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)所需的目標(biāo)。雖然詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是僅僅是示意性質(zhì)的，無(wú)限制作用。
權(quán)利要求
1.一種浮動(dòng)平板離子監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于包括a)離子收集器組件，包括位于絕緣材料片相對(duì)側(cè)面上的離子導(dǎo)電表面和屏蔽表面，離子導(dǎo)電表面位于接收離子撞擊的位置；以及b)將復(fù)制和跟隨離子導(dǎo)電表面上電壓的電勢(shì)施加在屏蔽表面上的裝置；c)由此以電學(xué)方式在離子導(dǎo)電表面與屏蔽表面之間建立電容并且獨(dú)立于離子收集器組件的物理結(jié)構(gòu)。
2.一種浮動(dòng)平板離子監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于包括a)離子收集器組件，包括呈一定間隔關(guān)系的離子導(dǎo)電表面和屏蔽表面，離子導(dǎo)電表面位于接收離子撞擊的位置；b)單位增益連接的運(yùn)算放大器；c)將離子導(dǎo)電表面連接至放大器正輸入的裝置；d)將屏蔽表面連接至放大器反相輸入的裝置；e)連接在離子導(dǎo)電表面與內(nèi)部電學(xué)基準(zhǔn)之間的電容；以及f)連接至放大器輸出的指示器；g)由此通過(guò)連接的電容在離子導(dǎo)電表面與屏蔽表面之間建立電容并且獨(dú)立于離子收集器組件的物理結(jié)構(gòu)，并且由此使連接電容的電壓標(biāo)稱值不必等于或大于離子導(dǎo)電表面上的電壓限。
3.如權(quán)利要求2所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括在操作上與放大器連接的擴(kuò)展監(jiān)視器電壓測(cè)量范圍的裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于電壓范圍擴(kuò)展裝置包括a)具有與第一名義放大器輸出耦合的反相輸入的第二運(yùn)算放大器；b)連接至第二運(yùn)算放大器輸出的晶體管開(kāi)關(guān)；以及c)連接在第二放大器正輸入與晶體管開(kāi)關(guān)之間的驅(qū)動(dòng)反饋線。
5.如權(quán)利要求4所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括在第一與第二放大器之間的用于在衰減模式下操作監(jiān)視器的切換裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包含在操作上與所述切換裝置相連的預(yù)充電離子導(dǎo)電表面的裝置。
7.如權(quán)利要求3所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于由操作上與擴(kuò)展監(jiān)視器電壓測(cè)量范圍的裝置相連的電路提供內(nèi)部電學(xué)基準(zhǔn)。
8.如權(quán)利要求7所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于電路包括建立電壓基準(zhǔn)大小的分壓器。
9.如權(quán)利要求8所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包含連接在分壓器與電容器之間的緩沖放大器。
10.如權(quán)利要求7所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于電路包括建立可調(diào)整的電壓基準(zhǔn)大小的電勢(shì)計(jì)。
11.如權(quán)利要求2所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于由包含建立電學(xué)基準(zhǔn)大小的分壓器的電路提供內(nèi)部電學(xué)基準(zhǔn)。
12.如權(quán)利要求11所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于電路包括建立可調(diào)整的電壓基準(zhǔn)大小的電勢(shì)計(jì)。
13.一種浮動(dòng)平板離子監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于包括a)離子收集器組件，包括呈一定間隔關(guān)系的離子導(dǎo)電表面和屏蔽表面，離子導(dǎo)電表面位于接收離子撞擊的位置；b)單位增益連接的運(yùn)算放大器；c)將離子導(dǎo)電表面連接至放大器正輸入的裝置；d)將屏蔽表面連接至放大器反相輸入的裝置；e)具有在操作上連接至離子導(dǎo)電表面的一端和另一端的電容器；f)在操作上與擴(kuò)展監(jiān)視器電壓測(cè)量范圍的放大器相連的網(wǎng)絡(luò)；以及g)在操作上與所述網(wǎng)絡(luò)和所述電容器另一端相連以提供內(nèi)部電學(xué)基準(zhǔn)的電路；h)由此通過(guò)連接的電容器在離子導(dǎo)電表面與屏蔽表面之間建立電容并且獨(dú)立于離子收集器組件的物理結(jié)構(gòu)，并且由此使連接電容器的電壓標(biāo)稱值不必等于或大于離子導(dǎo)電表面上的電壓限。
14.如權(quán)利要求13所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于電路包括建立電學(xué)基準(zhǔn)大小的分壓器和將分壓器與電容器另一端耦合的裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于耦合裝置包含緩沖放大器。
16.如權(quán)利要求13所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于電路包括建立可調(diào)整的電壓基準(zhǔn)大小的電勢(shì)計(jì)。
17.如權(quán)利要求15所述的監(jiān)視系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括在操作上連接在所述緩沖放大器與所述電容器之間的建立可調(diào)整的電壓基準(zhǔn)大小的電勢(shì)計(jì)。
18.一種浮動(dòng)平板離子監(jiān)視方法，其特征在于包括以下步驟a)提供離子收集器組件，包括呈一定間隔關(guān)系的離子導(dǎo)電表面和屏蔽表面，離子導(dǎo)電表面位于接收離子撞擊的位置；b)將復(fù)制和跟隨離子導(dǎo)電表面上電壓的電勢(shì)施加在屏蔽表面上；c)以電學(xué)方式在離子導(dǎo)電表面與屏蔽表面之間建立電容并且獨(dú)立于離子收集器組件的物理結(jié)構(gòu)；以及d)將電壓基準(zhǔn)施加在電學(xué)方式建立的電容上從而使電壓標(biāo)稱值無(wú)需等于或大于離子導(dǎo)電表面上的電壓限。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括改變電學(xué)方式建立電容的大小。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括通過(guò)改變電學(xué)方式建立電容大小的方式改變所施加電壓基準(zhǔn)的大小。
全文摘要
一種浮動(dòng)平板離子監(jiān)視系統(tǒng)和方法,其中離子收集器組件(50)包括呈一定空間關(guān)系的離子導(dǎo)電表面(52)和屏蔽表面(62),離子導(dǎo)電表面位于接收撞擊離子的位置,并且電勢(shì)施加在屏蔽表面(62)上,該表面復(fù)制并跟隨離子導(dǎo)電表面(52)上的電壓。因此建立起離子導(dǎo)電表面(52)與屏蔽表面(62)之間的電容并且獨(dú)立于離子收集器組件(50)的物理結(jié)構(gòu)。為此提供單位增益連接運(yùn)算放大器(90)并將其正輸入(92)與離子導(dǎo)電表面(52)連接而將其反相輸入(94)與屏蔽表面(62)連接。連接放大器輸出的指示器監(jiān)視離子導(dǎo)電表面(52)上的電壓。電壓基準(zhǔn)施加在電學(xué)建立的電容(98)上從而使電壓標(biāo)稱值無(wú)需等于或大于離子導(dǎo)電表面上出現(xiàn)的電壓限。所施加電壓基準(zhǔn)的大小可以改變電學(xué)建立電容(98)大小的方式變化。
文檔編號(hào)G01R19/00GK1375061SQ00809238
公開(kāi)日2002年10月16日 申請(qǐng)日期2000年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月21日
發(fā)明者布魯斯·T·威廉姆斯 申請(qǐng)人:布魯斯·T·威廉姆斯