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龙图腾网获悉大连理工大学申请的专利一种适用于脉冲等离子体诊断的静电三探针系统获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116539941B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-30发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310486231.7，技术领域涉及：G01R15/18；该发明授权一种适用于脉冲等离子体诊断的静电三探针系统是由袁凤宝;张家良;杨楠楠;桑宇航;武佳设计研发完成，并于2023-05-04向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种适用于脉冲等离子体诊断的静电三探针系统在说明书摘要公布了：本发明公开一种适用于脉冲等离子体诊断的静电三探针系统，包括：在电路设计中引入磁耦合，实现探针电流测量回路与探针驱动回路的电隔离，使探针电流测量部分可以与数据采集装置共地，而不影响探针驱动回路的可靠电悬浮，减小电路悬浮部分的组成和体积，降低探针电路的对地电容，探针电流测量电路部分与数据采集装置的共地，便于整个探针系统的集成化、自动化、仪器化；通过减弱两个回路之间的静电耦合，有效抑制脉冲放电对电流测量回路的干扰；提出一种三探针数据分析算法，有效纠正探针工作点电压选择导致的诊断结果偏差，扩展探针工作点电压的选择范围，解决三探针工作点电压位于探针偏压饱和区间时的数据分析困难，扩展完善三探针的诊断原理。

本发明授权一种适用于脉冲等离子体诊断的静电三探针系统在权利要求书中公布了：1.一种适用于脉冲等离子体诊断的静电三探针系统，其特征在于，所述的静电三探针系统包括静电三探针和数据采集与分析系统； 所述的静电三探针包括静电三探针本体以及静电三探针电路； 所述的静电三探针本体包括三个探针与多孔陶瓷管，三个探针置于陶瓷管孔中由管孔定位与支撑，三个探针分别标记为P1、P2、P3，其中P1为公共探针；所述的静电三探针电路包括两个回路，每个回路包括磁感应电流传感器、直流电源、缓冲电容和两个探针；磁感应电流传感器包括原线圈、副线圈与磁芯，原线圈与副线圈分别密绕在磁芯上；两个回路中的缓冲电容均并联在直流电源两端，直流电源的正极均连接至公共探针P1，直流电源的负极均串接磁感应电流传感器原线圈后分别连接至探针P2、P3； 磁感应电流传感器的原线圈匝数通过预判探针回路电流幅值及变化率，计算原线圈的感应电压来确定，在原线圈的感应电压小于探针驱动电压十分之一时的匝数即可；副线圈匝数根据信号放大的需求进行确定；缓冲电容的容值选择保证一次脉冲过程中探针回路中流过的电荷总量远小于缓冲电容存储电荷量； 所述的磁芯，其材料选择须保证磁耦合效率尽量高，磁芯材料的额定工作频率应高于电流脉冲信号的特征频率； 所述的数据采集与分析系统包括数据采集模块和数据处理分析系统； 所述的数据采集模块由前置放大器与数据采集卡构成，前置放大器与磁感应电流传感器副线圈直接相连，电流传感器副线圈的感应电压信号由前置放大器放大并进行噪音压制后，由数据采集卡完成数据的采集与数字化并传输至数据处理分析系统，为保障三探针系统整体的时间分辨能力，数据采集卡的采样速率高于静电三探针电路的响应速率； 所述的数据处理分析系统，首先根据数据采集模块记录的磁感应电流传感器副线圈的感应电压计算出探针电流，具体计算方法如下： 当静电三探针置于脉冲等离子体中时，任一静电三探针电路的回路中形成的电流信号为it，那么电流传感器副线圈在电流it的激励下输出感应电压ut，电流传感器副线圈感应电压ut与原线圈端静电三探针电路的回路电流的关系为： 其中M为原、副线圈的互感； 对电流传感器副线圈感应电压ut进行积分计算出静电三探针电路的回路电流： 然后，数据处理分析系统根据探针P2、P3的电流I2、I3以及三探针工作点电压V12、V13计算出等离子体的电子温度、离子密度； 具体的数据分析算法如下： a提出三探针工作点电压V12、V13中的较大值V13位于探针偏压的饱和区间时的数据分析方法为： 探针P1、P2的电流I1、I2表示为： 其中，式中，Je为电子饱和电流密度，V1为探针P1相对于等离子体电位的负偏压，V2为探针P2相对于等离子体电位的负偏压，JiV1为探针P1的离子饱和电流密度，JiV2为探针P2的离子饱和电流密度，S为探针表面积，k为玻尔兹曼常数，e为电子电荷，me为电子质量，Te为电子温度，ne为电子密度，π为圆周率； 探针P3在电压V13的驱动下进入饱和状态，其探针电流I3的电子流部分直接忽略掉，简化为： I3＝SJiV37其中，V3为探针P3相对于等离子体电位的负偏压，JiV3为探针P3的离子饱和电流密度； 三个探针电流满足关系： I1＝I2+I38三探针工作点电压与探针电位满足关系： V12＝V2‑V19V13＝V3‑V110假设，探针电位引起的三个探针离子饱和电流的变化忽略不计，即： JiV1＝JiV2＝JiV311通过联立表达式3至10，推导得到关于电子温度的方程： 根据方程12计算出等离子体的电子温度Te，单位为K； 探针P3的电流I3即为离子饱和电流，离子饱和电流密度公式为： ji＝nievi13其中，ni为鞘层与预鞘层交界面处离子密度，vi为相应的离子速度，根据玻姆鞘层原理有： 其中，n0为等离子体中的离子密度，mi为离子质量； 联立方程7、13、14、15得到关于离子密度的方程： 根据方程16计算出的等离子体中的离子密度n0，其单位为m‑3； b当三探针工作点电压V12、V13均位于探针偏压的过渡区间时，计算等离子体的电子温度、离子密度的数据分析方法为： 三个探针P1、P2、P3的电流I1、I2、I3表示为： 其中，Je为电子饱和电流密度，V1为探针P1相对于等离子体电位的负偏压，V2为探针P2相对于等离子体电位的负偏压，V3为探针P3相对于等离子体电位的负偏压，JiV1为探针P1的离子饱和电流密度，JiV2为探针P2的离子饱和电流密度，JiV3为探针P3的离子饱和电流密度，S为探针表面积，k为玻尔兹曼常数，e为电子电荷，me为电子质量，Te为电子温度，ne为电子密度，π为圆周率，为式5，Je为式6； 根据方程5、6与方程8至11以及方程17至19推导出关于电子温度的方程： 利用方程20计算出电子温度Te； 根据方程18、19与11推导出离子饱和电流密度Ji为： 根据方程21、方程13至15与方程9、10推导出关于离子密度的方程： 根据方程22计算出离子密度n0； 根据上述两种三探针工作点电压位于不同区间的数据分析方法，算法的具体流程为： 由于在选定三探针工作点电压时无法预判其是否进入到探针偏压的饱和区间内，所以根据测量得到的探针电流信号I2、I3以及三探针工作点电压V12、V13，利用b中的数据分析方法初步计算出电子温度、离子密度；然后将计算出的电子温度与三探针工作点电压中较大者V13进行数值大小对比，如果V13与电子温度的数值差距不大，则直接输出当前结算结果；如果V13大于电子温度的3倍时，则需要利用a中的三探针工作点电压进入到探针偏压饱和区间的数据分析方法重新计算电子温度、离子密度；然后，输出重新计算得到的电子温度、离子密度。

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