專利名稱：一種電流傳感器、阻抗匹配器以及等離子體加工設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及等離子體加工技術領域，具體涉及一種電流傳感器、阻抗匹配器以及應用該阻抗匹配器的等離子體加工設備。
背景技術：
射頻等離子體加工設備是利用射頻電源輸出的射頻功率使反應腔室內的氣體電離，從而在反應腔室內形成等離子體，然后利用等離子體加工器件。在實際應用過程中，負載(等離子體)的阻抗會隨腔室內氣體的成分和壓力的變化而不斷變化，從而導致負載阻抗與射頻電源的阻抗失配，這將使得傳輸線上存在較大的反射功率，從而導致射頻功率無法全部施加到反應腔室。因此，相關技術人員在射頻電源與反應腔室之間設置了阻抗匹配器。阻抗匹配器包括傳感器、控制系統和執行單元，其中，傳感器用以檢測射頻傳輸線上的電壓、電流、前向功率、反向功率等相關參數，以提供匹配控制算法所需的輸入量，并將參數發送給控制系統；控制系統根據獲得的參數向執行單元發出指令，執行單元實現負載阻抗與射頻等離子體加工設備的恒定輸出阻抗的匹配。其中，傳感器包括用于檢測射頻傳輸線上電流的電流傳感器，圖1為現有的電流傳感器的結構示意圖。如圖1所示，電流傳感器包括線圈骨架2和線圈3，其中，線圈3繞制在線圈骨架2上，線圈 3的第一端部31作為信號端與控制系統連接，線圈3的第二端部32接地。這種電流傳感器的線圈由于匝數固定，只能檢測一定功率段的電流幅值范圍。當傳輸線I上的電流因傳輸功率變化范圍較大而超出電流傳感器的檢測范圍時，就會影響控制系統的后續工作。此時，只能通過拆機并更換線圈3來改變線圈3的匝數，這不但增加了勞動強度，而且延長了生產時間，降低了生產效率。為此，中國專利申請CN 102012448A公開了一種羅哥夫斯基電流傳感器。圖2為羅哥夫斯基電流傳感器的結構示意圖，如圖2所示，電流檢測裝置包括圓環形的磁介質骨架4，其中，在磁介質骨架4上分別繞制有相互獨立的第一線圈51和第二線圈52，且第一線圈51的匝數大于第二線圈52的匝數。在電流檢測時，可以選擇性地將第一線圈51或第二線圈52與控制系統連接，從而使電流傳感器能夠測量兩個不同功率段的電流幅值范圍，從而在一定程度上擴大了電流傳感器的檢測范圍。但是，對于某些特定的工藝，如等離子體刻蝕工藝，射頻電源往往需要向等離子體加工設備的反應腔室輸送高、中、低三種、甚至更多種不同范圍的射頻功率，這就要求阻抗匹配器中的電流傳感器也相應地能夠準確地檢測高、中、低三種、甚至更多種不同功率段的電流幅值范圍。顯然，上述羅哥夫斯基電流傳感器仍無法滿足被測傳輸線上的功率范圍較大的情況。另外，上述羅哥夫斯基電流傳感器是通過增加磁介質骨架4上線圈的數量來增加電流傳感器的檢測范圍，這不僅增加了電流傳感器的制造成本，還增大了電流傳感器的體積。
發明內容
為至少解決上述問題之一，本發明提供一種電流傳感器、匹配器及等離子體加工設備，其不僅能夠檢測較寬的電流幅值范圍，而且體積小，制造成本低。為實現本發明的目的而提供一種電流傳感器，包括線圈骨架以及纏繞在所述線圈骨架上的線圈以及控制單元，所述線圈包括線圈輸入端和線圈輸出端，在所述線圈輸入端和所述線圈輸出端之間設有η個抽頭，所述抽頭將所述線圈分成η+1段匝數不同的子線圈，所述控制單元在η個所述抽頭、所述線圈輸入端和所述線圈輸出端中任意選擇兩個分別作為傳感器信號端或接地端，其中，η為大于O的正整數。其中，所述控制單元為選擇開關，所述選擇開關包括選擇開關控制子單元、第一開關以及第二開關，所述第一開關根據所述選擇開關控制子單元的選擇信號選擇性地將η個所述抽頭、所述線圈輸入端和所述線圈輸出端中的任意一個作為傳感器信號端；所述第二開關根據所述選擇開關控制子單元的選擇信號選擇性地將所述抽頭、所述線圈輸入端和所述線圈輸出端中的任意一個接地。優選的，所述選擇開關控制子單元為DSP控制器或繼電器。其中，所述線圈骨架利用磁性材料制作或利用非磁性材料制作。優選的,所述磁性材料包括鐵、鎳基合金或稀土合金。優選的，所述非磁性材料包括聚四氟乙烯或聚醚醚酮。本發明還提供一種阻抗匹配器，包括電流傳感器、控制系統、執行單元以及驅動所述執行單元的動力源，其中，所述電流傳感器用以檢測射頻傳輸線上的電流，并向所述控制系統提供電流信號，其中，所述電流傳感器采用了本發明提供的所述電流傳感器。優選的，所述動力源為步進電機或伺服電機。本發明還提供一種等離子體加工設備，包括反應腔室、射頻電源以及設置在所述射頻電源與反應腔室之間的阻抗匹配器，所述阻抗匹配器用以使負載阻抗與射頻等離子體加工設備的恒定輸出阻抗相匹配，其中，所述等離子體加工設備采用了本發明提供的所述阻抗匹配器。本發明具有以下有益效果:本發明提供的電流傳感器，通過在線圈上設置η個抽頭(η為大于O的正整數)，并將線圈分成η+1段匝數不同的子線圈，并且通過控制單元在η個抽頭、所述線圈輸入端和所述線圈輸出端中任意選擇兩個分別作為傳感器信號端或接地端，以選擇性地將線圈上η+1段匝數不同的子線圈中任意一段或多段子線圈接入控制系統，使電流傳感器能夠測量多種不同功率段的電流幅值范圍，從而擴大了電流傳感器的檢測范圍。并且，由于電流傳感器是借助η個抽頭將線圈分成η+1段匝數不同的子線圈來增加其檢測范圍而無需增加線圈的數量，這不僅減小了電流傳感器的體積，而且還降低了電流傳感器的制造成本。本發明提供的阻抗匹配器，其通過本發明提供的電流傳感器，能夠測量多種不同功率段的電流幅值范圍，從而擴大了電流傳感器的檢測范圍；并且減小了電流傳感器的體積，降低了電流傳感器的制造成本。本發明提供的等離子體加工設備，其通過采用上述阻抗匹配器，不僅能夠測量多種不同功率段的電流幅值范圍，從而擴大了電流傳感器的檢測范圍；并且減小了電流傳感器的體積，降低了電流傳感器的制造成本。
圖1為現有的電流傳感器的結構示意圖；圖2為羅哥夫斯基電流傳感器的結構示意圖；圖3為本發明實施例中電流傳感器的結構示意圖；以及圖4為在線圈上設有兩個抽頭的電流傳感器的結構示意圖。
具體實施例方式為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的電流傳感器、阻抗匹配器以及等離子體加工設備進行詳細闡明。本發明提供的電流傳感器用以檢測被測傳輸線上的電流。圖3為本發明實施例中電流傳感器的結構示意圖。請參閱圖3，電流傳感器包括線圈骨架20、纏繞在線圈骨架20上的線圈60、控制單元7以及傳感器信號端8。控制單元7用于選擇性地將線圈60上的接線端與傳感器信號端8連接。線圈60包括線圈輸入端61和線圈輸出端62,并且在線圈輸入端61和線圈輸出端62之間設有一個抽頭63，抽頭63將線圈60分成兩段匝數不同的子線圈，其中，第一子線圈的匝數為nl，第二子線圈的匝數為n2，且nl古n2，n為大于O的正整數。線圈骨架20利用如鐵、鎳基合金或稀土合金等磁性材料制作而成，或利用如聚四氟乙烯或聚醚醚酮等非磁性材料制作而成。線圈輸入端61、線圈輸出端62以及抽頭63為線圈60上的接線端。控制單元7在抽頭63、線圈輸入端61和線圈輸出端62中可任意選擇兩個接線端分別作為傳感器信號端8或接地端，從而選擇性地將匝數不同的子線圈或其組合接入需要測量傳輸線上電流信號的控制系統，這可以使電流傳感器測量三種不同功率段的電流幅值范圍，從而擴大了電流傳感器的檢測范圍。例如，控制單元7選擇抽頭63作為傳感器信號端8，并將線圈輸入端61接地，此時匝數為n2的第二子線圈被接入控制系統。又如:控制單元7選擇抽頭63作為傳感器信號端8，并將線圈輸出端62接地，此時匝數為nl的第一子線圈被接入控制系統。再如:控制單元7選擇線圈輸出端62作為傳感器信號端，并將線圈輸入端61接地，此時整個線圈60被接入控制系統。本實施例電流傳感器借助抽頭63將線圈分成兩段匝數不同的子線圈來增加其檢測范圍而無需增加線圈60的數量，這不僅減小了電流傳感器的體積，而且還降低了電流傳感器的制造成本。本實施例中，控制單元7為選擇開關，該選擇開關包括選擇開關控制子單元70、第一開關71以及第二開關72，其中，選擇開關控制子單元70提供開關選擇信號，該選擇開關控制子單元可以為DSP控制器或繼電器等自動控制裝置。第一開關71根據選擇開關控制子單元70的選擇信號選擇性地將抽頭63、線圈輸入端61和線圈輸出端62中一個接線端作為傳感器信號端；第二開關72根據選擇開關控制子單元70的選擇信號選擇性地將抽頭63、線圈輸入端61和線圈輸出端62中一個接線端接地，從而實現采用自動方式將線圈60上匝數不同的子線圈或其組合接入控制系統，這不僅擴大了電流傳感器的檢測范圍，而且無需通過拆機并更換線圈的方式來改變線圈的匝數，從而不但降低了勞動強度，縮短了生產時間，提高了生產效率，還減小了電流傳感器的體積，降低了電流傳感器的制造成本。需要說明的是，在本實施例中，在線圈60上設有一個抽頭63，但本發明并不局限于此。實際上，在線圈60上可設置η個抽頭，其中，η為大于O的正整數，使線圈60被分成η+1段匝數不同的子線圈，并且，在上述η個抽頭、線圈輸入端61和線圈輸出端62中可任意選擇兩個接線端分別作為傳感器信號端8或接地端，以選擇性地利用線圈60上η+1段匝數不同的子線圈或其組合來測量傳輸線上的電流，使電流傳感器能夠測量多種不同功率段的電流幅值范圍，從而擴大電流傳感器的檢測范圍。例如，圖4為在線圈上設有兩個抽頭的電流傳感器的結構示意圖。如圖4所示，在線圈輸入端61和線圈輸出端62之間設有兩個抽頭，分別為靠近線圈輸入端61的第一抽頭63和靠近線圈輸出端62的第二抽頭64,借助第一抽頭63和第二抽頭64將線圈60分為三段匝數不同的子線圈，其中，線圈輸入端61和第一抽頭63之間的線圈的匝數為η3，第一抽頭63和第二抽頭64之間的線圈阻數為η4,第二抽頭64和線圈輸出端62之間的線圈的阻數為η5，且η3古η4古η5。線圈輸入端61、線圈輸出端62、第一抽頭64以及第二抽頭65為線圈60上的接線端，控制單元7在上述四個接線端中可任意選擇兩個接線端分別作為傳感器信號端8或接地端，從而選擇性地利用三種匝數不同的子線圈或其組合來測量傳輸線上的電流，這樣可以使電流傳感器測量七個不同功率段的電流幅值范圍。可以理解，在線圈60上設置的抽頭數量越多，電流傳感器可測量的電流幅值范圍越廣，從而可以擴大電流傳感器的檢測范圍。綜上所述，本實施例提供的電流傳感器，其通過在線圈上設置η個抽頭(η為大于O的正整數)，將線圈分成η+1段匝數不同的子線圈，并且在η個抽頭和線圈輸入端、線圈輸出端中任意選擇兩個接線端分別作為傳感器信號端或接地端，以選擇性地將線圈上η+1段匝數不同的子線圈中任意一段子線圈或任意一段子線圈的組合接入控制系統，使電流傳感器能夠測量多種不同功率段的電流幅值范圍，從而擴大了電流傳感器的檢測范圍。并且，上述電流傳感器由于無需增加線圈的數量就能夠增加檢測范圍，這不僅減小了電流傳感器的體積，而且還降低了電流傳感器的制造成本。本實施例還提供了一種阻抗匹配器，包括電流傳感器、控制系統、執行單元以及用以驅動執行單元的動力源，其中，電流傳感器采用了本實施例提供的上述電流傳感器，用以檢測射頻傳輸線上的電流，并向控制系統提供電流信號。控制系統根據獲得的電流信號向動力源發出指令，使動力源驅動執行單元實現負載阻抗與射頻等離子體加工設備的恒定輸出阻抗的匹配。本實施例中，動力源采用步進電機或伺服電機等動力裝置。本實施例提供的阻抗匹配器，其通過采用本實施例提供的電流傳感器，不僅能夠測量多種不同功率段的電流幅值范圍，從而擴大了電流傳感器的檢測范圍。并且還能夠減小電流傳感器的體積，降低電流傳感器的制造成本。本實施例還提供一種等離子體加工設備，包括反應腔室、射頻電源以及設置在射頻電源與反應腔室之間的阻抗匹配器，其中，阻抗匹配器為本實施例提供的阻抗匹配器，用以使負載阻抗與射頻電源的恒定輸出阻抗相匹配。本實施例提供的等離子體加工設備，其通過采用本實施例提供的阻抗匹配器，不僅能夠測量多種不同功率段的電流幅值范圍，從而擴大了電流傳感器的檢測范圍。并且減小了電流傳感器的體積，降低了電流傳感器的制造成本。可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種電流傳感器，包括線圈骨架、纏繞在所述線圈骨架上的線圈以及控制單元，所述線圈包括線圈輸入端和線圈輸出端，其特征在于，在所述線圈輸入端和所述線圈輸出端之間設有η個抽頭，所述抽頭將所述線圈分成η+1段匝數不同的子線圈，所述控制單元在η個所述抽頭、所述線圈輸入端和所述線圈輸出端中任意選擇兩個分別作為傳感器信號端或接地端，其中，η為大于O的正整數。
2.根據權利要求1所述的電流傳感器，其特征在于，所述控制單元為選擇開關，其包括選擇開關控制子單元、第一開關以及第二開關，所述第一開關根據所述選擇開關控制子單元的選擇信號選擇性地將η個所述抽頭、所述線圈輸入端和所述線圈輸出端中的任意一個作為傳感器信號端；所述第二開關根據所述選擇開關控制子單元的選擇信號選擇性地將所述抽頭、所述線圈輸入端和所述線圈輸出端中的任意一個接地。
3.根據權利要求2所述的電流傳感器，其特征在于，所述選擇開關控制子單元為DSP控制器或繼電器。
4.根據權利要求1所述的電流傳感器，其特征在于，所述線圈骨架利用磁性材料制作或利用非磁性材料制作。
5.根據權利要求4所述的電流傳感器，其特征在于，所述磁性材料包括鐵、鎳基合金或稀土合金。
6.根據權利要求4所述的電流傳感器，其特征在于，所述非磁性材料包括聚四氟乙烯或聚醚醚酮。
7.一種阻抗匹配器，包括電流傳感器、控制系統、執行單元以及驅動所述執行單元的動力源，其中，所述電流傳感器用以檢測射頻傳輸線上的電流，并向所述控制系統提供電流信號，其特征在于，所述電流傳感器采用權利要求1-6中任意一項所述的電流傳感器。
8.根據權利要求7所述的阻抗匹配器，其特征在于，所述動力源為步進電機或伺服電機。
9.一種等離子體加工設備，包括反應腔室、射頻電源以及設置在所述射頻電源與反應腔室之間的阻抗匹配器，所述阻抗匹配器用以使負載阻抗與射頻電源的恒定輸出阻抗相匹配，其特征在于，所述阻抗匹配器采用權利要求7-8中任意一項所述的阻抗匹配器。
全文摘要
本發明提供了一種電流傳感器、阻抗匹配器以及等離子體加工設備，所述電流傳感器包括線圈骨架、纏繞在所述線圈骨架上的線圈以及控制單元，所述線圈包括線圈輸入端和線圈輸出端，在所述線圈輸入端和所述線圈輸出端之間設有n個抽頭，所述抽頭將所述線圈分成n+1段匝數不同的子線圈，所述控制單元在n個所述抽頭、所述線圈輸入端和所述線圈輸出端中任意選擇兩個分別作為傳感器信號端或接地端(其中，n為大于0的正整數)，以選擇性地將線圈上n+1段匝數不同的子線圈中任意一段或多段子線圈接入控制系統，使電流傳感器能夠測量多種不同功率段的電流幅值范圍，從而擴大了電流傳感器的檢測范圍，并且減小了電流傳感器的體積，降低了電流傳感器的制造成本。
文檔編號H05H1/46GK103105515SQ20111035882
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者張文雯 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司