[发明专利]离子平衡监视器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2004年10月29日提交的题为“Ion Balance Monitor(离子平衡监视器)”的临时申请No.60/623,670的优先权，该申请通过引用结合于此。

背景技术

本发明涉及空气中的离子平衡和浓度的检测和监视。

静态电荷积聚会在各种制造过程和工业操作中导致严重问题。解决电荷聚集的方法之一是在紧靠要保护的对象附近形成高电离空气容积区。如果这些对象变成带电，则它们会吸引相反极性的空气离子。这样，又导致电荷中和。包含正负极性的离子的电离空气通常由空气电离系统来提供。必须周期性地校验这种系统，以便确保其正常的运行，并且在临界环境中，连续离子发生器系统的监视可能是必需的。

空气(气体)离子发生器的典型估算由三个部分构成。前两个测试测量离子发生器以期望产生速率水平输送正负离子的能力，从而受保护的对象可在确定时限内被中和。根据ANSI ESD STM 3.1-2000标准(2000年ESD协会用于放电敏感产品-电离的保护的EOS/ESD协会标准)，这种能力根据具有指定对地电容的带电板在指定电压电平之间进行放电所需的时间来确定。为此，首先将该板预充电至初始电压电平，然后允许放电为通常初始测试电压的10％。对初始电压的两个极性记录放电所需时间。这两次测量称为放电时间测试。

离子发生器估算的第三部分是电压偏移量测量。首先，测试板短接至地以去除任何残留电荷。然后，板与地断开连接，并允许浮置。在板电压稳定之后对板测得的电压是采集自碰撞到板上的空气离子的净电荷的结果。稳定的板电压值也表示置入离子场中、尺寸和几何形状与测试板近似的对象通过该离子场将被驱动到的电压电平。

使用上述现有技术方法的空气(气体)离子发生器系统的估算是耗时的，并且对于连续离子发生器监视中的应用并非足够健壮。可参考2000年10月10日授予的题为“Apparatus and Method for Monitoring of Air Ionization(用于监视空气电离的装置和方法)”的美国专利No.6,130,815、1996年4月9日授予的题为“Apparatus for Measuring Ions in a Clean Room Gas Flow Using a Spherical Electrode(使用球形电极测量净化室气流中的离子的装置)”的美国专利No.5,506,507以及2002年8月13日授予的题为“Floating Plate Monitor(浮置板监视器)”的美国专利No.6,433,522，所有这些前述的三个专利的公开通过引用结合于此。适当的监视要求同时测量离子平衡(电压-偏移值测试)和两个离子极性的离子产生速率(放电时间测试)。现有的充电板和带电板监视器不能进行这种同步测试。通常，这些装置仅监视电压偏移量，并且在特定系统中附加地向离子发生器提供反馈信号。这种关于离子失衡的反馈信号可被用来控制离子发生器系统；然而，这并不表示离子发生器是否产生了足够的离子量来在期望时间内使受保护对象放电。它仅仅通过指示电压偏移量告知到达板的正离子与负离子的比。

发明内容

因此，本发明的方法和装置的目的是通过提供以下来克服现有技术的方法和设备的缺点：

1.离子电流检测器组件，它可被置入离子场中。

2.离子检测器，它具有提供与碰撞到敏感电极表面的正和负离子的数量相对应的同步输出信号的能力。

3.电路，用以处理检测器信号-正和负离子电流以便为监视、记录或者控制目的提供信息。

本发明-一种新型离子平衡监视器-能够通过测量因出现空气离子(例如通过空气(气体)离子发生器生成)所产生的电流来同时监视正负离子的产生速率(以及由此的离子浓度)。另外，它通过比较上述电流来检查离子平衡。通过这种方法获得的信息可被用来实时监视离子发生器。不管是哪种类型的离子发生器，两个极性的离子的离子平衡和产生速率都可通过新型离子监视器来记录。新开发仪器的稳健性和可行性对照标准带电板监视单元来校验。这种离子监视器显著缩短了估算离子发生器所需的时间，并且可另外提供使离子发生器系统保持平衡所需的反馈信号。

本发明的其它应用包括气体环境中的任意离子平衡与离子浓度的测量和监视。

本发明的一个实施例涉及一种离子平衡监视器包括：定义包括多个导电和电隔离部分的一个表面的装置；向多个部分的相应部分施加正和负电偏置电位的装置；以及响应于离子从该表面所置入的离子场碰撞到每个部分上，测量在这些部分中产生的正负电流的装置。