一种射频电源实时数据监测系统与设备异常识别方法与流程

本发明涉及射频电源监测，更具体地说，是涉及一种射频电源实时数据监测系统与设备异常识别方法。

背景技术：

1、随着镀膜、半导体设备等领域的技术进步，相关工艺条件日趋复杂，对设备性能的要求也水涨船高，射频电源作为这些领域中的核心组件，其稳定运行对整体设备的效能至关重要。然而，在实际应用中，用户在调试或使用半导体、镀膜等设备的过程中往往会出现各种预想不到的、未知的异常问题，这些问题严重影响设备的正常运转，对设备的使用及后续生产工作带来很大的问题。

2、传统的故障排查方法，如经验法和替换法，虽然在一定程度上能够解决问题，但效率低下，且往往耗费大量时间，这些方法在面对复杂问题时，其局限性尤为明显，因为它们往往依赖于操作人员的经验和对设备的深入了解，在效率上难以支持设备的稳定使用与后续生产活动的顺畅进行。

技术实现思路

1、为了提高镀膜、半导体设备遇到异常时的故障排查效率，本发明提供一种射频电源实时数据监测系统与设备异常识别方法，通过对射频电源的实时数据监测，能够实时监控射频电源的关键参数，精准识别设备异常，并通过异常检测算法快速发现异常情况，从而提高设备的可靠性与稳定性，保证后续生产活动的顺畅进行。

2、本发明技术方案如下所述：

3、一种射频电源实时数据监测系统，包括fpga模块、网络模块及mcu，射频电源与异常设备连接，射频电源与fpga模块连接，fpga模块通过网络模块连接电脑上位机，电脑上位机通过第一通讯模块连接mcu，mcu通过第二通讯模块连接fpga模块；

4、电脑上位机设置数据采集开关界面，用户通过数据采集开关界面选择所需要采集的数据选项并启动数据采集流程，电脑上位机将数据采集指令发送至mcu，mcu接收到电脑上位机的数据采集指令后，将其转换成fpga通讯协议并发送至fpga模块，fpga模块解析fpga通讯协议的数据后，将所需要的射频电源的相关数据通过网络模块发送至电脑上位机。

5、上述的一种射频电源实时数据监测系统，网络模块通过外部lan网口与电脑上位机的lan网口。

6、进一步的，网络模块的外部lan网口与电脑上位机的lan网口通过rj45网线连接。

7、上述的一种射频电源实时数据监测系统，第一通讯模块为rs232模块或rs485模块。

8、上述的一种射频电源实时数据监测系统，第二通讯模块为uart通讯模块。

9、一种设备异常识别方法，射频电源与异常设备连接，上述的一种射频电源实时数据监测系统与射频电源连接，fpga模块采集射频电源实时的阻抗值、正向功率(fwd)、反射功率(rfl)、扫频状态及点火状态的数据，fpga模块将采集的数据进行分析运算，fpga模块将采集的数据、分析运算结果通过网络模块发送至电脑上位机，电脑上位机将接收的内容直接查阅或导出。

10、上述的一种设备异常识别方法，fpga模块通过集成的矢量网络分析功能或外部连接的矢量网络分析仪，对射频电源输出的射频信号进行测量并采集射频电源输出的射频信号的幅度与相位信息；利用采集的射频信号的幅度与相位信息，fpga模块计算射频电源的s参数，通过数学变换，从s参数中提取出阻抗的实部与虚部，并计算出阻抗的模值和相位角。

11、进一步的，fpga模块分析运算获得射频电源的阻抗值的工作过程包括：

12、步骤a1.设置内置的矢量网络分析模块或矢量网络分析仪的工作参数的测量参数。fpga模块配置内置的矢量网络分析模块或矢量网络分析仪的工作参数，如频率范围、测量点数、功率水平等，以确保准确的测量结果。

13、步骤a2.射频信号采集。fpga模块通过矢量网络分析模块或矢量网络分析仪的接口，采集射频电源输出的射频信号的幅度与相位信息，这通常涉及到模拟信号到数字信号的转换，以便进行后续的数字处理。

14、步骤a3.s参数计算，获得射频电源阻抗的r+jx值。利用采集到的射频电源的幅度与相位信息，fpga模块计算射频电源的s参数，特别是s11参数。s11参数表示反射系数，它与阻抗的实部和虚部有直接关系。通过一定的数学变换，可以从s11参数中提取出射频电源阻抗的实部与虚部(即r+jx值)。

15、步骤a4.阻抗计算。步骤a3中获得阻抗的实部与虚部，fpga模块进一步计算出阻抗的模值与相位角。阻抗的模值表示了射频电源与负载之间的匹配程度，而相位角则反映了信号在传输过程中的相位变化。

16、上述的一种设备异常识别方法，fpga模块采集射频电源内置的定向耦合器的射频信号，将射频信号经模数转换后形成电压值及相关电压数据，通过计算公式计算获得射频电源的正向功率与反射功率。其中，为入射功率，为反射功率，vin为输入电压，z0为无陨传输线的特征阻抗，γin为反射系数。

17、上述的一种设备异常识别方法，fpga模块采集射频电源内置的定向耦合器或外置的射频功率传感器的射频信号，将射频信号经模数转换后形成电压值与电流值，根据电压值与电流值计算射频电源的阻抗，射频电源在特定频率范围内搜索最佳工作频率，fpga模块计算获得的阻抗值发生明显变化时，记录射频电源当前工作频率，获得射频电源的最佳工作频率。

18、上述的一种设备异常识别方法，fpga模块预设点火阈值，fpga模块采集射频电源内置的定向耦合器或外置的射频功率传感器的射频信号，将射频信号经模数转换后形成电压值与电流值，根据电压值与电流值计算射频电源的阻抗，根据阻抗计算出反射系数，fpga模块将点火阀值与反射系数进行比较，若反射系数等于或小于点火阀值，fpga模块判断点火成功。

19、上述的一种设备异常识别方法，根据电脑上位机导出的fpga模块的采集数据，射频电源连接的设备存在异常时：

20、(1)若监测到阻抗值发生变化，分析阻抗不匹配的原因，检查射频电源与连接的负载之间的匹配程度，并进行相应的调整；

21、(2)若监测到正向功率异常，分析负载吸收功率能力是否下降或设备内部是否存在故障，并进行相应的维护或故障排查；

22、(3)若监测到反射功率异常，检查是否存在阻抗不匹配、负载短路或开路问题，并采取相应的措施解决；

23、(4)若监测到扫频状态异常，分析是否存在外部干扰、设备内部调谐元件故障或控制系统问题，并进行相应的调整或修复；

24、(5)若监测到点火状态异常，检查气体供应、电极状态及电源参数设置，确保等离子体能够正常激发，并处理相关问题。

25、根据上述方案的本发明，其有益效果在于，

26、1.本发明设计了一种实时监测射频电源的系统，能够实时监测获取射频电源的各种数据，如阻抗值、正向功率、反射功率等，该实时监测系统尽可能利用射频电源内置硬件与现有的电脑上位机(通常情况下常规设备都具有一个控制终端，可作为电脑上位机使用)，如此构成的监测系统能够在不外增加部件的情况下，使用数据线/连接线即可完成，能够很好地节省成本，节省生产时间。

27、2.本发明建立的射频电源监测系统能够通过对射频电源的监测识别设备异常出现的部位，如阻抗不匹配、负载吸收功率能力下降等，并采取相应的措施进行处理，这种异常识别与处理功能可以大大提高设备的维护效率和可靠性，有助于及时发现潜在的问题，避免设备故障，从而确保设备的稳定运行。

28、3.本发明通过实时数据监测与设备异常识别，可以及时发现潜在的设备安全隐患，如负载短路、开路等，增强设备安全性，有效减少设备故障与损坏的风险，保护用户的投资，并避免因设备故障而带来的生产损失。

29、4.本发明通过实时监测射频电源的关键参数，如正向功率和反射功率，可以及时发现功率传输效率下降的问题，使得用户能够及时调整设备参数或进行必要的维护，以确保设备始终在最佳状态下运行，有助于优化生产效率，提高生产线的稳定性和产能。

30、5.本发明提供了对用户友好的操作界面和交互设计，使得用户能够轻松理解设备状态、监测数据和异常信息，通过直观的表格数据与简洁的操作按钮，用户可以快速进行参数调整、故障排查和设备维护，提高了用户的使用体验，降低了学习成本，并促进了用户与设备之间的有效沟通。