封闭式等离子体发生器设计及其放电等离子体参数分布实验研究

为满足飞行器典型部件隐身需求,针对等离子体隐身技术应用中存在的在低空开放环境下不易产生和维持的问题,设计了一种封闭式的等离子体发生器。使用μs脉冲电源,以氩气为工作气体,在低气压下进行了放电实验。利用发射光谱法,研究了电子温度和电子密度在密闭腔体内部的分布规律。等离子体电子温度变化采用Boltzmann曲线斜率法进行分析,等离子体电子密度的变化通过分析Ar 750.38nm谱线强度变化得到。实验发现:放电电压对于电子密度的影响较为强烈,而对于电子温度影响相对较小。无论从腔体X轴还是Y轴出发,都可以看出其电子温度总体上呈现下降趋势,而电子密度逐渐增加。而且由于进气口和真空泵接口的位置分布产生的气压梯度原因,2个参数的变化在X轴向上都表现得更为强烈。     

基于发射光谱法的氩等离子体射流诊断研究

利用等离子体进行材料表面处理,其电子温度和电子密度会对材料表面的活性成分产生重要影响。为研究等离子体射流电子温度和电子密度,采用针-环电极结构搭建等离子体放电及光谱诊断试验平台,在大气中实现稳定等离子体射流;利用光谱仪采集氩等离子体的光谱数据,分别采用玻尔兹曼曲线斜率法和斯塔克展宽法计算,并对比分析等离子体射流尖端、射流尖端有无铜箔时等离子体射流的不同轴向位置、铜箔到射流喷口不同距离时射流作用在铜箔表面的电子温度和电子密度变化规律。结果表明：输入电压升高会导致电子温度升高,电子密度降低;等离子体电子温度随轴向距离增加而降低,电子密度随轴向距离先略微升高然后降低。尖端放置铜箔会在一定范围内对电子温度电子密度数值产生影响。当铜箔到射流喷口距离增加时,铜箔表面电子温度先上升后下降,电子密度先下降后上升。且外施电压增加,电子温度达到最大值的位置和电子密度达到最小值的位置到喷口距离越来越远。     

弓网电弧等离子体光谱特性实验

弓网电弧等离子体具有高温度、高能量的特点,对高速铁路弓网电接触的性能造成了威胁。基于弓网电弧模拟实验平台,利用光谱诊断法对弓网电弧等离子体进行研究。对辐射的主要特征谱线进行标识和归属,并计算弓网电弧等离子体的激发温度、转动温度、振动温度和电子密度。此外,还研究了电源输出电流对激发温度和电子密度的影响。实验结果表明,弓网电弧等离子体对接触网铜导线和浸金属碳滑板强烈的烧蚀作用会产生丰富的铜原子谱线、铁原子谱线和CN B2∑+→X2∑+谱线。同时,基于Boltzmann斜线法,发现了弓网电弧等离子体激发温度随电流的增加而增加。通过拟合电弧等离子体中CN B2∑+→X2∑+谱线,可知在30A电流条件下,弓网电弧等离子体的转动温度和振动温度分别达到6 800K和9 000K。最后,讨论了特征谱线的展宽机制,并利用Cu I 521.82nm谱线,探讨了弓网电弧等离子体的电子密度随电流的增加而上升的情况。     

激光诱导击穿光谱技术应用于煤质分析的研究综述

实时掌握入炉煤的煤种特性,有利于燃煤发电机组的安全经济运行,但由于煤质在线分析技术的缺乏,一定程度地制约了火力发电燃烧优化技术的实质性发展,激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectros-copy,LIBS)技术作为一项潜在的在线分析技术被引入煤质在线分析领域。为此,分别从基础实验研究、定量分析方法研究和工业应用研究3个方面综述了国内外关于LIBS技术在煤质分析方面的研究现状,探讨了其中需要解决的关键问题。在LIBS技术现有发展的基础上,需要重点解决LIBS检测煤质所需的定量分析模型的精确度和煤种适应性、分析装置良好的现场适应性和长期运行的可靠性等问题。     

基于激光诱导荧光法诊断大气压低温等离子体射流中OH自由基和O原子的时空分布

由于传统辐射光谱法无法对大气压低温等离子体射流中OH自由基和O原子进行定量检测,本文利用自主研制的纳秒脉冲激励针筒型等离子体射流装置,基于单光子和双光子激光诱导荧光法分别对OH自由基和O原子的时空分布进行诊断。结果发现,OH自由基和O原子的寿命时间分别为1ms和3ms,远大于脉冲放电持续时间;采用拟合衰减曲线法,得到OH自由基的绝对密度为1012~1013cm-3;发现离喷嘴口越远,OH自由基和O原子密度越低。然而,即使距离喷嘴口数cm的地方,仍然存在大量的OH自由基和O原子;OH自由基和O原子的密度随激励频率和脉冲电压幅值的增加而升高,随H_2O含量和O_2含量的升高而出现先增大后减小的趋势。其中,当氦气中H_2O含量为0.012%时,OH自由基密度达到最大值。当氦气中O2含量为0.5%时,O原子密度达到最大值。本文研究为调控和优化低温等离子体射流中OH自由基和O原子密度提供重要科学依据。     

激光诱导增强电弧等离子体的放电状态研究

为了研究激光诱导增强电弧复合焊接过程中复合等离子体的放电状态,采用高速摄影结合光谱诊断的方法,对复合堆焊镁合金的熔深状态、等离子体行为和光辐射特性进行了对比分析。结果表明:激光和电弧有3种复合方式,即激光未穿过电弧时电弧根部与激光"匙孔"分离、激光穿过电弧等离子体时电弧根部与"匙孔"分离、电弧根部处于"匙孔"处。当电弧根部作用于激光"匙孔"处时,"匙孔"等离子体与电弧等离子体连接并形成复合等离子体。复合等离子体在"匙孔"内部分具有较高的电导率(1.2×104 S/m)并接近局域热力学平衡状态,这导致激光诱导增强作用下的电弧等离子体在"匙孔"内部具有极高的电流密度(可达到103 A/cm2)和能量利用效率。     

真空开关全气压范围内激光诱导等离子体特性及其在真空度检测中的应用研究

真空开关由于其具有结构紧凑、维护方便、无温室气体排放和分断能力强等优点,因而被广泛运用于中压级电网中.真空灭弧室作为真空开关的核心部件,内部气压(真空度)决定了电路能否可靠地开断.现阶段,真空开关真空度在线检测依然是一个国际性难题,并无行之有效的在线检测手段.文中采用等离子体成像的方式研究了不同气压和不同激光能量下等离...     

大气压非平衡等离子体诊断:激光散射

大气压非平衡等离子体在表面改性和杀菌消毒等领域等具有广泛的应用.为了增强对其物理机制的理解,电子数密度和温度、气体动力学温度和分子转动温度等关键参数的测量必不可少.激光散射是对这些参数进行诊断的常用技术,该文将针对大气压非平衡等离子体诊断中的激光散射诊断进行了较为详细的评述.首先对瑞利散射、汤姆逊散射和拉曼散射这3种类...     

大尺度磁分散电弧等离子体位形的静电探针诊断

磁旋转电弧可以产生大面积均匀等离子体:磁分散电弧等离子体。利用快速移动水冷静电探针对大气压氩弧磁分散电弧等离子体进行了诊断,得到发生器弧室内的电子温度分布、电弧位形以及等离子体波动等信息。诊断结果表明:等离子体弧柱区呈圆盘状,并在轴向有较大扩张,弧柱区下游等离子体波动较大,为等离子体云与冷气团混合所致。将探针诊断结果与采用热力学平衡模型的数值计算结果比较,发现2者具有相似的等离子体位形,但实验测量得到的电子温度更高,等离子体分布范围更广。分析认为,这种差异可能是等离子体偏离局域热力学平衡和等离子体的不稳定性造成的。     

基于莫尔偏折的低温等离子体气体温度参数研究

放电等离子体有着非常广泛的实际工程应用价值,其内部温度特性是表征等离子体性质的一个重要参数。为了探明大气压下放电等离子体的气体温度空间分布特性参数,搭建了一套基于莫尔偏折原理的光学测试系统,对铜电极下小电流(0.1A)放电产生的低温等离子体进行了诊断。首先利用傅里叶变换和Abel逆变换,根据莫尔条纹图像提取了等离子体折射率分布曲线。然后通过求解等离子体物理方程,建立等离子体折射率与温度之间的对应关系。最后通过将折射率反演变换,重建出距下电极不同位置的等离子体气体温度分布,研究并分析温度随位置变化的趋势及原因。结果表明:在同一径向位置上,等离子体中心处温度最高,并向两边迅速递减。不同径向位置下的中心处最高温度范围约为1 400~1 600K。在竖直方向上,随着距下电极位置的距离增加,等离子体气体温度分布和直径都略微增加。     

Basic characteristics of Ar/N2 atmospheric pressure nonequilibrium microwave discharge plasma jets

To understand the mechanism of surface processing by atmospheric pressure nonequilibrium microwave discharge plasma jets of coaxial type without a resonator, we measured the vibrational and rotational temperatures in plasmas using optical emission spectroscopy. The plasma was excited by a microwave power supply, using a gas mixture of Ar and N₂ as the plasma gas, and changing the flow rate of N₂ gas. We also measured the change in the contact angle of a PET film before and after the plasma processing. It decreased as the plasma rotational temperature increased, indicating that the hydrophilicity of the PET surface was improved as the plasma rotational temperature became higher. © 2007 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

纳秒脉冲等离子体合成射流的气动激励特性

等离子体合成射流是一种快速、宽频的气动激励方式,由于激励强度高、射流速度大,在超音速流动控制方面具有广阔的应用前景。等离子体合成射流气动激励特性的研究将为揭示等离子体合成射流的产生和演化机制提供必要的基础。为此,研究ns脉冲等离子体合成射流气动激励特性,在常规大气环境进行了发射光谱测试,通过对380.5nm附近的谱线进...     

高压ECT中激光供能电源的设计

激光供能作为一种新的供能方式逐步为高压电子式电流互感器设计所采用。设计了一种用于高压电子式电流互感器的激光供能方案,提出了一种激光供能与异步串行通信复用的功率激光器驱动方法,具体给出了激光器的驱动电路、保护电路和自动恒温控制方案,并在此基础上提出了MCU控制系统的模型。最后对高压侧的高效率光能-电能转换电路进行了设计。     

辉光放电光谱仪用高稳定度高压恒流源的研制

直流辉光放电等离子体激发光源工作时需要0.5～1.5 kV的高电压以及5～100 mA恒定可控的电流。放电电流的稳定性对辉光放电光源的稳定工作至关重要,为此,研制了一种用于辉光放电光谱仪的高稳定度高压恒流源。该恒流源用于驱动Grimm型辉光放电光源对样品进行溅射和光谱激发,恒流源采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和高精度低漂移运算放大器,结合电路图介绍了其工作原理及过压、过流、过热保护措施。经实验验证,恒流源输出开路电压为1.1 kV,输出电流为0～100 mA连续可调,该恒流源的输出电流稳定性高,保证了辉光放电光谱仪样品成分分析的精密度,其负载调整率和输入电压调整率均0.05%;此恒流源驱动Grimm型辉光放电等离子体激发光源对金属样品溅射效果良好,给出了溅射坑表面形貌图以及显微照片、溅射速率。对GBSA6800x不锈钢标样中的Cr、Cu、Al、W元素测试结果相对标准偏差(RSD)2.5%。     

氙气离子推力器束流等离子体特征参数的Langmuir单探针诊断

离子推力器和航天器的成功整合,需要对羽流-航天器之间可能的相互作用进行全面的评估。为了给二者的整合提供实验依据,设计使用了Langmuir单探针测试系统,对氙气离子推力器束流等离子体参数的空间分布进行了诊断研究。实验中使用栅极表面向外凸出的双栅极Kaufman型离子推力器,真空舱的背景压强为3mPa。与传统静态等离子体不同的是:离子推力器束流等离子体具有很大的定向速度,致使探针电流大幅增加,所以传统静态等离子体条件下的I-V(电流-电位)曲线的解释需要重新考虑并进行适当修正。为了尽量减少定向流对离子饱和电流的影响,实验中选择将Langmuir探针与推力器轴线平行放置。实验结果表明:离子推力器的束流等离子体的悬浮电位、空间电位、离子浓度的变化趋势相似,不同径向位置处的各参数都随着轴向距离的增加而减小。分布图中存在一些参数值较低的特殊点,是因为这些测点并没有位于等离子体束流区域内。通过这些特殊点的轴向和径向坐标,可估计出推力器的束流发散角(16.014°)、栅极半径(在71.3～111.3mm范围之内)、束流形状。