脉冲微波等离子体中静电三探针诊断技术的研究

摘要

脉冲微波等离子体相对于其他等离子体有电离度高、纯度高、活性强、气压范围广等优点，又因微波以脉冲形式发出时可以改善放电效果，因此脉冲微波等离子体成为人们争相研究的重点。要想深入了解脉冲微波等离子体的特性，就要利用适当的诊断方法对其诊断。静电探针诊断技术是等离子体诊断技术中最基础的诊断方法，因此将静电探针诊断技术应用于脉冲微波等离子体诊断对相关研究有重要意义。脉冲微波等离子体由脉冲微波激发真空室中的气体产生，其呈现出脉冲、周期、瞬变等特性，本实验采用静电三探针诊断技术对其进行诊断。
　　本文首先介绍了诊断系统的设计与搭建。设计了特定的支撑系统，满足了探针系统与真空室的稳定对接，也优化了等离子体的放电效果。另外，设计了特定的传动系统，保证在诊断过程中可以远程控制探针移动到指定位置进行测量。在探针设计上，增大了探针与等离子体的接触面积，减小诊断信号的误差。
　　接下来着重介绍了诊断电路的分析。由于脉冲微波等离子体具有高频特性，因此要测定诊断电路中各元件的频响参数，进而对诊断电路进行准确分析。诊断电路中的集总参数元件利用电桥测定其阻抗值；信号线则利用传输线原理进行分析，并设计了测定信号线分布参数的实验；探针线的分析则是根据多导体传输理论，建立对称三平行传输线模型，并设计实验测定了探针线的分布参数。完成诊断电路的细致分析将为数据处理做好铺垫。
　　在等离子体参数计算方面，先对采集信号进行时频转换，之后将数据带入诊断电路进行电路解析得到探针头处的信号，接下来利用改进后的等离子体参数的计算方法得出电子温度和等离子体密度。
　　在诊断平台实验中，应用上述探针系统获取诊断数据，最终求得瞬态变化的电子温度和等离子体密度的时间变化曲线，时间变化率高达100ns。最后该套静电探针诊断系统交付使用单位使用，取得实验结果并得到认可。

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1 绪论

1.1 前言

1.2 等离子体概述

1.3 静电探针诊断技术

1.4 传输线原理

1.5 研究内容

2 诊断系统的搭建

2.1 支撑系统

2.2 传动系统

2.3 探针系统

2.4 本章小结

3 诊断电路的分析

3.1 诊断电路电路图

3.2 集总参数元件的阻抗

3.3 信号线的等效阻抗

3.4 探针线的等效阻抗

3.5 本章小结

4 诊断信号的处理与分析

4.1 采集信号的时频转换

4.2 诊断电路的解析

4.3 静电三探针模型修正

4.4 平台实验结果的分析

4.5 诊断方法优化前后计算结果对比

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献