低频放电等离子体静电探针诊断方法

摘要

近年来人工放电等离子体在航天、雷达对抗及材料表面处理等多个领域得到了广泛应用。静电探针作为具有高空间分辨率的等离子诊断手段，是目前获取直流放电和射频放电等离子各种物理参数及其分布特性的主要途径之一。然而在诊断低频放电等离子体时，静电探针会因为等离子电位干扰而出现较严重的偏差。为解决这一问题，本文对传统双探针进行了有效改进，主要工作如下：
　　首先，分析了低频放电等离子体对静电探针诊断的干扰因素及机理，对Impedans公司生产的双探针产品进行了测试和分析，建立了低频等离子体放电装置对探针的干扰等效电路模型，分析得出了低频等离子体空间电位波动分布情况及其对探针诊断精度影响的主要原因。
　　第二，提出了一种能够适用于低频放电等离子的抗干扰双探针诊断方案，针对各影响因素，尤其是空间等离子体电位波动的影响，有针对地采取了一系列针对低频放电等离子体的抗干扰措施。完成了新型探针系统的硬件设计、探针结构设计和上位机软件开发等工作，研制了一套完整的低频放电抗干扰探针诊断系统原理样机。
　　最后，将该探针诊断系统应用于某典型的30KHz低频放电等离子体装置上，同时与Impedans公司产品以及微波诊断法进行对比互验。实验结果表明，传统双探针诊断结果与微波诊断结果相比误差达到0.59数量级，而本文提出的探针系统误差在0.2数量级以内（小于微波法的固有误差），验证了本文分析的正确性以及提出改进方法的有效性。
　　本文的主要成果，一方面从理论上阐明了传统双探针在低频放电中受干扰的机制及应对措施；另一方面为各类低频放电等离子体源的等离子体参数及其分布提供有效的诊断设备，拓展了双探针诊断方法在低频放电等离子体领域的应用，同时还可适用于其它类型的空间电位波动严重的放电等离子装置。

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第一章 绪论

1.1等离子体及其应用概述

1.2等离子体诊断的主要方法

1.3静电探针诊断的研究现状

1.4本文工作的内容和意义

第二章 等离子体的基本参数及诊断原理

2.1等离子体的基本性质及参数

2.2静电探针诊断原理

2.3其他诊断方法原理简介

2.4本章小结

第三章 低频放电等离子体中静电探针特性分析

3.1低频放电装置的干扰模型

3.2低频放电对单探针特性影响分析

3.3低频放电对双探针特性影响分析

3.4低频放电等离子体中静电探针的抗干扰措施

3.5本章小结

第四章 低频放电等离子体静电双探针诊断系统设计与实现

4.1低频静电探针系统框图

4.2双探针及探针支架设计

4.3硬件系统全隔离设计

4.4低频阻断器设计

4.5系统软件部分

4.6低频静电探针系统

4.7本章小结

第五章 低频放电等离子体静电双探针诊断系统测试

5.1实验配置

5.2数据采集及数据分析实例

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2展望

参考文献

致谢

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