纳秒脉冲介质阻挡放电光谱与V-I信号的同步采集与分析

摘要

大气压脉冲介质阻挡放电因其易于实现的放电环境和能够产生高密度的等离子体被人们广泛运用在医疗、材料处理、环境治理等领域。本论文针对大气压脉冲介质阻挡放电的光谱采集方式和放电V-I特性展开了讨论和研究。
　　本文采用微控制器控制脉冲电源放电和光谱仪采集光谱，实现了脉冲重复放电的情况下，光谱仪能够采集到每一次放电的光谱。利用此种采集方式可以达到以往的光谱记录方式所不能够精确同步采集到单次放电的效果。
　　此同步的方法包括先对脉冲电源低压侧的两个IGBT模块开关的控制和复位电路的控制，同时对光谱仪的采集时序进行控制。在STC51控制模块上写入了控制程序，通过时序调试达到了很好的同步控制效果。
　　实验采集了单次放电电压和电流，采用了流量为1000sccm的氩气作为载气，施加电压在30.8kV，电压上升时间为130ns，脉冲宽度为350ns左右。利用介质阻挡放电等效电路和采集到的电压电流，通过对比不放电时与放电时的间隙电压和电极电流，确定整个脉冲期间只发生了大概20ns的气体雪崩时间，然后是残余电荷参与的RLC振荡现象。通过对比脉冲电压大小的不同，发现气隙电压陡降的时间点随着脉冲电压大小的增大而往后延迟，电压增大了20kV，时间点延迟了230ns左右。在脉冲电压相同时，改变DBD间隙载入气体氩气的流量，发现放电的时间点却不会变化。这说明了在本实验条件下，载气击穿时间主要由脉冲电压决定，氩气浓度对其影响不大。
　　本论文对光谱仪采集到的相邻波长为763.498nm和772.332nm的特征峰进行了比较，在脉冲电压幅值为30.8kV，脉宽350ns，载气流量1000sccm条件下，连续采集10次放电光谱强度中，光谱强度的波动变化小。在氩气相同时，大气压下脉冲介质阻挡放电的光谱强度随着脉冲电压的提高而增强。计算出的电子激发温度有所下降，激发温度的波动变得更小。说明了随着施加电压的提高，电子的激发温度变得更稳定。实验中还观察了在脉冲电压相同时，氩气浓度较低时，光谱强度随着氩气浓度的提高而增强的比较快，当氩气浓度达到一定值时，随着氩气浓度的再次提高而增强的比较慢，电子的激发温度也有所下降。最后通过对比氩气浓度的变化和电压的变化对光谱强度的影响，得出光谱强度的变化在本实验条件下主要取决于电压强度的变化，也与放电环境中氩气的浓度有关。通过比较波长为763.498nm和772.332nm处的光谱强度与电子密度或离子密度的关系，得出在氩气浓度不变时，光谱强度与电子密度或离子密度成线性正比关系，在脉冲幅值电压不变时，光谱强度与电子密度或离子密度不再成线性正比关系。整个实验的过程中，利用发射光谱法测量电子激发温度的方法，估算了电子激发温度在0.16eV~0.47eV之间。

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1绪论

1.1等离子体概念和性质

1.2低温等离子体的应用

1.3脉冲介质阻挡放电简述

1.4研究内容和章节安排

2高压脉冲DBD特性参数的诊断方式

2.1引言

2.2 发射光谱诊断方法

2.3脉冲放电光电信号的同步采集方法

2.3本章小结

3 同轴DBD放电电极两端电压与电流测试与分析

3.1单次放电的电压电流测量

3.2电流密度的计算

3.3放电电极电容的计算

3.4放电模式的分析

3.5从电源的机制分析电压的趋势变化

3.5本章小结

4 光谱的采集与分析

4.1电子激发温度的计算思路

4.2不同氩气流量的光谱采集与分析

4.3不同电压下的光谱采集与分析

4.4光谱强度与电子密度的关系

4.5本章小结

5结论与展望

硕士期间研究成果

致谢

参考文献