[发明专利]温度气压可控的激光诱导高压放电模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及高压放电，特别是一种温度气压可控的激光诱导高压放电模拟系统。

背景技术

雷电是自然界最为壮观和最重要的大气现象之一，同时也是自然灾害中引起灾害最重的十大灾害之一。雷电发生的频率较高，全世界平均每分钟发生1-3次云对地闪电，50％以上的森林火灾是由雷电引发的，每年雷击造成经济损失10亿美元以上，而我国每年约有10500人死于雷击事件。因此，研究雷电的防护问题尤为重要。随着飞秒激光技术的迅猛发展，高强度飞秒激光在空气中传输可以产生一条低电阻的长程等离子体通道，又称飞秒光丝。基于飞秒光丝可以诱导高压放电的特性，利用飞秒光丝开展引雷和避雷方面的研究吸引了各国政府和研究人员的高度关注。另外，飞秒光丝诱导高压放电和传输高功率电能在军事和民用两个领域都有潜在的重要应用。因此，开展相关的基础研究和应用探索研究具有十分重要的意义。

上述应用研究的核心技术是利用飞秒光丝触发高压放电和诱导高压电能传输。一般研究飞秒激光成丝诱导高压放电的模型有针-板电极、板-板电极、针-球电极、球-球电极、板-球电极等等，一电极加高压，另一电极接地或者负高压。因此设计简易的系统来演示和研究这一重要过程，尤其是飞秒光丝传导高压电能的过程尤为关键。

雷电的形成过程受到气压、温度、湿度等环境因素的影响。直接开展激光大气引雷实验是一个庞大的多方面协助的工程，受雷暴云天气自 然条件、高脉冲能量的飞秒激光系统及雷电检测系统等多方面的限制，因此，开展前期的基础研究,如飞秒光丝诱导高压电晕放电和对地击穿放电等，无论是对于引雷，还是避雷，或者是高压电能的远程超精细传输和操控都具有重要的指导意义。因此，开展上述相关研究，需要一个专门的气压和温度可控的系统。

发明内容

本发明目的在于解决上述现有技术存在的问题，提出一种温度气压可控的激光诱导高压放电模拟系统，该系统结构简单，操作安全方便，可模拟不同环境、进行多模式放电研究的实验系统。

本发明的技术解决方案如下：

一种温度气压可控的激光诱导高压放电模拟系统，特点在于其构成包括：飞秒激光器、透镜、金属实验箱、光束收集装置、高压电源、抽气装置、制冷装置、有机玻璃衬底、第一绝缘塑料杆、第二绝缘塑料杆和第一电极、第二电极；

所述的金属实验箱由金属实验箱体和金属实验箱盖构成，所述的金属实验箱体的四个侧面的中心分别设有第一激光通光窗口、第二激光通光窗口、光谱探测窗口和放电现象观察窗口，所述的四个窗口均安装透明有机玻璃密封，所述的金属实验箱盖上设有与所述的抽气装置连接的抽气装置阀门、与所述的制冷装置连接的制冷装置阀门、供所述的高压电源的高压电缆接入的高压导线通孔。在所述的金属实验箱体的四个侧面的内壁涂有黑漆层，外壁上覆盖绝热材料，在所述的金属实验箱体的底面设有置有阵列螺孔的有机玻璃衬底，第一绝缘塑料杆和第二绝缘塑料杆分别固定在所述的绝缘有机玻璃衬底的螺孔中，第一电极经第一绝缘转换体与第一绝缘塑料螺杆固定连接，第二电极经第二绝缘转换体与 第二绝缘塑料杆固定连接；

沿所述的飞秒激光器发射的激光光束方向依次放置所述的透镜、金属实验箱和光束收集装置，使所述的透镜、金属实验箱的第一激光通光窗口的中心、第一电极的尖端、第二电极的尖端、第二激光通光窗口的中心和光束收集装置同光轴，所述的第一电极经高压电缆与所述的高压电源相连。

所述的金属实验箱体由底面和围成一圈的四侧面构成，所述的金属实验箱盖设置在所述的金属实验箱体的顶面，并通过紧固螺丝钉与金属实验箱体固定连接，两者相连部位用橡胶填充，保证密封性。

所述的金属实验箱盖上设置抽气装置阀门、制冷装置阀门和高压导线通孔，三处均用绝缘密封胶封好。

所述的抽气装置和制冷装置设有显示所述的金属实验箱内气压和温度的显示屏。

所述的四个窗口均安装有透明有机玻璃。

所述的金属实验箱安全接地且密闭。

在所述的金属实验箱盖上设有绝缘把手。

所述的绝缘塑料杆一端有螺纹，可固定于所述的绝缘有机玻璃衬底之上。

与现有技术相比，本发明的技术效果如下：

(1)能够较好的用于激光诱导高压放电的基础研究，电极采用针-针模型有利于演示放电过程；

(2)金属实验箱内部的绝缘有机玻璃衬底、绝缘塑料杆和绝缘转换体，既实现了电极与金属箱体的有效绝缘，又能够方便调节电极与电极、电极与光丝之间的距离；