[发明专利]关于强流脉冲高速等离子体的大量程抗干扰便捷式三探针诊断装置及使用方法

说明书

关于强流脉冲高速等离子体的大量程抗干扰便捷式三探针诊断装置及使用方法，属于等离子体领域。该装置包括依次连接的等离子体发射器、三探针、三探针电路、示波器和数据处理器；所述的三探针电路包括：两个直流电源、不间断电源UPS、4个电容和2个电阻；UPS直接给直流电源供电以保证直流电源的稳定性。同轴枪放电等离子体具有高密度、高温度、高速度等特点。再加上强流放电具有很强电磁干扰。此三探针诊断装置可以在强流脉冲放电同轴枪环境下诊断等离子体的密度和电子温度随时间的变化。实验中设计的三探针装置可以有效的减少放电过程中放电产生的的干扰，得到了很好的实际应用效果。

技术领域

本发明属于等离子体领域，用于测量在高真空条件下强流脉冲高速等离子体的电子温度以及电子密度。详细阐述了需要与等离子体接触测量的三探针装置的使用方法。

背景技术

作为物质的第四态，等离子体具有发光、高电导率、高化学活性等一系列独特的物理、化学特性，因而在诸多工业领域拥有良好的应用前景。而限制等离子体应用的主要因素，除大功率、大尺寸、均匀性以外，如何实现等离子体参数的精确测量也同样是一个不可忽视的重要问题。而在现阶段的工业生产以及实验研究中，等离子体作为物质的第四态扮演着极其重要的角色。等离子体参数诊断就显得尤为重要。在诊断等离子体的过程中，等离子体的电子温度和电子密度是重要的诊断参数。现阶段主要的等离子体参数诊断设备有光谱仪、单探针、双探针、激光干涉等方法。

通过使用光谱仪可以得到很多等离子体参数，比如等离子体密度，电子温度，各元素占比等。但是在使用光谱仪诊断等离子体时，其只能测量固定时间的积分结果，使用时响应时间长。ICCD可以缩短积分时间达到相对应的参数条件，但是对于单次脉冲的高移速等离子体，光谱仪结合ICCD使用时也只能拍摄单次的有限的等离子体信息。对于单探针和双探针只能测量相对均匀持续放电的等离子体。其最好的使用环境也是均匀，持续放电的等离子体。双探针的响应时间最短为1ms。对于在高移动速度(km/s量级)、放电周期在微秒量级的等离子体诊断中，如果想得到等离子体的变化参数，上述仪器均很难适用。

在实际应用中，测量强流脉冲高速等离子体是一项很重要的技术。激光干涉仪在使用过程中需要调节光路，无论是在工业生产还是实验室研究中每次测量之前的准备工作都会需要消耗大量的时间。而且激光干涉仪成本昂贵，适用的条件比较苛刻。其只能够测量电子密度，对于等离子体诊断设备来说性价比不高。

在强流脉冲放电过程中，总是伴随着震动与电磁干扰，使得上述仪器在使用过程中信噪比过大，甚至于噪声远远高于真实信号。

三探针在实际测量强流脉冲等离子体的过程中体现了其多方面的优点。三探针诊断设备在制作成本上很低，只需要普通的电子元件。在原理上其响应时间可以达到μs量级甚至ps量级。在使用过程中可以通过优化电路等方式减少信号干扰。在三探针的回路里有两个直流源，直流源可以减少放电过程中的干扰信号。测量等离子体参数的量程很大，可以通过更换电路中的电阻以便改变等离子体的测量量程。三探针设备搭建方便，制作完成后只需要将三探针诊断设备放置到到等离子体的移动路径，当等离子经过时其电回路连通，便可以得到想要的电学参数，通过对电学参数的计算得到等离子体在移动过程中，在接触三探针的部分的参数变化。

发明内容

本发明主要攻克的问题为用于诊断强流脉冲高速等离子体的电子密度和电子温度，以下为所使用的诊断装置的介绍以及详细使用方法：

本发明的技术方案为：