【摘要】：將發(fā)射光譜信號(hào)引入到輝光放電等離子體天線開啟時(shí)間測量當(dāng)中,根據(jù)等離子體光信號(hào)與激勵(lì)電壓信號(hào)的時(shí)間差測出輝光等離子體天線的開啟時(shí)間。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法可有效測量直流和頻率較高的交流輝光等離子體天線開啟時(shí)間。直流和kHz級(jí)交流等離子體天線開啟時(shí)間約為在1ms,MHz級(jí)交流等離子體天線開啟時(shí)間在0.5ms左右。而對(duì)于50Hz低頻交流等離子體天線,由于放電狀態(tài)不穩(wěn)定,測量誤差較大。天線的開啟時(shí)間與激勵(lì)電源的功率和電源的響應(yīng)時(shí)間有很大關(guān)系。在一定范圍內(nèi),隨放電功率增加,天線的開啟時(shí)間縮短。同時(shí)放電功率的增加也增大了天線開啟時(shí)間測量結(jié)果的可重復(fù)性,誤差減小,為1%~2%。
【圖文】：

＝（ｌ＋ｄ）／ｃ（７）式中：ｌ是等離子體放電管外壁到光纖探頭的垂直距離；ｄ是管壁厚度；ｃ為光速。該時(shí)間經(jīng)計(jì)算在１０－１１ｓ左右，光電倍增管響應(yīng)時(shí)間也在ｎｓ量級(jí)，因此利用光電時(shí)差法測量的開啟時(shí)間可近似表示為ｔｏｎ＝ｔａ－ｔｂ（８）光電時(shí)差方法將等離子體激勵(lì)電壓信號(hào)產(chǎn)生時(shí)刻到等離子體產(chǎn)生的時(shí)間延遲考慮在內(nèi)，也考慮了等離子體信號(hào)產(chǎn)生到穩(wěn)定的時(shí)間延遲。２實(shí)驗(yàn)根據(jù)輝光放電等離子體天線開啟時(shí)間測量原理，天線開啟時(shí)間測量裝置原理示意圖如圖１所示。選取直流、工頻交流、ｋＨｚ級(jí)交流和ＭＨｚ級(jí)交流源作為等離子體天線激勵(lì)源。由于各激勵(lì)源激勵(lì)方式不同，圖１（ａ）所示的為在直流和低頻交流激勵(lì)源激勵(lì)條件下，等離子體天線開啟時(shí)間測量原理示意圖。放電管兩端激勵(lì)采用直連式，高壓端連接示波器端口１，中間接入高壓分壓器以保護(hù)示波器端口１免受損壞，該通道稱為“激勵(lì)電信號(hào)采集通道”。示波器端口２與光電倍增管相連接，光電倍增管用于將等離子體發(fā)射光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳入示波器進(jìn)行分析，為調(diào)節(jié)光－電信號(hào)強(qiáng)度，，示波器與光電倍增管之間連接調(diào)壓器，該通道稱為“光－電信號(hào)采集通道”。圖１（ｂ）所示的為利用高頻激勵(lì)源激勵(lì)等離子體天線開啟時(shí)間測量示意圖，其與（ａ）大致相同，主要區(qū)別在于激勵(lì)模式，高頻等離子體天線這里采用電感耦合模式進(jìn)行激勵(lì)。接激勵(lì)源的線圈端連接示波器端口１，示波器與電感線圈之間連接帶阻濾波器，在１０～５０ＭＨｚ頻段內(nèi)衰減約－３５ｄＢ，用以保護(hù)示波器端口１，示波器端口２的連接方式與圖１（ａ）一樣。為減小測量誤差，光電信號(hào)采集通道與激勵(lì)電信號(hào)采

０５２００１－３Ｆｉｇ．２Ｄｅｖｉｃｅｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｗｉｔｃｈ－ｏｎｔｉｍｅｏｆｇｌｏｗｐｌａｓｍａａｎｔｅｎｎａ圖２輝光等離子體天線開啟時(shí)間測量裝置圖率Ｐ，具體測量細(xì)節(jié)參見文獻(xiàn)［１９］。３結(jié)果與分析３．１直流與低頻交流天線測試結(jié)果根據(jù)等離子體天線激勵(lì)模式的不同，直流與低頻交流激勵(lì)模式均采用直連式激勵(lì)方法，而高頻ＭＨｚ量級(jí)交流激勵(lì)下的等離子體天線采用電感耦合激勵(lì)模式。根據(jù)圖２的實(shí)驗(yàn)裝置所示，示波器的兩個(gè)通道分別接入光電倍增管和高壓電源激勵(lì)端。圖３（ａ）所示的是利用光電時(shí)差法測量１０ｋＨｚ交流激勵(lì)的輝光等離子體天線開啟時(shí)間，圖中上部分波形表示的是利用示波器接收到由光電倍增管采集到的光電信號(hào)，下部分波形表示的是由示波器采集到的激勵(lì)電源的電信號(hào)。天線放電管長度為８０ｃｍ，填充氣體為Ｎｅ，放電功率為３Ｗ，光電倍增管光纖探頭距離放電管１ｃｍ，從激勵(lì)電源起始時(shí)刻到穩(wěn)定光－電信號(hào)產(chǎn)生時(shí)刻之間的時(shí)間差約為１ｍｓ，即等離子體天線的開啟時(shí)間為１ｍｓ。對(duì)等離子體天線開啟時(shí)間測量結(jié)果中涵蓋了放電信號(hào)的產(chǎn)生時(shí)間、激勵(lì)電源響應(yīng)延遲等影響等離子體天線開啟時(shí)間的關(guān)鍵因素。Ｆｉｇ．３ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＤＣａｎｄｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙＡＣｐｌａｓｍａａｎｔｅｎｎａｓ圖３直流與低頻交流等離子體天線開啟時(shí)間測量直流激勵(lì)模式下的輝光等離子體天線開啟時(shí)間測量結(jié)果如圖３（ｂ）所示，放電管與圖３（ａ）相同，放電功率為０．７Ｗ。上層的光電信號(hào)與下層的激勵(lì)電壓信號(hào)表現(xiàn)行為不同。在激勵(lì)電壓信號(hào)產(chǎn)生并上升的過程中，伴有等離子體光產(chǎn)生，但該光電信號(hào)不穩(wěn)定，從開啟激勵(lì)
【作者單位】： 上海海事大學(xué)商船學(xué)院;大連海事大學(xué)物理系;
【基金】：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51579143) 上海市曙光計(jì)劃(15SG44) 上海市科委項(xiàng)目(16040501700) 中國博士后基金面上項(xiàng)目(2015M581585)
【分類號(hào)】：TN820

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本文編號(hào)：2540743