等离子体中尘埃微粒行为的研究进展(3)
时间:2018-05-13 18:02 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
3 静电探针测量技术 静电探针（朗缪尔探针）是最早得到使用、沿用至今、十分好用的等离子体诊断工具，通过探针的伏安特性可以计算确定各种参数。 3.1 静电探针的原理和特点 静电探针的原理和结构都很简单，把小的电极插入等离子体内部，然后在电极之间加上电压，就做成了一个简单的静电探针[8]，单探针的测量线路如图3.1[9]所示，使用时改变电压观察电流的变化情况，就可以根据探针的伏安特性推算出等离子体的相关参数，单探针的伏安特性曲线如图3.2[9]。  图3.1 单探针的测量线路 图3.2 探针的伏安特性曲线 探针一般会选取化学性质稳定的材料，并且与等离子体的接触面积要非常小，可以防止在测量时与等离子体产生化学反应或者大的扰动，通常情况下探针只会对几个德拜长度的范围的等离子体区域产生影响，是一种十分方便的测量手段。 但是单探针在实际应用中受限不少[10]，例如需要探针电位以放电管的阴极或阳极作为参考电极、被测的等离子体必须是电中性的、有些情况下的二次电子发射和应用于弱电离等离子体时光电子发射产生的附加电流使情况变得复杂等等，探针对放电电流的大小也有要求，太小不利于测量，太大则会有烧毁探针的危险。为了突破这些实际应用中的限制，人们对探针测量方法进行了改良和发展，研究出了很多新的测量方法，下面将介绍静电探针测量方法的应用和改进方面的一些情况。 3.2 静电探针的应用和发展 1994年S.E.Beck等人[11]用这种方法及激光散射技术对射频等离子体中的尘埃微粒进行了研究，通过探针的伏安特性确定了等离子体的各种参数；实验发现探针的偏压值及位置都会影响尘埃微粒的运动，这说明静电探针所产生的一个局部的静电场，可调制单个尘埃微粒或粒子云的行为。 2000年赵捷[9]用改良的双探针对射频电源驱动的等离子体进行诊断，双探针在测量电子温度方面比单探针准确的多，但是处于计算的方便方面的考量，通常还是使用近似的计算公式。实验测得的尘埃等离子体的的双探针曲线与一般等离子体有显著的不同，加入尘埃后等离子体电子温度有所降低，饱和离子电流没有显著变化。实验还发现探针位置附近的电位差Vc也有改变。 2005年李亚磊等人[12]提出来三种Langmuir探针抗干扰的方法：积分平均技术、滤波器、差分放大器，但都是只对某种特定的干扰有效。 2006年曾昭宪等人[13]分析了静电探针在空间中应用的一些问题，为了降低航天器、空间环境污染、探针以及其他因素对静电探针测量的影响，可采取撑杆将探伸出航天器鞘层、对探针表面进行预处理、使用自动在轨清洗装置[14]、选钛为制作探针传感器的材料等方法；并提出来了了一种一端为柱形探针一段为球形探针的双探针测量方法，它能让探针处于在无鞘层或鞘层可忽略的状态，探针结构如图3.3[13]所示 3.3 探针结构 2009年陈伟[15]将新型采集卡应用于静电探针检测设备，并加入了电磁兼容和数字滤波的设计，改良后的新型静电探针诊断系统在运行速度、测量结果准确度、抗干扰能力、对不同等离子体的适用性、与计算机的数据传输等方面都表现很好，成功的应用于实践中。 2010年王韬等人[16]通过用ANSYS软件对探针工作时的状态进行模拟，详细了解了等离子体在脉冲轰击过程的温度变化和受力情况，确定了静电探针改良的方向和目标，通过对不同材料的对比分析发现CFC替换石墨意义不大，在陶瓷锥体与CuCrZ (责任编辑：qin) |