納秒脈沖介質(zhì)阻擋放電光譜與V-I信號(hào)的同步采集與分析.pdf

1、大氣壓脈沖介質(zhì)阻擋放電因其易于實(shí)現(xiàn)的放電環(huán)境和能夠產(chǎn)生高密度的等離子體被人們廣泛運(yùn)用在醫(yī)療、材料處理、環(huán)境治理等領(lǐng)域。本論文針對(duì)大氣壓脈沖介質(zhì)阻擋放電的光譜采集方式和放電V-I特性展開(kāi)了討論和研究。
　　本文采用微控制器控制脈沖電源放電和光譜儀采集光譜，實(shí)現(xiàn)了脈沖重復(fù)放電的情況下，光譜儀能夠采集到每一次放電的光譜。利用此種采集方式可以達(dá)到以往的光譜記錄方式所不能夠精確同步采集到單次放電的效果。
　　此同步的方法包括先對(duì)脈沖電

2、源低壓側(cè)的兩個(gè)IGBT模塊開(kāi)關(guān)的控制和復(fù)位電路的控制，同時(shí)對(duì)光譜儀的采集時(shí)序進(jìn)行控制。在STC51控制模塊上寫(xiě)入了控制程序，通過(guò)時(shí)序調(diào)試達(dá)到了很好的同步控制效果。
　　實(shí)驗(yàn)采集了單次放電電壓和電流，采用了流量為1000sccm的氬氣作為載氣，施加電壓在30.8kV，電壓上升時(shí)間為130ns，脈沖寬度為350ns左右。利用介質(zhì)阻擋放電等效電路和采集到的電壓電流，通過(guò)對(duì)比不放電時(shí)與放電時(shí)的間隙電壓和電極電流，確定整個(gè)脈沖期間只發(fā)生了大

3、概20ns的氣體雪崩時(shí)間，然后是殘余電荷參與的RLC振蕩現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)比脈沖電壓大小的不同，發(fā)現(xiàn)氣隙電壓陡降的時(shí)間點(diǎn)隨著脈沖電壓大小的增大而往后延遲，電壓增大了20kV，時(shí)間點(diǎn)延遲了230ns左右。在脈沖電壓相同時(shí)，改變DBD間隙載入氣體氬氣的流量，發(fā)現(xiàn)放電的時(shí)間點(diǎn)卻不會(huì)變化。這說(shuō)明了在本實(shí)驗(yàn)條件下，載氣擊穿時(shí)間主要由脈沖電壓決定，氬氣濃度對(duì)其影響不大。
　　本論文對(duì)光譜儀采集到的相鄰波長(zhǎng)為763.498nm和772.332nm的特

4、征峰進(jìn)行了比較，在脈沖電壓幅值為30.8kV，脈寬350ns，載氣流量1000sccm條件下，連續(xù)采集10次放電光譜強(qiáng)度中，光譜強(qiáng)度的波動(dòng)變化小。在氬氣相同時(shí)，大氣壓下脈沖介質(zhì)阻擋放電的光譜強(qiáng)度隨著脈沖電壓的提高而增強(qiáng)。計(jì)算出的電子激發(fā)溫度有所下降，激發(fā)溫度的波動(dòng)變得更小。說(shuō)明了隨著施加電壓的提高，電子的激發(fā)溫度變得更穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)中還觀察了在脈沖電壓相同時(shí)，氬氣濃度較低時(shí)，光譜強(qiáng)度隨著氬氣濃度的提高而增強(qiáng)的比較快，當(dāng)氬氣濃度達(dá)到一定值時(shí)，

5、隨著氬氣濃度的再次提高而增強(qiáng)的比較慢，電子的激發(fā)溫度也有所下降。最后通過(guò)對(duì)比氬氣濃度的變化和電壓的變化對(duì)光譜強(qiáng)度的影響，得出光譜強(qiáng)度的變化在本實(shí)驗(yàn)條件下主要取決于電壓強(qiáng)度的變化，也與放電環(huán)境中氬氣的濃度有關(guān)。通過(guò)比較波長(zhǎng)為763.498nm和772.332nm處的光譜強(qiáng)度與電子密度或離子密度的關(guān)系，得出在氬氣濃度不變時(shí)，光譜強(qiáng)度與電子密度或離子密度成線性正比關(guān)系，在脈沖幅值電壓不變時(shí)，光譜強(qiáng)度與電子密度或離子密度不再成線性正比關(guān)系。整個(gè)