激光誘導(dǎo)大氣放電等離子體的電氣特性研究.pdf

1、激光誘導(dǎo)大氣介質(zhì)放電的擊穿電壓低于大氣的自然擊穿電壓，使得激光誘導(dǎo)大氣放電在雷電災(zāi)害預(yù)防、激光觸發(fā)氣體開關(guān)以及在工業(yè)中的打孔、切割、焊接等的應(yīng)用十分廣泛。為了研究激光誘導(dǎo)空氣放電的特性，本文通過搭建高壓電容充放電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)中使用的電極有石墨半球形電極、鋁半球形電極以及鋁錐形電極，采用的電極間距有5mm、8mm、10mm、13mm，使用CO2激光和ND:YAG激光分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中通過改變激光能量、放電電壓、電極間距和電極形狀等實(shí)驗(yàn)

2、條件進(jìn)行對(duì)比，記錄了不同實(shí)驗(yàn)條件下放電電壓和放電電流隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，放電形成后，電容兩端電壓迅速降低，而電流急劇上升，呈現(xiàn)出脈沖放電的特點(diǎn)。
　　統(tǒng)計(jì)不同實(shí)驗(yàn)條件下的放電延時(shí)及抖動(dòng)；發(fā)現(xiàn)放電延時(shí)和抖動(dòng)會(huì)隨著加載電壓、激光能量的增加而減小，電極間距的增加會(huì)使得放電延時(shí)相應(yīng)的增加，且錐形電極對(duì)應(yīng)的放電延時(shí)和抖動(dòng)比半球形電極的放電延時(shí)和抖動(dòng)小，半球形石墨電極和半球形鋁電極對(duì)應(yīng)的放電延時(shí)和抖動(dòng)沒有明顯差異，根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)放電延

3、時(shí)和抖動(dòng)均在μs量級(jí)，這與實(shí)驗(yàn)中采取橫向放電的方式有關(guān)；根據(jù)基爾霍夫定理推導(dǎo)了激光誘導(dǎo)放電等離子體的電壓以及電流的變化規(guī)律，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，得到了激光誘導(dǎo)放電等離子體的阻抗，發(fā)現(xiàn)放電等離子體阻抗會(huì)隨著放電電壓和激光能量的增加而有略微的下降，而隨著電極間距的增加而增加；在實(shí)驗(yàn)條件一致時(shí)，錐形電極間的放電等離子體阻抗小于半球形電極間的放電等離子體阻抗，ND:YAG激光因?yàn)槊}寬、能量的參數(shù)遠(yuǎn)小于CO2激光使得其誘導(dǎo)出的放電等離子體阻抗比C

4、O2激光大，錐形電極間的放電延時(shí)和抖動(dòng)以及放電等離子體阻抗均小于半球形電極間的。
　　搭建了激光誘導(dǎo)大氣放電等離子體影像觀測(cè)裝置，實(shí)驗(yàn)研究了脈沖CO2激光誘導(dǎo)空氣放電等離子體的演化過程，通過分析等離子體不同時(shí)刻的影像圖，發(fā)現(xiàn)等離子體的發(fā)展到形成電流通道大約需要幾百ns，等離子體通道的存在時(shí)間為幾十ns；陰極區(qū)的等離子體通道發(fā)展比陽極區(qū)的更快；由于電極間氣體的擾動(dòng)導(dǎo)致等離子體通道存在劇烈偏移；同時(shí)等離子體通道形成以及消失時(shí)間與電極上