利用静电双探针对辉光放电等离子体诊断分析

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1、２０１７年４月宇航计测技术Ａｐｒ．，２０１７第３７卷第２期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃＭｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＶｏｌ．３７，Ｎｏ．２文章编号：１０００－７２０２（２０１７）０２－００６８－０５DOI：１０．１２０６０／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－７２０２．２０１７．０２．１４利用静电双探针对辉光放电等离子体诊断分析葛萌张莉莉蔡惠华孙德冲贾丰锴（北京航天计量测试技术研究所，北京１０００７６）摘要阐述了利用Ｌａｎｇｍｕｉｒ双探针诊断等离子体参数的基本原理，对圆柱腔中的空气辉光放电等离子体进行了双探针诊断

2、，通过实验测得伏安特性曲线，计算得出等离子体密度和电子温度。分析了密度参数变化与放电电流大小之间的关系。最后将诊断结果与准光腔系统进行比较，二者虽略有差别，但差别不大，且变化趋势一致。验证了采用本双探针系统诊断辉光放电等离子体密度的可靠性。关键词Ｌａｎｇｍｕｉｒ双探针辉光放电等离子体电子密度伏安特性曲线诊断中图分类号：ＴＢ９７３文献标识码：ＡDiagnosisofGlowDischargePlasmabyLangmuirDoubleProbeＧＥＭｅｎｇＺＨＡＮＧＬｉ-ｌｉＣＡＩＨｕｉ-ｈｕａＳＵＮＤｅ-ｃｈｏｎｇＪＩＡＦｅｎｇ

3、-ｋａｉ（ＢｅｉｊｉｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＭｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ）AbstractＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｐｌａｓｍａｄｉａｇｎｏｓｉｓｂｙＬａｎｇｍｕｉｒｄｏｕｂｌｅ-ｐｒｏｂｅｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐａ-ｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｇｌｏｗｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｌａｓｍａａｒｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔｙａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇ

4、ｔｏｔｈｅｄｏｕｂｌｅ-ｐｒｏｂｅＩ-Ｖｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅ，ａｎｄｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔｙａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅｃｕｒｒｅｎｔ．Ｔｈｅｄｉａｇｎｏｓｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｒｅｓｕｌｔｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｑｕａｓｉ-ｏｐｔｉｃａｌｃａｖｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｙｓｈｏｗｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅｙｈａｖｅｎｅｇｌｉｇｉｂｌｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｎｄａｒｅｉｎａｇｒｅｅｍ

5、ｅｎｔｏｆｓａｍｅｖａｒｉａｔｉｏｎ．ＴｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｕｓｉｎｇＬａｎｇｍｕｉｒｄｏｕｂｌｅ-ｐｒｏｂｅｔｏｄｉａｇｎｏｓｅｇｌｏｗｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｌａｓｍａａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄ．KeywordsＬａｎｇｍｕｉｒｄｏｕｂｌｅ-ｐｒｏｂｅＧｌｏｗｄｉｓｃｈａｒｇｅＰｌａｓｍａＥｌｅｃｔｒｏｎｄｅｎｓｉｔｙＶｏｌｔ-ａｍｐｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃＣｕｒｖｅＤｉａｇｎｏｓｉｓ1引言降甚至中断，从而对飞行时的测控带来严重影响。［１］根据ＮＡＳＡ报告中所提及的弹体再入的试验数在高

6、速飞行器再入目标以高超音速进入大气层据，在不同飞行高度和速度情况下，天线窗口处的电９１１－３后，与周围空气剧烈摩擦会使飞行器与周围温度急子密度约为（１０～１０）ｃｍ，这恰与辉光放电等离［２］剧上升，而形成等离子体鞘套。鞘套的存在，对电磁子体的电子密度接近，因此可以用辉光放电产生波的传播形成严重的衰减和反射，造成通信质量下足够密度的等离子体，进行等离子体参数诊断实验收稿日期：２０１６－０６－２１，修回日期：２０１６－１２－０１作者简介：葛萌（１９８８－），女，博士，主要研究方向：无线电物理技术。第２期利用静电双探针对辉光放电等离子

7、体诊断分析·６９·研究。这种方法的优点是能够产生长时间持续的等离子体，使诊断实验研究的难度大为降低，可以在短时间内获得大量重复性的实验数据。关于等离子体参数的诊断，目前国内外无论是在理论研究还是在工程实践上都提出了许多诊断方法，常用的有Ｌａｎｇｍｕｉｒ探针法、阻抗测量法、微波［３～６］法、光谱法和质谱法等。其中Ｌａｎｇｍｕｉｒ探针因其结构简单，易于操作，可通过调节探针在等离子体内的位置，测量等离子体各局部的参数，而得到了广［３］泛的应用。图1双探针伏安特性曲线示意图双探针法是在单探针法的基础上发展来的，自诞生以来一直得到比较普遍

8、的应用。其优点有：１）Ie１ｅU在等离子体区域中某一小体积内进行诊断，可以认＝ｅｘｐ（３）Ie２kTｅ为这一小体积内的等离子体处于局部热平衡状态；对式（３）取对数后，再对Ｕ进行微商，可得２）探针上的电流始终小于饱和电子电流，因此对等１ｄIe１１ｄIe２ｅ离子区的