哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
阴极表面温度是真空弧等离子体放电过程中一个重要参数, 对真空弧等离子体的形成、 电极腐蚀预测、 热传导以及离子源的寿命都有重要影响。 真空弧离子源的阴极具有目标小, 放电过程快等特点, 其温度的测量, 对于时间分辨率和空间分辨率要求都很高, 阴极表面温度的测量技术的欠缺, 使得仅靠理论解析获得的结果难以得到验证。 并且等离子体放电过程中测量仪器极易受到弧光的影响, 如何避免放电过程中等离子体的辐射也是采用辐射法测量阴极表面温度要考虑的问题。 这无疑给其温度场的测试研究带来困难。 针对脉冲真空弧等离子体开展阴极表面温度测试实验有着重要意义, 在分析了真空弧等离子体放电特性以及背景辐射特性和等离子体放电阴极测温的实际需求, 本文基于高速CCD相机研制了一种新型的多光谱高温计。 该高温计采用单色高速CCD相机, 主要避免RGB彩色相机不能完全滤除背景辐射的弧光。 为使用单色CCD相机实现多光谱辐射测温, 设计了高温计的光学系统, 该系统采用4孔径分光系统。 将4种不同波长的滤光片嵌入到1个滤光片中。 该研究设计的高温计可用于2 000~6 000 K的等离子体温度测量。 并在中国工程物理研究院电子工程研究所进行现场测试, 测试过程中将研制的高温计, 通过外部触发形式对等离子体放电过程进行跟踪拍摄, 高温计完全拍摄到等离子体放电过程。 利用真空弧等离子体金属电极阴极放电的实测数据对高温计进行了验证。 实验结果表明, 设计的新型多光谱高温计能够用于测量真空弧等离子体放电时阴极温度场信息, 测量的温度值低于放电电极的沸点温度, 与等离子体放电过程中出现气化现象相符, 说明高温计测的是等离子体放电阴极的温度。
等离子体 金属电极放电 真温 多光谱高温计 高温测量 Plasma Discharge of metal electrode True temperature Multi-spectral pyrometer High temperature measurement
1 华中科技大学光学与电子信息学院, 湖北 武汉 430074
2 武汉工程大学电气信息学院, 湖北 武汉 430071
针对3 kW大功率射频板条CO2激光器的多组电极放电均匀性与阻抗匹配性问题, 采用麦克斯韦时域差分法构建了多组电极下的放电模型, 获得了最佳放电均压效果的均压电感值。以放电区等效阻抗值为基础结合均压电感值得到极板放电的总负载阻抗值。利用总负载阻抗值并通过Smith圆图获得与之对应的匹配网络阻抗参数, 使总负载阻抗与匹配网络阻抗之和为纯电阻50 Ω, 实现射频输入功率的完全馈入。实际测得当放电均匀与阻抗匹配时驻波比为1.18。研究结果表明, 在时域差分法模型中增加匹配的均压电感后, 极板整体放电均匀性波动从之前的15%降低到2.8%, 且每组电极的放电均匀性差异控制在0.3%以内。放电实验表明, 在放电均匀且阻抗匹配情况下, 对应激光器输出功率为3.1 kW, 且在2 h内波动可稳定在±1%以内。
激光器 3 kW射频板条CO2激光器 多组电极放电模型 均压电感 放电均匀性 阻抗匹配
1 北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心, 北京 100016
2 光电测试技术北京市重点实验室, 北京 100101
3 生物医学检测技术及仪器北京实验室, 北京 100101
采用电极脉冲电弧放电激励紫外曝光刻写的光纤布拉格光栅（FBG），重点研究了电极在栅区不同位置放电对光纤光栅光谱特性的影响。实验发现，在电极放电激励时，光栅反射率下降，光谱展宽并红移，放电引起的光谱变化具有可逆性。采用传输矩阵方法，在理论上分析了光纤光栅在电极放电产生的非均匀温度场下的光谱特性，与实验结果吻合。特别地，当电极在栅区中心位置放电时，光栅反射率下降幅度达到最大，反射谱峰值比无电极放电时小12 dB，表现出开关量特性。
光栅 光纤布拉格光栅 非均匀温度场 电极放电 开关量传感器 局部放电检测
