1 上海理工大学 机械工程学院，上海 200093
2 上海健康医学院 上海市分子影像学重点实验室，上海 201318
介质阻挡放电 (DBD) 在工业中得到广泛应用，但效率限制了它的进一步应用。提出了一种DBD结构和针板结构相结合的三电极结构。将正极性脉冲电源施加在DBD电极上，负极性脉冲电源施加到针板电极上。分析了不同结构下三电极DBD的放电特性、现象和光谱强度。结果表明，三电极结构更加有利于DBD放电通道的产生，其放电均匀性、发光强度均强于双电极DBD，特别是在丝网接地电极条件下，放电更加强烈。当三种电极结构正极性电压维持在11 kV，负极性电压为−5 kV时，丝网接地三电极中DBD的放电电流峰值达到1.54 A，而实心接地三电极和传统双电极中DBD的放电电流峰值为1.14 A和0.74 A。在负极性脉冲维持期间，针网间隙处于击穿状态，DBD放电出现很大的放电电流。在三电极结构中，随着施加在针板上负极性电压的升高也使三电极DBD放电更加强烈。不同结构下的DBD的放电光谱表明在丝网接地时三电极DBD激发粒子的光谱强度最强。这一趋势与DBD放电电流和功率一致。
介质阻挡放电 三电极结构 放电特性 发射光谱 dielectric barrier discharge three electrode structure discharge characteristics emission spectrum 强激光与粒子束
2024, 36(2): 025008
1 中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室, 沈抚示范区, 辽宁 沈阳 113122
2 沈阳航空航天大学航空发动机学院, 辽宁 沈阳 110136
为掌握反应器结构参数和放电参数对大气压非平衡等离子体射流(N-APPJ)的射流长度的定量影响, 设计了多结构的针-环式电极氩气等离子体射流装置, 分别研究了放电电压、 电极间隙、 高压电极放电末端与接地电极的距离及氩气体积流量对射流长度的影响, 并采用发生光谱法对该反应器产生的等离子体电子激发温度进行了计算。 结果表明: 等离子体射流的最大长度可达80 mm; 高压电极放电末端与接地电极之间的距离越大, 射流长度越长但不是线性增长; 射流长度随电极间隙的增加呈现先增大后减小的趋势且在电极间隙为4.5 mm时该射流达到最大长度; 随着氩气体积流量的增加, 等离子体射流长度也呈现出先增大后减小的趋势且减小的幅度较低; 电子激发温度在高压电极和接地电极处较高, 两电极之间部分次之, 在石英管出口处会有比较明显的下降。
大气压等离子体射流 介质阻挡放电 射流长度 电极结构参数 Atmospheric pressure plasma jet Dielectric barrier discharge Jet length Electrode structure parameters 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3682
强激光与粒子束
2022, 34(8): 085003
光学 精密工程
2021, 29(12): 2818
无锡职业技术学院 物联网技术学院, 无锡 214121
为了对高度小于100mm的液位进行非接触式测量, 采用液位变化改变平面电容边缘电场参量的方法, 对平面电容传感器的工作原理进行了理论分析, 研究了平面电容传感器的结构参量对其灵敏度、穿透深度的影响, 并对传感器结构参量进行了优化,基于平面电容传感器,设计了非接触式低液位检测系统, 通过对纯净水、洗洁精溶液和墨汁的实验验证, 取得了0mm～100mm范围的液位测量数据。结果表明, 该检测系统工作稳定, 具有线性输出, 重复性误差约为±0.28%, 数据修正前的测量误差小于7.8%。这一结果对非接触式较低液位的检测是有帮助的。
测量与计量 液位检测 平面电容传感器 电极结构 measurement and metrology liquid level detection planar capacitive sensor electrode structure FDC2214 FDC2214
大连理工大学 三束材料改性教育部重点实验室，辽宁 大连 116024
采用二维轴对称流体模型对比研究了3种不同电极结构下大气压Ar等离子体射流的基本特性。第一种是带绝缘介质的针电极结构（电场方向和气体流方向平行），第二种是在第一种电极结构的介质管外增加一个垂直气流方向的接地环电极，第三种是不带绝缘介质的裸针电极结构。研究结果表明，接地环电极的引入对介质管内外的射流传播影响不同。在介质管内，接地环电极使管内表面附近的径向电场增加，电子密度升高，射流传播速度加快，但对中心轴附近的电场和电子密度影响很小；然而在介质管外，接地环电极的引入导致轴向和径向电场均减小，从而引起射流的传播长度减小，射流通道径向收缩。通过带绝缘介质的针电极和裸针电极结构的对比研究发现，保持其他条件不变，去掉包裹在针电极上的介质后，由于等离子体电势升高，电场增加，射流的传播长度几乎增加一倍，峰值电子密度增加近一个数量级，而且在整个射流通道内电子密度都保持相对高的值。此外，对3种电极结构下的主要活性粒子的产生和输运进行了比较研究。
大气压Ar等离子体射流 电极结构 二维模拟 活性粒子 atmospheric pressure Ar plasma jet electrode structure 2D simulation reactive particle 强激光与粒子束
2021, 33(6): 065011
长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
为了抑制宽条形半导体激光器的热透镜效应, 提高慢轴光束质量, 本文提出并制作了一种微热通道电极结构激光器。该芯片p面注入区电极处被设计为较厚的高热导率的电极结构, 封装后激光器两侧与热沉之间形成空气间隙, 抑制激光器有源区横向热流, 使激光器内温度分布均匀, 有效地降低慢轴发散角。对该激光器的封装模型进行了稳态热分析, 优化了微热通道电极结构的厚度和宽度, 并制作了波长为940 nm的微热通道电极结构激光器。测试结果表明, 在注入电流为2 A时, 微热通道电极结构激光器的发散角相对于普通电极结构激光器降低了24%, 有效地降低了激光器慢轴光束发散角。
宽条形半导体激光器 热透镜 微热通道电极结构 慢轴发散角 wide stripe semiconductor laser thermal lens microthermal channel anode structure slow-axis divergence angle
1 厦门理工学院电气工程与自动化学院, 福建 厦门 361024
2 厦门理工学院光电与通信工程学院, 福建 厦门 361024
3 厦门理工学院福建省光电技术与器件重点实验室, 福建 厦门 361024
针对GaN基正装结构的LED芯片存在电流分布不均匀的问题,对传统的电极结构进行优化设计。通过建立有限元分析软件COMSOL的三维仿真模型,对传统结构和优化电极结构的芯片有源层电流分布进行了仿真,结果表明优化后的芯片电流分布更均匀。然后制备了不同结构的LED芯片进行光电性能测试,发现将N电极形状改变为扇形结构能提高LED的出光效率,在输入电流为20 mA时,LED芯片的输出光功率为31.84 mW,出光效率为52.03%,相比传统LED芯片出光效率提高了6.14%。
LED芯片 三维仿真模型 电极结构 出光效率 激光与光电子学进展
2020, 57(7): 072301
1 大连理工大学能源与动力学院, 辽宁 大连 116023
2 大连民族大学机电信息工程学院, 辽宁 大连 116605
3 沈阳航空航天大学航空航天工程学院, 辽宁 沈阳 110136
由于具有工作气压高、 放电均匀等特点, 大气压介质阻挡放电成为近年来非平衡等离子体领域研究的主要技术。 电极结构是电离特性的主要影响因素之一, 因此, 通过电极结构优化来改善电离特性, 对等离子体放电设备的应用领域拓展及性能优化至关重要。 为改善大气压介质阻挡放电的电离特性, 产生高活性、 高均匀性的低温等离子体, 基于自主设计的同轴介质阻挡放电装置进行了不同电极结构的电离试验及参数诊断; 在一个标准大气压、 放电频率11.4 kHz、 放电峰值电压5.4～13.4 kV条件下进行了氩气电离试验; 采用原子发射光谱法(AES) 对氩等离子体谱线的激发、 分光进行了检测分析; 研究了螺纹电极、 齿状电极、 圆柱电极放电的特征光谱参数及外施电压对介质阻挡放电特征参数的影响。 结果表明, 齿状电极放电所形成等离子体的放电强度更大且放电效果显著, 电子平均能量利用率低, 电子激励温度弱于圆柱电极; 圆柱电极放电强度较弱, 但易形成大面积均匀性等离子体; 大气压环境下电子激励温度不因外源电压的升高而单调递加, 这表明通道内微放电的主要特征并不依赖于外施电压的供给, 而是取决于电极结构、 气体组份、 气体压强; 增大外施电压仅能增加单位时间内微放电的数量, 经整合电子激励温度可达3 500 K, 符合典型的低温等离子体特征。
大气压 介质阻挡放电 电极结构 光谱诊断 电子激励温度 Atmospheric pressure Dielectric barrier discharge Electrode structure Spectral diagnosis Electron excitation temperature
采用铜片-单匝线圈电极、螺旋缠绕电极和双铜片电极 3种结构的放电装置，以氩气作为工作气体，在正弦波激励下获得了大气压等离子体射流。利用电学方法测量了放电电流以及电荷量，并对放电脉冲和放电功率进行了研究；利用发射光谱法对射流的等离子体参量进行了空间分辨测量，并根据ArⅠ 763.5 nm和Ar Ⅰ 772.4 nm的光强计算了电子激发温度。结果发现：在外加电压的正负半周期内，电流脉冲的个数和幅值呈现非对称的变化趋势；随着外加电压的增加，3种结构电极的放电功率从1.7 W逐渐增加到6.0 W；在相同的外加电压情况下，电极面积越小，等离子体射流的长度越长；3种等离子体射流的电子激发温度在1 348.5~3 212.1 K之间，并且随着气体流量的增加，各位置的电子激发温度总体上呈下降趋势，而等离子体的电子密度呈上升趋势。实验结果表明：外加电压对放电功率有一定影响；射流长度与电极面积有关；气体流量对电子激发温度和电子密度的空间分布起重要作用。
等离子体射流 电极结构 放电功率 电子激发温度 电子密度 plasma jet electrode configuration discharge power excited electron temperature electron density
