层流等离子体射流温度与速度测量
等离子体参数的光谱测量法
等离子体参数的光谱测量法
等离子体参数的光谱测量法是一种利用光谱技术来获取等离子体基本参数的方法。
等离子体是一个高度激发和电离的气体，它在光谱范围内产生了丰富的谱线。
通过测量等离子体的光谱特征，可以获得以下参数：
温度：等离子体的温度可以通过测量谱线的发射强度或吸收强度来获取。
不同的谱线对应不同的能级跃迁，其相对发射或吸收强度与等离子体的温度有关。
电子密度：可以使用Stark效应或自吸收效应测量等离子体中的电子密度。
这些效应会导致谱线在等离子体中的形状和强度发生变化。
成分分析：等离子体中的元素组成可以通过观察和分析各种谱线的波长和强度来确定。
不同元素的谱线具有独特的光谱特征，可以用于确定等离子体中存在的元素类型和丰度。
离子温度：通过测量谱线的多普勒宽度和形状，可以推断出等离子体中离子的平均速度，从而获取离子温度的估计。
等离子体的电子结构和激发态：通过测量等离子体中谱线的波长和强度分布，可以研究和推断等离子体中电子能级的分布和相对激发态的占据情况。
光谱测量法可通过不同的光谱技术进行实现，包括发射光谱法、吸收光谱法、拉曼光谱法等。
这些技术可以利用光谱仪器采集等离子体发射或吸收光的光谱数据，并通过分析和比较谱线强度、形状和波长等特征来推断等离子体的参数。
通过等离子体参数的光谱测量法，研究人员可以更好地了解等离子体的性质和特征，从而应用于等离子体物理、等离子体工程和相关领域的研究和应用中。
物理实验技术中的等离子体测量与实验方法
物理实验技术中的等离子体测量与实验方法一、引言等离子体是一种高能量物质状态，其在自然界和实验室中都具有广泛的应用，例如等离子体技术可用于材料加工、能源研究、天体物理学等领域。
为了更好地研究等离子体的性质和行为，物理实验技术中的等离子体测量与实验方法显得尤为重要。
二、等离子体测量方法等离子体测量方法多种多样。
其中最常见的是通过电子探测器来测量电子的能量和轨迹。
电子探测器主要有离子阱、多普勒效应仪和电子能量分析仪等。
离子阱可通过收集离子来测量等离子体的离子密度和温度。
多普勒效应仪适用于测量等离子体中的离子速度分布。
电子能量分析仪可用于测量电子的能量分布。
通过结合这些仪器，可以获得较为全面的等离子体测量数据。
三、等离子体实验技术等离子体实验技术是研究等离子体的基础。
其中包括等离子体放电技术、等离子体对流技术和等离子体触发技术等。
等离子体放电技术是产生等离子体的关键。
最常见的放电方法是通过高频电场或直流电弧来激发气体分子或原子，使其电离形成等离子体。
在实验中，可以通过控制放电电压、频率和电流来调节等离子体的性质。
等离子体对流技术是等离子体研究中常用的技术手段。
通过对流技术，可以控制等离子体的形状和位置，在实验中进行进一步的观测和测量。
例如，通过控制等离子体的电磁场分布，可以实现等离子体在空间中的运动和分布控制。
等离子体触发技术是研究等离子体行为和性质的重要手段。
触发技术可以实现对等离子体的控制和操纵，从而进行更精确的测量和实验。
触发技术主要包括激光触发技术、高压脉冲技术和微波触发技术等。
四、等离子体测量与实验方法的应用等离子体实验技术和测量方法在科学研究和工程应用中具有重要的应用价值。
在材料加工领域，等离子体技术可以实现对材料表面的改性和控制，提高材料的性能和功能。
在能源研究领域，等离子体技术可以用于核聚变反应的研究，为清洁能源的开发提供技术支持。
在天体物理学领域，等离子体技术可以用于对太阳等恒星的研究，揭示宇宙中等离子体的行为和性质。
等离子体射流三维温度分布测量方法、系统及应用[发明专利]
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010926696.6(22)申请日 2020.09.07(71)申请人 西安电子科技大学地址 710071 陕西省西安市太白南路2号西安电子科技大学(72)发明人 张佳 邓伟锋 刘彦明 刘东林 李小平 包为民 (74)专利代理机构 西安长和专利代理有限公司61227代理人 黄伟洪 何畏(51)Int.Cl.H05H 1/00(2006.01)G06F 17/11(2006.01)(54)发明名称等离子体射流三维温度分布测量方法、系统及应用(57)摘要本发明属于图像识别及信号分析技术领域，公开了一种等离子体射流三维温度分布测量方法、系统及应用，通过所布置的温度传感器获得真空腔体的温度值；通过所布置的温度传感器获得等离子体射流的气压值；对获得真空腔体背景温度进行数值滤波；根据一定的概率比例，计算得到背景空间的温度值；通过所布置的光学仪器可以得到等离子体射流的光学折射率，通过刀口进行空间滤波，同时，在电脑端采用中值滤波，将电源的辐射进行滤波；通过不同的测量位置，对不同光学折射率位置匹配对应的气压；根据不同的系数以及三个光学系统得到最终的折射率。
本发明针对MW级的高温等离子体射流，同时该系统能够实时诊断MW级等离子体射流的三维温度分布。
权利要求书2页 说明书6页 附图4页CN 112135407 A 2020.12.25C N 112135407A1.一种等离子体射流三维温度分布测量方法，其特征在于，所述等离子体射流三维温度分布测量方法包括：通过所布置的温度传感器获得真空腔体的温度值；通过所布置的温度传感器获得等离子体射流的气压值；对获得真空腔体背景温度进行数值滤波；根据一定的概率比例，计算得到背景空间的温度值；通过所布置的光学仪器可以得到等离子体射流的光学折射率，通过刀口进行空间滤波，同时，在电脑端采用中值滤波，将电源的辐射进行滤波；通过不同的测量位置，对不同光学折射率位置匹配对应的气压；根据不同的系数以及三个光学系统得到最终的折射率。
等离子体参数测量的实验步骤
等离子体参数测量的实验步骤等离子体是一种高度激发的、亦或是部分离子化的气体，广泛应用于物理、化学和工程等领域。
测量等离子体参数具有重要的科学和工程意义，能够帮助我们深入了解等离子体的性质、行为以及应用。
本文将介绍等离子体参数测量的实验步骤。
一、实验装置和材料准备1. 真空室和等离子体产生器：建立一个真空环境非常重要，常见的真空室包括不锈钢腔体，并配备真空泵和示波器等设备。
等离子体产生器可以选择电极烧蚀、微波放电等方式。
2. 测量设备：包括高频探测器、质谱仪、光谱仪、电磁波传感器等，用于测量等离子体的参数。
3. 探头和电极：用于接触等离子体并获取相关参数的探头和电极需要根据实验需求进行设计和制备。
二、等离子体参数的测量方法1. 电流测量：使用电流传感器或霍尔效应传感器等设备，测量等离子体中的电流强度。
通过此方法可以了解等离子体的电导率、电子密度以及电子电离情况。
2. 电压测量：使用电压传感器，测量等离子体中电势的变化情况。
这可以帮助我们了解等离子体的电势分布、电场强度以及等离子体的稳定性。
3. 电磁波测量：使用电磁波传感器，测量等离子体中电磁波的频率、波长和功率等参数。
这对于了解等离子体的电磁辐射特性非常重要。
4. 粒子测量：使用质谱仪等设备，测量等离子体中离子的质量、荷电量、能量和浓度等参数。
这可以帮助我们了解等离子体中离子的类型和能量分布情况。
5. 光谱测量：使用光谱仪等设备，测量等离子体中的光谱线，通过分析光谱线宽和强度可以得到等离子体的温度、密度、离子化程度等参数。
三、实验步骤1. 启动真空系统，确保真空室内部的气压达到所需的范围。
2. 启动等离子体产生器，使其产生稳定的等离子体。
3. 根据需要，接入相应的测量设备和传感器，并确保其正常运行。
4. 在测量前，先校准设备并进行背景噪声的消除。
5. 逐个进行各项等离子体参数的测量，在每个测量之间应注意让等离子体恢复平衡。
6. 记录和整理测量数据，利用统计学方法对数据进行分析和处理。
等离子体旋转速度的测量方式——马赫探针
等离子体旋转速度的测量方式——马赫探针3.1静电探针原理静电探针在高温等离子研究中是一种常用也是十分有用的诊断工具。
静电探针结构简单故比较容易制作，使用的方法比较灵活且拥有较好的空间分辨能力，最早被用来测定等离子体参数，包括等离子体密度、电子温度、悬浮电位、空间电位、速度分布及其涨落等。
静电探针的悬浮电位和饱和流的涨落信号可以研究等离子体流速和湍流输运，是进行等离子体诊断的重要手段[3]。
静电探针需直接伸入等离子体中进行直接接触测量，不可避免会影响局部等离子体的状态，因此探针的设计前提必须是足够小，把对等离子体的扰动降得尽可能低。
即便如此，静电探针仍然会也一定程度上改变了测量位置附近的等离子体原始状态，因此要获得比较准确的实验结果，还需要对获得的实验信号按照不同情况进行滤波与修正。
Langmuir 和Mott-Smith 在1926年提出了这种圆柱形金属探针[4]，并详细介绍了其工作原理。
MARTIN HUDIS 和L.M.LIDSKY 在1970年提出了Directional Langmuir Probe [5]，进一步完善了探针的理论。
N.Hershkowitz 对探针的理论在不同的条件下进行了总结[6],不过在简单的条件下，可以对探针的伏安特性曲线给出比较明晰的解释，从而得到等离子体的电子密度e H 、电子温度e T 、空间电位p V 及悬浮电位f V 等重要参数。
这里的简单条件是：① 等离子体是无限均匀的，并且处处满足准中性条件；② 不存在磁场，即0B =;③ 等离子体是稀薄的，电子和离子的平均碰撞自由程e λ、i λ远大于探针尺寸R ，即1e R λ和1i R λ ④探针的尺寸和鞘层厚度相比较，鞘层厚度要远小于探针的尺寸，即1D R λ;⑤鞘层以外的等离子体不受探针干扰，即鞘外粒子速度分布函数满足麦克斯韦分布，且离子温度远小于电子温度；⑥电子和离子打到探针表面被完全吸收，即探针表面是纯吸收体，次级电子的发射可忽略或者无次级电子发射；⑦探针表面为无限大平面，平面探针的边缘效应可以忽略。
物理实验技术中的等离子体参数测量与数据处理
物理实验技术中的等离子体参数测量与数据处理等离子体是一种高度电离的气体，由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成。
它具有独特的物理性质，在工业和科学研究中有广泛的应用。
而为了更好地理解和利用等离子体，我们需要准确测量和处理其参数。
本文将探讨物理实验技术中的等离子体参数测量与数据处理的一些方法和技巧。
一、等离子体参数的测量方法1. Langmuir探针Langmuir探针是最常用的等离子体参数测量工具之一。
它通过测量电子在等离子体中的运动状态，来获取等离子体的电子浓度、电子温度等参数。
在测量过程中，探针被放置在等离子体中，电子与探针表面发生碰撞，从而改变了探针表面的电势，通过感应电路可以得到相关的电流和电压信号，进而确定等离子体的参数。
2. 密度折射仪密度折射仪是一种测量等离子体密度和折射率的常用仪器。
它利用等离子体中的电子与光子发生相互作用，通过测量光传播过程中的折射率变化，来确定等离子体的密度。
密度折射仪的核心部分是一束经过偏振处理的光，当光通过等离子体时，由于电子的影响，光的传播速度和折射率会发生变化，通过测量光的偏振状态变化，可以计算得到等离子体的密度。
二、数据处理与结果分析在获得等离子体参数的测量数据后，我们需要进行有效的数据处理和结果分析，以获得更准确和可靠的实验结果。
1. 数据清理首先，对测量数据进行清理和修正，排除由于仪器噪声和实验环境因素引起的干扰。
这可以通过滤波和平均等处理方法来实现。
2. 参数计算根据不同的测量方法和实验手段，可以得到等离子体的不同参数，比如电子密度、温度、折射率等。
在数据处理过程中，我们可以利用统计学方法和相关理论模型，对测量数据进行计算和分析，以获得对等离子体参数的最优估计。
3. 结果验证为了验证实验结果的可靠性和准确性，我们可以进行进一步的实验和分析。
比如，可以采用不同的测量方法和仪器，或者进行多次重复实验，以检验测量结果的一致性和稳定性。
三、等离子体参数测量中的挑战与解决方案在实际的等离子体参数测量中，我们可能会面临一些挑战和困难，如信号噪声、仪器误差和实验环境干扰等。
层流炉气流温度的检测与控制
温度测点 气流温度 4
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当实验系统达到稳定状态时 ! 可以认为系统 处于管壁等热流加热状态 " 这时 是说 ! 这时候层流炉内各个横截面上的温度分布 是相似的 !并且各点温度随着流动方向逐渐升高 ! 这已经从上述的测量结果中显示了出来 " 定解条件为
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气流温度控制结果 以控制气流温度为 $&) * 为例 & 重新布置温
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度测控点 &如图 & 所示 ’
公式 %$ $&%%$ 就是层流炉内部气流温度与加 热保温热流密度的关系 ’ 我们用它们分析气流温 度的控制原则 ’ 这 & 个公式表明 & 气流温度的改变是和壁面 热流密度 !" 紧密相关的 ’ 也就是对于保温措施而 言 & 只要存在保温温度和气流温度的温度差 & 就 存 在 !"& 就 会 造 成 温 度 沿 着 流 动 方 向 改 变 & 沿 着 截面改变 ’ 由 此 可 见 &在 温 度 测 量 工 作 中 &采 取 的 测 温 点和温度测控点存在问题 ’ 由于温度测控点取得的是气流温度 & 没有注 意层流炉管壁面温度 & 因此造成保温部分的温度 大大超过了层流炉管壁面温度 & 进而使得存在较 大的 !"’ 所以 & 为了防止产生因采取保温措施造 成气流温度的变化 & 必须控制保温部分温度与设 定 气 流 温 度 一 致 & 理 论 上 可 以 使 得 !"’(& 从 而 获 得均匀稳定的气流温度 ’ 实际上 & 考虑到热量的 损失和因为冷指的存在而造成气流温度的下降 等 因 素 & 如 果 真 地 使 !"’( & 反 而 会 造 成 气 流 温 度 低于设定值 ’ 因此 & 在实际控制中要适当保持保 温温度与层流炉管壁面温度的差别 & 以达到理想 的控制效果 ’
层流氩等离子体射流温度的测量
第23卷第3期强激光与粒子束Vol.23,No.3 2011年3月H IGH POWER LA SER AND PART ICLE BEAMS M ar.,2011文章编号: 1001 4322(2011)03 0783 04层流氩等离子体射流温度的测量*孟 显1, 李 腾1, 潘文霞1, 陈 熙2, 吴承康1(1.中国科学院力学研究所,北京100190; 2.清华大学工程力学系,北京100084)摘 要: 采用给水冷管状静电探针施加负偏置电压、并使探针以一定速度垂直于射流轴线扫过层流氩等离子体射流的方法,测量探针所收集到的累积离子饱和电流随侧向位置的变化,利用A bel变换推导出了局部离子饱和电流密度沿射流径向的分布;采用自制的水冷动压探针,以动态扫描法测量了射流动压沿射流径向的分布;根据局部离子饱和电流密度和射流动压的测量数据,由理论关系式推导出了等离子体射流横截面上的温度分布,同时,采用谱线相对强度法测量了等离子体射流的激发温度。
结果表明:两种方法得到的等离子体射流中心温度吻合较好,所得到的射流中心温度随弧电流加大而增大的变化趋势也一致。
关键词: 温度测量; 层流等离子体射流; 离子饱和电流; 动压; 光谱法中图分类号: O536 文献标志码: A doi:10.3788/H PL PB20112303.0783直流非转移式电弧等离子体射流是经电弧加热后从等离子体发生器喷口喷出的高温高速气流[1],由于电弧放电过程极为复杂,流动状态控制困难,通常在0.1M Pa环境下产生的等离子体射流大多处于湍流状态,而层流等离子体射流的产生需要精心设计发生器结构和适当选择产生参数[2 4]。
层流等离子体射流具有流动稳定、参数的轴向梯度小、工作噪声低、可重复性好等优点[2],实验研究表明,层流等离子体射流可应用于熔凝、熔覆等材料表面加工场合且具有优异的工艺可控性[5 6]。
然而,针对层流等离子体射流的参数诊断研究报道还不多。