[发明专利]一种测量沿面介质阻挡放电等离子体激励器表面电荷的装置

说明书

本发明属于大气压低温等离子体应用技术领域，涉及一种测量沿面介质阻挡放电等离子体激励器表面电荷的装置。所述的装置包括上电极、介质板、下电极、交流–脉冲双高压电源和光学系统，所述的上电极为方形铝箔电极，下电极为表面镀膜的氧化铟锡导电玻璃，介质板为嵌有硅酸铋晶体的石英玻璃；上、下电极不对称排布，上电极为暴露电极，下电极的导电层与介质板紧贴充当掩埋电极；上电极与脉冲电源相连，下电极与正弦交流电源连接，正脉冲叠加在交流波谷。本发明通过交流–脉冲双高压驱动的方式，选择性增强了放电的某一阶段，为利用光偏振法分析沿面介质阻挡放电表面电荷演化过程提供了一种途径。

技术领域

本发明属于大气压低温等离子体应用技术领域，涉及一种测量大气压沿面介质阻挡放电等离子体激励器表面电荷的装置及使用方法。

背景技术

大气压沿面介质阻挡放电等离子体在放电过程中存在电流体动力效应，带电粒子在电场中运动时通过碰撞将动量传递给周围的中性气体分子，诱导离子风的产生，从而具有流动控制的能力。离子加速所需要的电场由介质层表面积累电势和其电容分压决定。放电过程中产生的带电粒子随着放电发展运动而后积累在介质表面，由于放电的不对称性在时间平均上呈现为单极性电荷积累。正半周期发生正电荷积累，负半周期阴极层产生的电子及负离子积累在介质表面。利用光偏振法可以对表面电荷进行可视化研究，实现空间分布及时间演化的测量。但目前鲜少有利用此方法对沿面介质阻挡放电过程中表面电荷演化过程的研究。

发明内容

基于光偏振随电场变化的特性，本发明提供一种测量大气压沿面介质阻挡放电等离子体激励器表面电荷的装置及使用方法。本发明在介质表面嵌入硅酸铋晶体，采用交流–脉冲双高压驱动的方法选择性增强了放电的某一阶段，从而实现在放电过程中对不同极性电荷演化过程的分析。

本发明的技术方案为：

一种测量沿面介质阻挡放电等离子体激励器表面电荷的装置，所述的装置包括上电极、介质板、下电极、交流–脉冲双高压电源和光学系统，所述的上电极为方形铝箔电极，下电极为表面镀膜的氧化铟锡导电玻璃，介质板为嵌有硅酸铋晶体的石英玻璃；上、下电极不对称排布，上电极为暴露电极，下电极的导电层与介质板紧贴充当掩埋电极；上电极与脉冲电源相连，下电极与正弦交流电源连接，正脉冲叠加在交流波谷；光学系统由依次排布的红光光源、柯勒照明系统、起偏器、1/4波片、激励器和检偏器组成，各光学元件置于同轴支架上，光路与激励器垂直。

所述的红光光源的波长为634nm，柯勒照明系统包括两个凸透镜与一个光阑，起偏器的偏振角度为φ_p1＝0°，1/4波片的快轴角度为φ_f＝45°，检偏器的偏振角度为φ_p2＝90°。

所述的上、下电极不对称排布是指所述的上电极下边缘与下电极上边缘对齐。

所述的方形铝箔电极的宽度可根据需求调节。

所述的交流–脉冲触发频率可根据放电要求选取，具体为：正弦交流电源的调节范围为4kHz–5kHz，峰峰值一般选择14–18kV，脉冲电源脉宽无严格限制，一般为几百纳秒，脉冲电源幅值由电源参数决定，调节范围为1–7kV。高速相机的曝光时间和帧率根据实验所需调节。优选的：正弦交流电源频率为4kHz，峰峰值为15.5kV，脉冲电源脉宽为200ns，幅值为3kV。

所述的上电极为四个顶角剪为弧形的方形铝箔。

采用上述的装置实现对沿面介质阻挡放电过程的表面电荷测量，包括以下步骤：

第一步，搭建光路，将激励器置于光路且使光线垂直通过硅酸铋晶体；

第二步，连接电路：上电极与脉冲电源连接，下电极与交流电源连接，调节脉冲叠加相位以及脉冲触发频率；

第三步，大气压静态环境下，启动高压电源，在介质表面产生电荷积累。