[发明专利]一种光纤光谱协同放电电流测量等离子体电子密度的方法

摘要

一种光纤光谱协同放电电流测量等离子体电子密度的方法，属于放电等离子体诊断技术领域。本发明的技术特征是同时使用微型光纤光谱测量通路和放电电流测量电路获得放电等离子体的光辐射谱和放电电流实时参量，再通过计算机数据处理系统将这些参量进行综合分析后计算出等离子体的电子密度。微型光纤光谱测量通路由光纤探头、传导光纤、微型光纤光谱仪依次连接组成，放电电流测量电路由电流传感器、电流信号放大器、数据采集器依次连接组成，计算机数据处理系统将由此获得的数据依据气体分子运动理论计算出放电等离子体的电子密度。本发明的效果和益处是将光学发射光谱法诊断放电等离子体电子密度的适用范围由局域热平衡态扩展到了非平衡态。

主权项

1.一种光纤光谱协同放电电流测量等离子体电子密度的方法，该方法通过光纤光谱协同放电电流测量等离子体电子密度装置实现，其特征在于：使用微型光纤光谱测量通路和放电电流测量电路获得放电等离子体的光辐射谱和放电电流实时参量，计算机数据处理系统，该系统通过数据传输线分别与微型光纤光谱仪和数据采集器相连，用于读取光辐射信号和放电电流信号，并依据玻耳兹曼分布定律和气体分子运动理论经综合分析后计算出放电等离子体的电子密度；其中微型光纤光谱测量通路组成如下：包括光纤探头(1)，传导光纤(2)，微型光纤光谱仪(3)和计算机数据处理系统(4)，其中光纤探头连接在传导光纤的一端，并被置于被测等离子体附近，传导光纤的另一端则与微型光纤光谱仪相连接，通过传导光纤将光纤探头收集到的光信号传递给微型光纤光谱仪解读放电等离子体的光辐射谱，光辐射谱的波长、相对辐射强度等数据参量再通过与微型光纤光谱仪和计算机相连接的数据传输线输入到计算机数据处理系统；其中放电电流测量电路组成如下：包括电流传感器(5)、电流信号放大器(6)和数据采集器(7)，安装在放电装置低压电极端的电流传感器与电流信号放大器相连接，电流传感器检测到的电流信号经电流信号放大器放大后输入到数据采集器，再经数据传输线传递给计算机数据处理系统；具体步骤为：同时使用微型光纤光谱测量通路和放电电流测量电路获得放电等离子体的光辐射谱和放电电流实时参量，再通过计算机数据处理系统依据在气体分子运动理论基础上建立的以下公式将这些参量进行综合运算后计算出放电等离子体的电子密度：$n_e=\frac{4I}{\mathrm{eS}}\sqrt{\frac{\mathrm{\π}{m}_e}{8k{T}_e}}=3.73\×{10}^{13}\frac{I}{S\sqrt{T_e}}$式中，ne为放电等离子体电子密度，单位为m-3，I为放电电流，单位为A，S为放电等离子体电流通过截面，单位为m2，Te为电子温度，单位为eV，电子温度Te的计算采用光学光谱多谱线斜率法，测量光信号的微型光纤光谱仪(3)具有不少于2048像素的线型CCD探测器和微光路系统。