用于模拟黑障现象的等离子体发生器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于模拟黑障现象的等离子体发生器，包括放电腔体、设置在放电腔体内的放电电极、用于密封放电腔体的密封门、位于腔体外侧且和腔体内连通的抽真空和气压检测系统以及等离子浓度检测仪器；放电电极连接有位于放电腔体外侧的电源；放电电极为螺旋管状设置。放电电极包括至少两个平行圆环电极并联形成管状，该等离子体发生器实现在地面产生大面积、长时间持续、密度连续可控、无电极遮挡的等离子体层以在地面开展相关的电磁实验环境。

Plasma generator for simulating blackout

【技术实现步骤摘要】
用于模拟黑障现象的等离子体发生器
本专利技术涉及等离子发生器，涉及一种用于模拟黑障现象的等离子体发生器。
技术介绍
各类返回式航天器进入大气层时，因空气电离会形成大量等离子体包覆于航天器表面，会短暂地屏蔽信号，产生“黑障”现象，这一问题至今困扰着世界各地的科研工作者们。近些年来，随着我国航天事业的不断发展，“黑障”现象再一次成为科研的热点。但是进行载飞实验的成本及其昂贵且条件不成熟，所以搭建相应的地面实验仪器便成了极为迫切的需求。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种用于模拟黑障现象的等离子体发生器，该等离子体发生器实现在地面产生大面积、长时间持续、密度连续可控、无电极遮挡的等离子体层以在地面开展相关的电磁实验环境。技术方案：本专利技术所述的用于模拟黑障现象的等离子体发生器，包括放电腔体、设置在放电腔体内的放电电极、用于密封放电腔体的密封门、位于腔体外侧且和腔体内连通的抽真空和气压检测系统以及等离子浓度检测仪器；放电电极连接有位于放电腔体外侧的电源；放电电极为螺旋管状设置。放电电极包括至少两个平行并联的圆环电极。通过采用上述技术方案，在金属腔体密闭后，通过抽抽真空和气压检测系统抽真空并真测量腔内气压，当满足设计要求的低气压后，该电源产生7000V以上的直流高压，提供给放电电极，放电电极和放电腔体壁面之间形成强电场，使得电极周边的气体电离，产生的等离子向四周扩散，从而形成等离子区；等离子浓度检测仪器探针检测放电腔体内的等离子浓度并显示数值，根据实验要求，可以通过调节高压电源的输出电压来调节腔体内的等离子浓度。所有圆环底部连接在一起，作为高压电源输入端，放电电极被布置在金属腔体内侧，两者之间保持着一定的间隙，金属腔体和放电电极之间通过绝缘支柱连接在一起。当输入高压电源后，所有圆环电极与金属腔体均构成放电电极，圆环电极周围的气体被电离，产生等离子体区，多个圆环均匀布置，可保证产生均匀且扩散面积较大的等离子区。有益效果：本专利技术能够在地面产生大面积、长时间持续、密度连续可控、无电极遮挡的等离子体层；等离子发生器采用中频放电，中频段的辐射能力相比射频段弱得多，即使腔体有大面积的敞开结构也不至发生强烈的辐射泄漏；真空系统有效地减少了外部因素的干扰。附图说明图1是用于模拟黑障现象的等离子体发生器的原理图；图2是电源组成示意图；图3是放电腔体去除密封门的结构示意图；图4是抽真空和气压检测系统组成示意图；图5是密封门结构示意图。具体实施方式如图1所示，一种用于模拟黑障现象的等离子体发生器，包括放电腔体1、设置在放电腔体1内的放电电极2、用于密封放电腔体1的密封门3、位于放电腔体1外侧且和腔体内连通的抽真空和气压检测系统4以及等离子浓度检测仪器5；放电电极2连接有位于放电腔体1外侧的电源6；放电电极2为螺旋管状设置，放电电极2包括至少两个平行并联的圆环电极。在金属腔体密闭后，通过抽真空和气压检测系统4抽真空并真测量腔内气压，当满足设计要求的低气压后，该电源6产生7000V以上的直流高压，提供给放电电极2，放电电极2和放电腔体1壁面之间形成强电场，使得电极周边的气体电离，产生的等离子向四周扩散，从而形成等离子区；等离子浓度检测仪器5探针51检测放电腔体1内的等离子浓度并显示数值，根据实验要求，可以通过调节电源6的输出电压来调节腔体内的等离子浓度。所有圆环底部连接在一起，作为高压电源6输入端，放电电极2被布置在金属腔体内侧，两者之间保持着一定的间隙，金属腔体和放电电极2之间通过绝缘支柱连接在一起。当输入高压电源6后，所有圆环电极与金属腔体均构成放电电极2，圆环电极周围的气体被电离，产生等离子体区，多个圆环均匀布置，可保证产生均匀且扩散面积较大的等离子区。参考图2，电源6为采用对称方波的驱动波形的中频电源6，该中频电源6包括前级AC-DC电源6模块和后级62DC-AC电源6模块。中频电源6的频率远低于离子的特征频率，可以在每半个周期内都是一次短暂的直流放电，电流方向的交变避免了电极的直流极化,由于在每半个周期内，放电驱动电压要稳定，换向的切换时间还要尽可能短，以避免换向过程中电子密度下降甚至等离子熄灭，因此这里采用对称方波的驱动波形。同时中频电源6采用了前级AC-DC电源模块61和后级DC-AC电源模块62两级变换的方案，其中放电强度的调节由前级AC-DC电源模块61完成，后级DC-AC电源模块62的占空比就可以固定为50％(死区时间接近0)，这样满足了快速换向的要求。如图3和5所示，放电腔体1由金属圆柱形腔体构成，圆柱形的放电腔体1为了容纳螺旋管状放电电极2，且放电腔体1作放电电极2的负极，放电腔体1外侧壁上设置有接地探针7。腔体两侧设置了可开关窗口，窗口为玻璃材料，以便开展光学诊断和目视观测，放电腔体1内壁上预留有用于插入隔板的连接槽，插入隔板目的为了获得不同厚度的等离子层。如图1和4所示，抽真空和气压检测系统4包括进气阀41、真空泵42、热耦真空计43、显示仪表44、可编程逻辑控制器45；可编程逻辑控制器45设置设定值，位于放电腔体1内的热耦真空计43检测放电腔体1内的空气压力并在显示仪表44上显示，当显示仪表44气压高于设定值时，可编程逻辑控制器45启动真空泵42进行抽气，当显示仪表44气压低于设定值时关闭真空泵42，维持当前真空度；当需要快速升高气压时显示仪表44启动进气阀41，让空气大量进入。等离子浓度检测仪器5包括从放电腔体1侧壁插入到放电腔体1内的探针51，探针51和放电腔体1之间设置有用于密封的绝缘套管8。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于模拟黑障现象的等离子体发生器，包括放电腔体(1)、放电腔体(1)内置的且与放电腔体(1)连接处为绝缘处理的放电电极(2)、用于密封放电腔体(1)的密封门(3)、位于放电腔体(1)外侧且和腔体内连通的抽真空和气压检测系统(4)以及等离子浓度检测仪器(5)；放电电极(2)连接有位于放电腔体(1)外侧的电源(6)；其特征在于放电电极(2)为螺旋管状设置。

【技术特征摘要】
1.一种用于模拟黑障现象的等离子体发生器，包括放电腔体(1)、放电腔体(1)内置的且与放电腔体(1)连接处为绝缘处理的放电电极(2)、用于密封放电腔体(1)的密封门(3)、位于放电腔体(1)外侧且和腔体内连通的抽真空和气压检测系统(4)以及等离子浓度检测仪器(5)；放电电极(2)连接有位于放电腔体(1)外侧的电源(6)；其特征在于放电电极(2)为螺旋管状设置。2.根据权利要求1所述的用于模拟黑障现象的等离子体发生器，其特征在于放电电极(2)包括至少两个平行并联的圆环电极。3.根据权利要求1所述的用于模拟黑障现象的等离子体发生器，其特征在于电源(6)为采用对称方波的驱动波形的中频直流电源(6)，该中频电源(6)包括前级AC-DC电源模块(61)和后级DC-AC电源模块(62)。4.根据权利要求1所述的用于模拟黑障现象的等离子体发生器，其特征在于放电腔体(1)由金属圆柱形腔体构成，且放电腔体(1)作放电电极(2)的负...

【专利技术属性】
技术研发人员：周勇，朱廷玉，梁鑫，潘昱融，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32