一种对比沿面介质阻挡放电中的阴极层厚度的方法技术

本发明专利技术属于大气压低温等离子体应用技术领域，涉及一种对比沿面介质阻挡放电中的阴极层厚度的方法。本发明专利技术能快捷、方便地实现不同的沿面介质阻挡放电等离子体激励器所产生的阴极层厚度的对比，直流电源提供扫描偏置电压，通过比较不同激励器对同种偏置电压的屏蔽能力，实现了阴极层厚度的对比，填补了阴极层在实验对比上的一大空缺，并为后续阴极层的实验研究奠定了基础。验研究奠定了基础。验研究奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种对比沿面介质阻挡放电中的阴极层厚度的方法


[0001]本专利技术属于大气压低温等离子体应用
，涉及一种对比沿面介质阻挡放电中的阴极层厚度的方法。

技术介绍

[0002]沿面介质阻挡放电中的数值模拟研究发现，在暴露电极边缘附近存在一个强击穿电场区域。这个区域不移动，并且非常狭窄，大约几十微米，类似于低气压放电中的鞘层结构。这个类鞘层结构产生于暴露电极相对于介质表面为负极性时的类辉光放电过程，所以被称为阴极层。阴极层中的带电粒子形成一个偶极子。正离子向暴露电极漂移，最大密度出现在暴露电极的边缘。电子漂移到介质表面形成主放电区域，并表现出相对均匀的类辉光放电模式。由于质量的不同，离子的漂移速度低于电子的漂移速度，导致在阴极层中呈正电位分布。另外，电子雪崩产生的正离子主要集中在阴极层，主要有O
2+
离子、O
4+
离子、N
2+
离子和N
4+
离子，其中O
2+
离子的密度最大。这些正离子最终增强了阴极层的正电位。阴极层是一个强电离区域，其中正离子占主导地位，等离子体密度约为10
15
cm
‑3。阴极层的等离子体密度比放电发展区域的等离子体密度大3个数量级，由此产生了电场屏蔽，使产生的放电等离子体内部的电场降低到一个很小的值。然而，放电发展区域具有较强的约化电场，有利于EHD力的发展。EHD力主要产生于负暴露电极极性的类辉光放电阶段。EHD力的来源是长寿命氧负离子携带的体积负电荷的积累。EHD力的来源之一是由附在O2分子上的电子产生的O2‑
离子。阴极层是电子的来源，它可以维持负离子的产生。然而，阴极层中的正离子屏蔽了外加电压，影响了电子发射。此外，从阴极层发射的电子聚集在介质表面(持续整个负极性暴露电极阶段)，屏蔽了外部电场，减缓了氧负离子向表面的运动。同时，阴极层的平均场强降低，导致阴极层破坏。阴极层破坏后，电子源消失，EHD力的发展受到限制。然而，由阴极层内电荷分离产生的正离子云仍停留在暴露电极的边缘，屏蔽施加的电压。正离子云持续在整个负极性暴露电极阶段，就像电子积累在介质表面一样。
[0003]阴极层影响着激励器的机械性能，然而其尺寸很小，微米量级，难以实现实验上的测量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种快捷、方便的对比沿面介质阻挡放电中的阴极层厚度的方法，该方法利用直流电源提供扫描偏置电压，根据相同偏置电压范围内的等离子体电动势分叉程度来对比阴极层的厚度，为后续阴极层的实验研究奠定了基础。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种对比沿面介质阻挡放电中的阴极层厚度的方法，包括以下步骤：
[0007]第一步，选择需要对比的两种或两种以上的沿面介质阻挡放电等离子体激励器装置；
[0008]第二步，连接电路：直流电源通过定值电阻连接沿面介质阻挡放电激励器的暴露
电极，并与电容并联，以保护直流电源，沿面介质阻挡放电等离子体激励器的封装电极连接沿面介质阻挡放电的驱动电源；
[0009]第三步，调节电势探针的位置：电势探针通过绝缘支架固定在数控位移平台上，并将电势探针放置在暴露电极边缘的上方约2mm
‑
4mm处，启动直流电源和放电的驱动电源，在绝缘介质板表面产生等离子体，通过数控位移平台细调电势探针高度，探针高度的调节遵循这样的原理，即保证针尖电晕放电稳定的基础下尽量缩小针尖到介质板的距离；
[0010]第四步，调节数控位移平台测量不同扫描偏置电压下暴露电极边缘附近的电势沿x轴的分布；
[0011]第五步，计算表面电势和阴极层所屏蔽的偏置电压；
[0012]第六步，更换不同的等离子体激励器重复上述的第二步到第五步，计算此激励器下的表面电势和阴极层所屏蔽的偏置电压；
[0013]第七步，相同偏置电压下，对比不同激励器的阴极层所屏蔽的偏置电压的大小，屏蔽的偏置电压大的激励器其阴极层较厚。
[0014]一种对比沿面介质阻挡放电中的阴极层厚度的方法所采用的检测装置，包括：沿面介质阻挡放电等离子体激励器、直流电源、电势探针、高压探头和数字示波器。
[0015]所述的沿面介质阻挡放电等离子体激励器包括暴露电极、绝缘介质板、封装电极和绝缘胶带；绝缘介质板的上表面固定暴露电极，绝缘介质板的下表面通过绝缘胶带固定封装电极。
[0016]所述的电势探针包括钨针、金属片和金属棒；钨针固定在金属片并连接金属棒。
[0017]沿面介质阻挡放电等离子体激励器的暴露电极通过定值电阻连接直流电源的高压输出端，并与电容并联，以保护直流电源。
[0018]直流电压作为电势的扫描偏置电压；封装电极连接沿面介质阻挡放电等离子体激励器的驱动电源。
[0019]所述的电势探针通过绝缘支架被固定在数控位移平台上，再经过高压探头连接到数字示波器；所述的数字示波器选择高分辨模式，以直接记录与表面电荷积累相关的电势的时间平均的直流分量，从而过滤掉交流分量。
[0020]电势探针放置在暴露电极边缘的上方2mm
‑
4mm处，以探针针尖产生稳定的电晕放电为原则。
[0021]所述的驱动电源采用交流电源，电源频率为30kHz，电压峰峰值为12kV；
[0022]所述的直流电源的直流电压为
‑
3kV、
‑
5kV和
‑
7kV；直流电源通过电阻与沿面介质阻挡放电等离子体激励器的暴露电极相连；等离子体激励器暴露电极再通过电容接地。
[0023]所述的定值电阻为100kΩ，放置在暴露电极和直流电源之间，目的是将直流电路中的交流电流限制在较低的水平，以保证直流电源的安全。
[0024]所述的电容为10nF。
[0025]所述的电势探针可为双钨针电势探针，钨针的直径为0.25mm、曲率半径为0.01mm；两针之间的距离是11mm；探针尖端的曲率半径应尽可能小，以减少探针与沿面介质阻挡放电等离子体的干扰。
[0026]所述的高压探头含有大的内阻，以起到电势测量回路中的分压的作用；也可用大定值电阻和小内阻的高压探头替换；所述的高压探头内阻为900MΩ。
[0027]本专利技术的有益效果为：
[0028]本专利技术能快捷、方便地实现不同的沿面介质阻挡放电等离子体激励器所产生的阴极层厚度的对比，直流电源提供扫描偏置电压，通过比较不同激励器对同种偏置电压的屏蔽能力，实现了阴极层厚度的对比，填补了阴极层在实验对比上的一大空缺，并为后续阴极层的实验研究奠定了基础。
附图说明
[0029]图1为三种暴露电极宽度不同的沿面阻挡放电激励器装置图，暴露电极宽度分别为(a)3.2mm、(b)0.8mm、(c)0.2mm；
[0030]图2为电势探针示意图；
[0031]图3为沿面阻挡放电中阴极层厚度的对比装置；
[0032]图4为沿面阻挡放电装置的电路连接示意图和阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对比沿面介质阻挡放电中的阴极层厚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，选择需要对比的两种或两种以上的沿面介质阻挡放电等离子体激励器装置；第二步，连接电路：直流电源(10)通过定值电阻(9)连接沿面介质阻挡放电激励器的暴露电极(2)，并与电容(11)并联，以保护直流电源(10)，沿面介质阻挡放电等离子体激励器(1)的封装电极连接沿面介质阻挡放电的驱动电源；第三步，调节电势探针的位置：电势探针(12)通过绝缘支架(15)固定在数控位移平台上，并将电势探针(12)放置在暴露电极(2)边缘(x＝0mm)的上方约2mm
‑
4mm处，启动直流电源(10)和放电的驱动电源，在绝缘介质板(3)表面产生等离子体，通过数控位移平台(16)细调电势探针(12)高度，探针高度的调节遵循这样的原理，即保证针尖电晕放电稳定的基础下尽量缩小针尖到介质板的距离；第四步，调节数控位移平台(16)测量不同扫描偏置电压下暴露电极(2)边缘附近的电势沿x轴的分布；第五步，计算表面电势和阴极层所屏蔽的偏置电压；第六步，更换不同的等离子体激励器重复上述的第二步到第五步，计算此激励器下的表面电势和阴极层所屏蔽的偏置电压；第七步，相同偏置电压下，对比不同激励器的阴极层所屏蔽的偏置电压的大小，屏蔽的偏置电压大的激励器其阴极层较厚。2.如权利要求1所述的一种对比沿面介质阻挡放电中的阴极层厚度的方法，其特征在于，所述的驱动电源采用交流电源(17)，电源频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：李婷，闫慧杰，王玉英，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：