微波共振探针诊断大气压等离子体射流的方法研究

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大气压等离子体射流在材料、生物、医学等方面都有广泛的应用,但对其相关参数的测量方法却很少。本文的重点是研究使用微波共振探针诊断常压等离子体射流的方法,此方法是基于传输线理论,利用反射共振谱中得到的相关的数值计算出等离子体的电子密度。  首先对实验中要用到的探针进行优化与改进,选择最佳的探针结构。对于同轴微波共振探针,我们采取了两种方案,方案一是将探针内导体由直圆柱体做成螺旋的形状,通过改变内导体的长度,尽量减小探针的长度,从而使喷入探针内部的等离子体更均匀,使测量结果更准确。方案二是在同轴探针底部增加了一个磁介质圆环,从仿真结果可以看出,增加介质圆环后,探针的Q值明显增加,并且在介质环的磁导率为10,相对介电常数为10,电导率为10000s/m时,探针的Q值最大。之后探讨了hairpin探针的几何尺寸、耦合线圈的匝数及探针与耦合线圈放置的位置关系对其品质因子Q的影响。  其次探讨了放电器金属对探针共振的干扰问题。当探针置于放电器金属下面时,探针的Q值会明显减小,分析了造成此种现象的原因,并且通过将理论与实际相结合,找到了解决方案,使Q值有了很大幅度的增加。  最后研究了探针反射共振谱与等离子体射流电子密度的关系及电子密度的计算。从实验结果中可以看出,共振谱的半高宽与电子密度成正比,即电子密度越大,半高宽越宽。之后根据基于传输线理论的电子密度计算公式,代入从共振谱中得到的相关参数及应用光谱法计算出的电子温度,计算出了当射频功率为60W及100W时的电子密度,并且进行了合理性分析。
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