大气压氩直流微放电光谱研究

微空心阴极放电或微放电是一种能够实现高气压下放电的有效方法。利用不锈钢空心针作阴极,不锈钢网作阳极,进行了大气压氩直流微放电实验研究。测量了大气压氩微放电光谱,发现氩气的发 射谱线主要集中在690～860 nm范围,且全部为氩原子4p—4s的跃迁。实验研究了不同放电电流、气体压强、气体流量与谱线强度之间的关系,发现谱线强度随放电电流、气体流量增加均增加,而谱线强 度随压强变化呈现不同特征：谱线强度随压强的增加先增加后降低,在13.3 kPa时强度最大。此外,选用跃迁波长为763.51和772.42 nm的两条光谱线,利用发射谱线强度比值法测量了氩气微放电等离子 体的电子激发温度。结果显示,其电子激发温度处于2 000～2 800 K之间,且随放电电流的增加而增加,随气体压强和气体流量的增加而降低。     

气体压强对纳秒激光诱导空气等离子体特性的影响

环境气体的压强对激光诱导等离子体特性有重要影响.基于发射光谱法开展了气体压强对纳秒激光诱导空气等离子体特性影响的研究,探讨了气体压强对空气等离子体发射光谱强度、电子温度和电子密度的影响.实验结果表明,在10-100 kPa空气压强条件下,空气等离子体发射光谱中的线状光谱和连续光谱依赖于气体压强变化,且原子谱线和离子谱线强度随气体压强的变化有明显差别.随着空气压强增大,激光击穿作用区域的空气密度增加,造成激光诱导击穿空气几率升高,从而等离子体辐射光谱强度增大.空气等离子体膨胀区域空气的约束作用,增加了等离子体内粒子间的碰撞几率以及能量交换几率,并且使离子-电子-原子的三体复合几率增加,因此造成原子谱线OⅠ777.2 nm与NⅠ821.6 nm谱线强度随着气体压强增大而增大,在80 kPa时谱线强度最高,随后谱线强度缓慢降低.而离子谱线N Ⅱ 500.5 nm谱线强度在40 kPa时达到最大值,气体压强大于40 kPa后,谱线强度随压强增加而逐渐降低.空气等离子体电子密度均随压强升高而增大,在80 kPa后增长速度变缓.等离子体电子温度在30 kPa时达到最大值,气体压强大于30 kPa后,等离子体电子温度逐渐降低.研究结果可为不同海拔高度的激光诱导空气等离子体特性的研究提供重要实验基础,为今后激光大气传输、大气组成分析提供重要的技术支持.     

大气压氦氩混合气体介质阻挡放电电学和光谱特性研究

以聚对苯二甲酸乙二醇酯作为介质,在大气压下产生氦氩混合气体放电等离子体。利用电压电流探头、数字示波器和数码相机研究了聚对苯二甲酸乙二醇酯介质阻挡氦氩混合气体放电的电学特性和发光特性。发现随氩气含量增加,每半个电压周期出现一个或多个电流脉冲,放电由均匀放电转变为斑图放电。利用衍射光栅和CCD探测器组成的光谱系统测量了氩原子谱线（696.54, 763.13, 772.09, 811.17和911.81 nm）光谱强度。研究了氩气含量、峰值电压对氩原子谱线光谱强度的影响。实验结果表明：在峰值电压较低时,上述五条氩原子谱线光谱强度随氩气含量的增加均呈现先增强-后减弱-再增强的变化规律;在峰值电压较高时,波长为696.54, 763.13和772.09 nm三条谱线光谱强度增强,波长为811.17和911.81 nm谱线光谱强度减弱。上述情况表明：在低峰值电压下,上述五条氩原子谱线光谱强度的变化规律是由于在放电过程中放电模式发生了变化;而在髙峰值电压下,五条谱线强度变化与气体激发机制有关。在氩气含量低于30%或高于80%时,氩原子谱线光谱强度随峰值电压的增加先保持不变,再增强到稳定值;在氩气含量介于30%～80%之间时,氩原子谱线光谱强度随峰值电压的增加也呈现先增强-后减弱-再增强的变化规律;利用玻尔兹曼图形法计算了氩原子放电的电子激发温度,得到了不同峰值电压下电子激发温度随氦气/氩气比例变化的规律：高峰值电压下电子激发温度明显高于低峰值电压下电子激发温度;电子激发温度随氩气含量增加而减小。出现上述变化规律的原因主要是由于电子与氦原子碰撞截面小,电子与氩原子碰撞截面大,而氦气扩散系数大于氩气扩散系数。     

空气介质阻挡放电中氮分子离子的转动温度研究

采用液体电极装置,首次在空气介质阻挡放电中观察到了清晰分辨的氮分子离子第一负带(0,0)转动谱.根据转动光谱的强度分布,确定转动能级上粒子最大布居数位置,估算了氮分子离子的转动温度.改变外加电压和放电气体的气压,研究了转动温度的变化,发现当气压在10.133～60.795 kPa范围时,随电压的增加,谱线强度增加,但其转动光谱的强度分布不变,说明转动温度保持不变.上述结果对于空气介质阻挡放电理论模型的建立及工业应用均具有重要的参考价值.     

气体脉冲放电等离子体阻抗的参量研究

在纯净氦气条件下，对高频纵向脉冲放电的等离子体动态阻抗进行了实验研究.测量了放电等离子体阻抗随放电电压、频率以及气体压强之间的变化关系，表明等离子体阻抗随频率和电压的增加而下降，随气压的升高而增大.定性分析了这些宏观参量与等离子体阻抗变化之间的关系，拟合出等离子体阻抗随电压、频率、气压变化的经验公式，并对数值模拟与实验结果进行了比较研究. 关键词： 等离子体阻抗 气体脉冲放电     

CH分子束的强度与CH4/He混合配比的关系及CH(A2△)振转温度的计算

为了获得CH分子束及其相关特性,以氦气为载气,利用直流脉冲放电技术产生了CH分子束.实验记录了放电时间相对于脉冲分子束不同延时CH光谱信号强度的变化,放电相对延时为460μs左右获得最大的信号强度.研究了在保持CH4/He总气压3 atm和放电电压-4 kV不变的条件下CH分子束强度与不同配比的关系,建立了理论模型,对实验数据进行了理论拟合,拟合曲线与实验结果符合较好,配比为1%(甲烷与氦的气压比为1:99)左右能够维持较稳定的放电现象和较强的放电强度而获得较强的CH自由基束流.在这一配比下对CH(A2△-X2П)(0,0)带发射光谱进行探测和分析,获得CH(A2△)转动温度和振动温度分别为2455 K和4575 K,并估计此时每个脉冲中大约包含1013～1014个CH自由基.     

氩气含量对空气介质阻挡放电发射光谱的影响

利用介质阻挡放电实验系统测量了空气介质阻挡放电的发射光谱,研究了氩气含量对空气介质阻挡放电发射光谱的影响.在280～500 nm波长范嗣内,发现了氮分子第二正带系N2(C3∏u-B3∏g)的谱线和氮分子离子的第一负带系N2+(B3∑u+-X2∑g+)的谱线.在相同条件下加入10%氩气后,起始放电电压由26kV降低到23...     

气体自发瑞利-布里渊散射的理论分析及压强反演

气体压力是描述体系状态的重要参数,许多物理、化学性质都与压力有关.传统侵入式的压力测量方法会对气体状态产生干扰,影响测量精度,因此需要一种无扰式的测量方法.本实验测量了压强为2,4和6 atm(1 atm=1.01325×10~5 Pa)下加入气溶胶的N2在90?散射方向的自发瑞利-布里渊散射光谱,利用卷积后的Tenti S6模型对测量光谱进行直接拟合,拟合得到的压强值总体误差小于6.0%,求和归一化的均方根误差总体小于6.5%;利用理想的Tenti S6模型对经维纳滤波器反卷积处理后的测量光谱进行拟合,拟合得到的压强值误差总体小于5.0%,求和归一化的均方根误差总体小于6.0%.通过对两种方法的详细对比,发现压强低于2 atm时,对测量光谱进行反卷积处理在一定程度上可以消除仪器函数的影响,提高测量光谱的准确性,其光谱拟合效果和压强反演精度要优于卷积光谱.而在压强高于2 atm的情况下,卷积光谱的拟合效果和压强反演精度要优于反卷积光谱.     

CH分子束的强度与CH_4/He混合配比的关系及CH(A~2Δ)振转温度的计算

为了获得CH分子束及其相关特性,以氦气为载气,利用直流脉冲放电技术产生了CH分子束。实验记录了放电时间相对于脉冲分子束不同延时CH光谱信号强度的变化,放电相对延时为460μs左右获得最大的信号强度。研究了在保持CH4/He总气压3 atm和放电电压-4 kV不变的条件下CH分子束强度与不同配比的关系,建立了理论模型,对实验数据进行了理论拟合,拟合曲线与实验结果符合较好,配比为1%(甲烷与氦的气压比为1∶99)左右能够维持较稳定的放电现象和较强的放电强度而获得较强的CH自由基束流。在这一配比下对CH(A2Δ-X2Π)(0,0)带发射光谱进行探测和分析,获得CH(A2Δ)转动温度和振动温度分别为2455 K和4575 K,并估计此时每个脉冲中大约包含1013~1014个CH自由基。     

大气压空气脉冲流光放电等离子体发射光谱分析

在大气压条件下采用尖-尖电极放电系统得到了稳定的放电等离子体, 并应用发射光谱方法对放电等离子体进行了实验研究。等离子体发射光谱呈现连续谱背景迭加分立谱的形式。连续谱背景来源于放电等离子体内轫致辐射和复合辐射过程; 分立谱归属为N2 C3∏u →B3∏g , N+, N, O的荧光辐射。N+荧光辐射对应的上能级电子组态为2s22p(2P0)3p和2s22p(2P0)3d, 能级高度介于20 eV和23.6 eV之间。实验还结合时间分辨光谱技术, 对放电等离子体中N2(336.8 nm)、N+(500.5 nm)、N+(399.7 nm)荧光信号进行时间分辨测量。结果表明, N2(336.8 nm)荧光首先出现, N+(500.5 nm、399.7 nm)荧光同时产生, 且滞后N2(336.8 nm)荧光约25 ns。根据时间分辨测量结果和相关参考文献, 文章对放电等离子体中N+的生成通道进行了分析。     

大气压氩气介质阻挡放电中的电子激发温度

采用发射光谱强度比法,测量了大气压氩气介质阻挡放电(DBD)中的电子激发温度。实验在690～800 nm的范围内测量了大气压氩气DBD的发射光谱,经分析发现这些谱线全部是氩原子的发射谱线。为了测量电子激发温度,选用相距较近的763.51 nm(2P₆→1S₅),772.42 nm(2P₂→1S₃)的两条光谱线。结果发现电子温度的范围为0.1～0.5 eV,电子激发温度随电压的增加而增加,随流量的增加而减小。实验还发现氩气流动与非流动时电子激发温度有明显的差别。上述结果对介质阻挡放电在工业领域上的应用具有重要意义。     

空气电晕放电发展过程的特征发射光谱分析与放电识别

局部空气放电是导致高压输变电设备绝缘劣化的重要因素。空气放电中丰富的发射光谱信息与放电特征存在直接映射关系。采用针-板电极模拟了空气电晕放电的发展过程,并检测了放电由弱变强过程中的“紫外-可见光-近红外”波段在200～980 nm范围内的发射光谱。放电初期的发射光谱主要由氮气分子N₂的带状光谱组成,分别为N₂第二正带系（second positive system,SPS）和N₂第一正带系（first positive system,FPS）。放电程度加深后,发生能级跃迁的粒子种类更加丰富,由此产生了带状光谱与线状光谱相互交叠的复杂谱线,光谱范围也由放电初期的280～460 nm扩展至200～980 nm。放电处于临界击穿时,发射光谱的强度急剧增加,强度最高值出现在500.715和777.202 nm处,分别对应氮离子N+和氧原子O的辐射谱线,这意味着微观放电过程再次发生改变。基于空气放电机理分析得到：放电初期、放电加深、放电临界击穿三个阶段中强度占优的谱峰或谱带分别由N₂,NO与O和N+辐射跃迁所致,这由放电间隙的能量所决定,其特征光谱分别为336.907,239.687和500.715 nm。放电初期,336.907 nm处的强度绝对占优,239.687和500.715 nm处的相对强度极小;放电程度加深时,239.687 nm处的强度占优,500.715 nm处的相对强度极小;临界击穿时,500.715 nm处的强度占优,336.907 nm处的强度最弱。空气电晕放电的200～980 nm光谱范围内,紫外波段、可见光波段和近红外波段的光子数虽然都随着施加电压的升高而增加,但各波段光子数的归一化结果表明：随着放电程度的加深,紫外波段的光子比例逐渐减小,可见光波段的光子比例逐渐增加,近红外波段光子比例变化相对较小。不同放电阶段的“紫外-可见光-近红外”波段的相对光子数分布有较明显的差异,可以反映放电的发展程度。     

空气介质阻挡放电不同放电模式的光谱特性

采用光谱方法,研究了空气介质阻挡放电中流光向类辉光转变时电子能量的变化。利用氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线,测量了氮分子(C3Π_u)的振动温度。通过考察氮分子离子391.4 nm谱线强度与氮分子337.1 nm谱线强度之比,研究了电子平均能量的变化。结果表明,流光向类辉光转变时,氮分子(C3Π_u)的振动温度激增,氮分子离子391.4 nm相对谱线强度突增,表明类辉光放电模式中电子能量比流光放电模式中电子能量高很多。实验还发现,气隙间距不同,这两种放电模式转变所对应的转变气压不同,但转变气压与气隙间距的乘积值保持不变。     

甲醇交流放电产物的光谱研究

利用浓度调制光谱技术测量甲醇交流放电分解产物的发射光谱,在300～700 nm之间主要观测到激发态CO分子的B 1Σ+—A1Π Angstrōm跃迁带、激发态CH分子430 nm附近的A 2Δ—X 2Π跃迁带系和390 nm附近的B 2Σ-—X 2Π跃迁带系以及CHO(329.82 nm),CH₂O(369.8 nm),CH₃O(347.8 nm),H（巴末耳线系）的发射谱线。通过光谱强度分析得到,CO激发态B 1Σ+的振动温度达1 638 K,CH激发态A 2Δ的振动和转动温度分别为4 200和1 100 K。改变放电电压和样品气压,测量CO,CH和H的发射光谱强度的变化关系,发现增加放电电压或减少样品气压,CO（B 1Σ+）和H(656 nm) 的发射光谱强度比CH(A 2Δ)发射光谱强度增加得快,从而进一步讨论了甲醇交流放电解离通道和产氢机制。     

圆柱形介质阻挡放电等离子体光谱诊断

在350~1150 nm范围内对开放空间Ar气介质阻挡放电等离子体的发射光谱进行测量,表明Ar发射谱线主要集中在680 nm~950 nm,且都为Ar原子谱线。采用发射光谱相对强度对比法,选取相距较近且有相同下能级的727.29 nm(2P2-1S4),738.40 nm(2P3-1S4)和751.47 nm(2P5-1S4)三条光谱测量电子温度。通过对在Ar气和空气中放电谱线的对比和分析,得出发射光谱相对强度与电源功率的关系。最终得出若要便于工业应用和光谱测量,需要选择特定的气体流量和电源功率。     

大气压氩气射流等离子体的光谱特性研究

等离子体喷枪是一种重要的等离子体源,已成为近几年低温等离子体研究的一个重要课题。本文利用钨针-钨丝网电极制作了直流喷枪装置,在大气压空气中产生了稳定的等离子体羽,并采用发射光谱的方法,对等离子体羽的等离子体参数进行了研究。在钨针电极与钨丝网电极之间放出耀眼的白光,钨丝网电极出口的气流下游有火苗形状的等离子体羽喷出。在电压保持不变的条件下(13.5 kV),等离子体羽长度随气体流量增加而增大;在气体流量保持不变的条件下(10 L·min-1),羽长度随外加电压的增大而增大。在气体流量一定的条件下,放电电压和放电电流呈反比例关系,即电压随着电流的增大而减小,说明放电属于辉光放电。采集了该喷枪在300～800 nm范围内的放电发射光谱,通过玻尔兹曼方法对放电等离子体电子激发温度进行了测量。结果表明,电子的激发温度随外加电压的增大而降低,随着工作气体流量的减小而升高。利用放电的基本理论对上述现象做了解释。这些研究结果对大气压均匀放电等离子体源的研制和工业应用具有重要意义。     

大面积沿面放电等离子体温度的光谱研究

设计了水电极放电装置,在空气/氩气混合气体中实现了大面积沿面放电。采用发射光谱法,对分子振动温度、电子平均能量和电子激发温度等随气压的变化进行了研究。根据氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线计算出氮分子的振动温度;使用Ar 763.51 nm(2P₆→1S₅)和772.42 nm(2P₂→1S₃)的两条发射谱线的强度比得到电子激发温度;通过氮分子离子391.4 nm和氮分子337.1 nm两条发射谱线的相对强度之比得出了电子的平均能量的变化。实验研究了发射光谱随气压的变化,发现其强度随着气压的增加而增强,且其整个轮廓和谱线强度之比也发生变化。随着气压从0.75×105Pa升高到1×105Pa,分子振动温度、电子激发温度和电子能量均呈下降趋势。     

空心针-板电极大气压氩气辉光放电的特性研究

大气压均匀放电等离子体在工业领域具有非常广泛的应用前景,它是利用直流电源激励的空心针-板放电装置,以氩气为工作气体在大气压空气中产生均匀稳定的放电。对氩气流量和气隙间距对辉光放电发光特性的关系进行了研究,结果表明放电所产生的等离子体柱连接两个电极,发光较为均匀(观察不到放电丝)。在板电极附近放电等离子体柱直径最大,最大直径随着电流和气流的增大而增大。放电伏安特性研究发现,与低气压辉光放电相类似,两电极间的电压随着电流的增大而减小,并且随气流和气隙间距的增大而增大。对该大气压直流均匀放电在扫描范围为330～450 nm的光学发射光谱进行分析,获得了放电等离子体的分子振动温度和谱线强度比I_391.4/I_337.1随氩气流量和气隙间距的变化关系。I_391.4/I_337.1均随流量和气隙间距的增大而降低。对等离子体柱的I_391.4/I_337.1沿气流方向(等离子体柱轴向)进行了空间分辨测量,并进行了定性分析,结果表明,振动温度及电子平均能量随着远离空心针口距离的增大而增大。这些结果对大气压辉光放电在工业中的应用具有重要意义。