大气压介质阻挡辉光放电中放电电流的测量与分析

介质阻挡放电产生的低温等离子体具有广泛的应用前景而成为研究热点。文章利用平行平板介质阻挡放电装置,在流动的氦气中实现了大气压均匀辉光放电,得到了大气压下的均匀等离子体。利用电学方法将放电电流从总电流中分离出来,从而得到了辉光放电的放电电流。通过分析放电电流、外加电压、气隙上电压以及壁电荷电量之间的相互关系,可以研究气体放电过程中壁电荷积累的微观动力学行为。实验结果表明壁电荷主要是在放电电流脉冲持续期间积累的,但电流脉冲结束后,由于气隙电压没有改变极性,壁电荷还会逐渐积累,气隙电压改变极性后,壁电荷量随时间减小。这些结果对壁电荷在介质阻挡辉光放电中作用的深入研究和大气压介质阻挡辉光放电的工业应用具有重要意义。     

介质阻挡放电中微放电的映射方程

利用双水电极介质阻挡放电装置，采用光学方法测量了大气压空气和氩气中介质阻挡放电的微放电时间特性.实验发现微放电通道相邻两次放电时间间隔是长短交替的.根据壁电荷对相邻两次微放电的不同影响，建立了介质阻挡放电时间序列的映射方程.不同放电参量取值情况下的计算结果表明，介质阻挡放电中，壁电荷电场的衰减时间常数远大于100μs量级.由方程所得的结果，解释了相邻两次放电时间间隔长短交替的实验现象，确定了壁电荷衰减时间常数的范围. 关键词： 介质阻挡放电 时间特性 壁电荷 映射方程     

不同电介质结构下介质阻挡放电特性研究

设计制作了单面有氧化铟锡(ITO)导电介质层的双玻璃介质层的介质阻挡放电装置,研究了其放电特性,并将其与双玻璃介质层和单玻璃介质层的介质阻挡放电进行了比较.从电荷输运的角度分析,上述三种装置分别实现了电荷的二维、零维和三维输运.采用两种不同的双玻璃介质层装置,获得了单个稳定的放电丝.与无ITO导电层的双玻璃结构得到的单个放电丝相比,单面有导电ITO介质的双玻璃结构中,单放电丝呈"T"字型,其光晕是前者光晕的2倍,其放电电流大于前者电流,其放电时间间隔长短交替现象更为明显,且存在强度大小交替的现象.分析表明,壁电荷输运及二次电子发射的不同导致了不同电介质结构放电特性的不同. 关键词： 介质阻挡放电 壁电荷 二次电子发射     

介质阻挡放电中电介质参量对放电时间特性的影响

采用介质参量不对称的装置,在大气压氩气介质阻挡放电中,研究了不同电介质温度及不同电介质材料对放电时间特性的影响.实验发现,外加电压较低时,正负半周的放电时间波形没有明显的差别;外加电压较高时,正负半周的放电脉冲个数不同.分析表明,电介质温度以及材料均影响壁电荷的积累,进而使放电特性发生改变. 关键词： 介质阻挡放电 时间特性 壁电荷 介电常数     

光学方法研究介质阻挡放电中的微放电特性

首先用真空光电倍增管测量了斑图模式大气压介质阻挡放电的总光信号 ,并通过在电路中串联小电阻的方法测量了放电的电流信号。结果发现 ,两种方法所测得的信号在幅度和位置上存在严格的一致性 ,说明可以利用光学方法测量介质阻挡放电的电流信号。采用光学方法测量了介质阻挡放电中的微放电通道的时间特性。本工作所得到的结果对于介质阻挡放电的时空动力学研究具有重要意义 ,同时对气体放电研究具有一定的参考价值。     

介质阻挡放电中白眼超点阵同心圆环发光斑图

在介质阻挡放电系统中首次发现了白眼超点阵同心圆环发光斑图。采用光电倍增管和高速照相机等仪器对该斑图的时空动力学进行研究,结果显示该斑图由奇数圈的点阵圆环和偶数圈的白眼圆环嵌套而成。将奇数圈的点阵记作O(Odd number,O),偶数圈的白眼中心点记作E(Even number,E),白眼晕记作H(Halo,H)。O在电压上升沿的第一个脉冲全部放电且在电压下降沿部分放电,H在电压上升沿的包络处放电,E在电压下降沿放电。用两个光电倍增管对O和E的时间相关性进行研究,实验结果表明O与E在电压下降沿的放电顺序随机。用高速录像机拍摄的瞬时照片表明该斑图的每个体放电都伴随着沿面放电。H在奇数圈的随机放电导致了部分O在电压下降沿的放电,沿面放电对壁电荷的重排作用导致了O与E放电顺序的随机性。     

介质阻挡放电中的能量转换过程研究

研究了介质阻挡放电过程中的电流强度、电场强度以及电荷分布的演变规律，并对能量转换性质进行了分析.研究结果表明，在一个放电脉冲过程中，外加驱动电源所作的功、电场能量的增量均与起始时刻的壁电荷密度有关，而气体中放电电流所作的功即沉积于气体中的能量与起始时刻的壁电荷密度、放电电流的具体波形无关. 关键词： 介质阻挡放电 壁电荷 动力学过程 能量转换     

介质阻挡放电系统中超四边形斑图形成的实验研究

采用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体放电中,对超四边形斑图的形成进行了实验研究.发现随着外加电压的升高,斑图类型经历了四边形斑图、准超点阵斑图、超四边形斑图、条纹斑图或六边形斑图的演化顺序.对这些斑图进行了傅里叶谱分析,得到了空间模式随电压的变化关系.此外,在外加电压升高的过程中,出现了具有不同空间尺度的两种超四边形斑图,它们满足不同的驻波条件.分析了壁电荷在超四边形斑图形成中的作用.实验测量了斑图类型随气隙间距和外加电压变化的相图以及超四边形斑图随气隙间距和气隙气压变化的相图.测量了击穿电 关键词： 介质阻挡放电 斑图 壁电荷 放电参量     

介质阻挡放电中的局域态六边形结构

在氩气介质阻挡放电中得到了稳定的局域态六边形结构，并对其进行了时空动力学的测量.发现位于中心的放电丝的放电时刻总是领先，相邻两次放电的时间间隔表现出长短交替的周期性.利用壁电荷放电模型对上述结果进行了分析，表明微放电丝在放电过程中不仅受自身场的作用，还受到周围其他微放电丝的影响. 关键词： 介质阻挡放电 壁电荷 自组织 局域态结构     

共面介质阻挡放电特性研究

对共面介质阻挡放电(DBD)的放电过程进行了实验和理论研究. 在实验中设计了分段电极方法来获取放电过程中不同位置上的局域电流和光辐射特性，得到了阴极上等离子体的扩展速度，并与二维流体数值模拟结果进行了比较. 结果表明，在共面DBD的暂态放电过程中，电极上空等离子体区域始终存在有不均匀电场，导致了不同位置上放电电流和光辐射分布的不一致. 同时研究还表明，在DBD放电过程中应当考虑表面光致二次电子发射. 关键词： 介质阻挡放电 分段电极 放电特性     

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。     

介质阻挡放电中单晶胞白眼斑图的光谱研究

在介质阻挡放电系统中,空气和氩气混合气体的实验条件下,第一次实现了只具有一个单元结构的白眼斑图。该斑图的结构从中心位置向外依次为：中心点,围绕中心点的环和环外六个点。由于出现该单晶胞白眼斑图时的电压较低,而本实验采用的水电极中的水的比热容大,具有良好的吸热性,这使斑图在放电过程中放电气隙间的气体的温度没有升高,并且放电现象没有发生变化。因此在实验过程中,单晶胞白眼斑图在长时间放电的情况下并没有使其等离子体状态发生改变。由普通照相机所拍摄的图片可以看到,单晶胞白眼斑图的中心点,围绕中心点的环和环外六个点的亮度有明显不同。在不同压强下该斑图的稳定性有所不同,并且中心点,围绕中心点的环和环外六个点的亮度随压强的变化有所不同。鉴于此,本实验采用了发射光谱法,研究了单晶胞白眼斑图中不同位置处(中心点、环及外围六个点)的等离子体温度随压强的变化关系。其中,分子振动温度使用氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)的发射谱线来计算;电子激发温度利用氩原子763.26 nm(2P₆→1S₅)与772.13 nm(2P₂→1S₃)两条谱线强度值进行比较的方法进行研究;电子密度利用氩原子696.57 nm(2P₂→1S₅)谱线的展宽来测量。发现在同一实验条件下,单晶胞白眼斑图的中心点的电子激发温度、电子密度和分子振动温度均最低,环外六个点相应的电子激发温度、电子密度和分子振动温度次之,环相应的电子激发温度、电子密度和分子振动温度均最高;随着气体压强从40 kPa增大到60 kPa,单晶胞白眼斑图不同位置处的电子密度增高但分子振动温度和电子激发温度均降低。本实验结果有助于进一步研究自组织斑图形成的机制。     

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.     

介质阻挡放电中单个新型放电丝放电特征和光谱测量

在放电间隙较大(d=3.8 mm)的介质阻挡放电(DBD)中,通过减小放电区域(S=1 cm×1 cm),首次观察到了单个新型放电丝。与其他实验小组所观察到的单个放电丝相比,该单个新型放电丝由体放电(VD)和沿面放电(SD)二部分构成,其放电稳定性和持续性极好。利用高速照相机和光谱仪,研究了单个新型放电丝在外加电压半周期单次放电中的放电特征和单个新型放电丝侧面放电柱不同位置的等离子体状态。在高速照相机不同曝光时间条件下拍摄得到了单个新型放电丝端面和侧面放电的瞬时照片,并对其外加电压半周期单次放电的放电特征与辉光放电进行了对比。利用发射光谱法,采集了单个新型放电丝侧面放电柱不同位置的氩原子763.26 nm(2P₆→1S₅)和772.13 nm(2P₂→1S₃)发射谱线,并通过两条谱线强度比法,估算出了相应的电子激发温度。实验结果得出：单个新型放电丝由体放电和沿面放电构成,且沿面放电在体放电四周呈枝状扩散;单个新型放电丝在外加电压半周期单次放电中与辉光放电特征相似,且在阴极呈现出漏斗状放电;氩原子谱线强度及其相应的电子激发温度从极板两端到中间均呈减小的变化趋势,表明单个新型放电丝侧面放电柱不同位置的等离子体状态不同。     

介质阻挡放电中单个新型放电丝放电特征和光谱测量

在放电间隙较大(d=3.8 mm)的介质阻挡放电(DBD)中, 通过减小放电区域(S=1 cm×1 cm), 首次观察到了单个新型放电丝。与其他实验小组所观察到的单个放电丝相比, 该单个新型放电丝由体放电(VD)和沿面放电(SD)二部分构成, 其放电稳定性和持续性极好。利用高速照相机和光谱仪, 研究了单个新型放电丝在外加电压半周期单次放电中的放电特征和单个新型放电丝侧面放电柱不同位置的等离子体状态。在高速照相机不同曝光时间条件下拍摄得到了单个新型放电丝端面和侧面放电的瞬时照片, 并对其外加电压半周期单次放电的放电特征与辉光放电进行了对比。利用发射光谱法, 采集了单个新型放电丝侧面放电柱不同位置的氩原子763.26 nm(2P6→1S5)和772.13 nm(2P2→1S3)发射谱线, 并通过两条谱线强度比法, 估算出了相应的电子激发温度。实验结果得出: 单个新型放电丝由体放电和沿面放电构成, 且沿面放电在体放电四周呈枝状扩散;单个新型放电丝在外加电压半周期单次放电中与辉光放电特征相似, 且在阴极呈现出漏斗状放电;氩原子谱线强度及其相应的电子激发温度从极板两端到中间均呈减小的变化趋势, 表明单个新型放电丝侧面放电柱不同位置的等离子体状态不同。     

介质阻挡放电中超四边斑图沿面放电的光谱研究

利用水电极介质阻挡放电装置,在氩气和空气的混合气体中,首次观察到了超四边斑图沿面放电,它是由中心点和暗点组成的。通过观察普通相机的斑图照片,可以发现中心点位于周围四个暗点的中心处。利用高速录像机对斑图进行短曝光拍摄,观察发现中心点对应体放电,暗点对应沿面放电,暗点由这些沿面放电形成。中心点和暗点的亮度有所不同,这说明中心点和暗点的等离子体状态可能不同。采用发射光谱法,研究了超四边斑图沿面放电的的中心点和暗点的等离子体参量随氩气含量的变化趋势。利用氮分子第二正带系(C3Π_u→B3Π_g)发射谱线,计算得出了中心点和暗点的分子振动温度; 然后通过氩原子696.57 nm (2P₂→1S₅)谱线的展宽,研究了中心点和暗点的电子密度。实验结果表明： 在相同氩气含量下,暗点的分子振动温度和电子密度均高于中心点的相应等离子体参量; 在其他实验条件不变的情况下,随着氩气含量从90%增大到99.9%,中心点和暗点的分子振动温度和电子密度均逐渐增大。结果表明中心点和暗点的等离子状态不同,说明二者的放电机制可能不同。     

发射光谱研究氩气/空气混合气体介质阻挡放电能量传递过程

使用水电极介质阻挡放电装置,对比氩气与氩气/少量空气的混合气体以及空气与空气/少量氩气的混合气体放电的发射光谱,研究了氩气与空气相混合时气体放电中的能量传递过程。实验发现, 当氩气中加入少量的空气时,氩原子谱线均变弱,说明空气中的氮分子对氩原子的各激发态具有猝灭作用。并且随着空气含量的增加,各谱线变弱的速率不同。越是与氮分子的激发电位接近的氩原子的激发态被猝灭的作用越明显。另一方面,当空气中加入少量氩气时,发现氮分子第二正带系和氮分子离子第一负带系的谱线均被增强。说明在空气/少量氩气放电中,氮分子的激发由于亚稳态氩原子的潘宁激发传能而增强。因此在氩气/空气混合气体放电中,气体成分及比例影响放电的发光特性和能量传输特性。     

空气介质阻挡放电发射光谱测量及放电过程粒子分析

发射光谱是对等离子体进行检测和诊断最常见的应用方法,提供了等离子体的化学和物理过程丰富的信息,放电过程中等离子的动力学行为的分析研究对于气体放电机理及其应用具有重要的作用。设计了一套介质阻挡空气放电光谱测量装置,测量了在实验条件下的发射光谱数据,通过发射光谱分析了介质阻挡放电等离子体的粒子演化。建立了数值计算模型,耦合了密度方程、能量传递方程以及Boltzmann方程,对于介质阻挡空气放电过程中的各种粒子变化规律进行了分析,解释了发射光谱的特征。结果表明,约化场强越大,激发的粒子数的浓度越大。对于40,60与80 Td的约化场强,同一时刻同种粒子数的浓度会有一到两个数量级的差距。电场的激发产生了大量的N₂(A3),N₂(B3)与N₂(C3)的粒子,但是由于其能级较高,而迅速发生了转化,并且在放电的10-6 s后,这些粒子的产生与转化达到了平衡。相比激发态氮分子,O₂(A1) O₂(B1)与O₂(A3Σ+_u)的峰值浓度并不低,这些粒子的能量相对较低,跃迁产生的谱线波长较长,光谱仪并未清晰捕捉到氧分子的发射光谱。O粒子的峰值浓度较小,因此其跃迁产生的发射光谱较弱。放电过程中产生的较为稳定的O₃浓度持续增加,NO₂的浓度达到峰值后也不会下降。建立的模型计算结果可以很好地解释实验中测量得到的发射光谱数据。