Способ диагностики плазмы

ОПИСАНИЕ

ИЗОЫ ЕТ ЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зввги

Союз Советских

Социалистииеских

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 02.IV.1971 (№ 1642998/26-25) М. Кл. G Oln 27/22 с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 22.V1.1973. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 17.Х.1973

Государствейиый комитет

Совета Мииистрав СССР по делам изабрвтвиий и открытий

УДК 533.9.08(088.8) Авторы изобретения

Н. Л. Колесников, Б. С, Лебедев и Е. В. Карташев

Заявитель

СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЫ

Изобретение может быть использовано в лаборато|рных условиях для исследования плазмы газового разряда в газодинамических, ударных и других установках, а также в полете для исследования плазмы ионосфер Земли и других планет и плазменных образований, возникающих вокруг летательных аппаратов.

Известны радиочастотные зонды, в том числе радиочастотные импедансные зонды, на которые подают модулированное по частоте напряжение, сигнал с зонда усиливают и выделяют огибающую модулированного напряжения, по которой судят об импедансе плазмы.

Недостатком известных зондов является погрешность измерений, возникающая из-за приэлектродного слоя, который окружает зонд.

Параметры приэлектродного слоя существенно отличаются от параметров невозмущенной плазмы. Информация, получаемая с помощью радиочастотного зонда, дает усредненные значения параметров плазмы по некоторому объему, куда неизбежно входят приэлектродные слои, что и вносит погрешность в измерения. Попытки учесть влияние приэлектродных слоев на результаты измерения не привели к желаемой цели из-за отсутствия да нных о толщине и других характеристиках слоя. Получение этих данных равноценно процедуре диагностики плазмы.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем устранения влияния приэлектродного слоя на результат измерения и расширение полезной информации о параметрах плазмы, получаемой в опыте с помощью импедансного радиочастотного зонда.

10 Это достигается путем одновременной подачи зондирующего напряжения модули рованной радиоча стоты и пилообразного на пряжения положительной полярности на зонд, изоли рованный от корпуса летательного аппа15 рата.

На фиг. 1 изображена блок-схема измерительного устройства; на фиг, 2 — резонансные кривые зонда; на фиг. 3 — форма измерительного сигнала.

20 От генератора 1 синусоидальное напряжение модулированной радиочастоты подают на резонансный чувствительный элемент 2 и на зонд 8. Одновременно с зондирующим напряжением от генератора 4 на зонд подают пило25 образное напряжение положительной полярности, которое воздействует на приэлектродный слой, уменьшая его до нуля. Снимаемые с зонда колебания зондирующей частоты, модулированные по амплитуде, усиливаются и

30 детектируются соответственно в блоках 5 и б, 388221 в результате выделяют огибающую модулированного напряжения. Эта огибающая является измерительным сигналом, несущим полезную информацию î параметрах плазмы.

Размах пилообразного напряжения выбирают таким, чтобы он,примврно в два,раза превышал ожидаемое абсолютное значение плавающего потенциала. При таких параметрах пилы в каждый период ее действия лотенциал зо нда, непрерывно изменяясь, будет достигать значения плавающего потенциала зонда пример но на середине пилы, что необходимо для удобства отсчета результатов измерений.

На фиг. 2 и 3 приведены прафи ки, поясняющие принцип, преобразования зондирующего напряжения в измерительный сигнал. Сплошные кривые поясняют исходное состояние, когда зонд не погружен в плазму; штриховые относятся к рабочему режиму — зонд находится в исследуемой среде.

Амплитуда огибающей является функцией добротности резонансного чувствительного элемента или,функцией активного сопротивления шунтирующего зонда, а сдвиг собственной частоты /р (обозначено f ð, f"ð) средней зондирующей частоты fo определяется ipaaностью Ле между диэлектрической проницаемостью исследуемой среды и воздуха. На практике сдвиг частоты определяют по напряжению расстройки ЛУ (см. фиг. 3). В исходном состоянии частоты f„и f, совпадают, ЛУ (о) — 0, и выходной сигнал изменяется с частотой, равной удвоенной частоте модулирующего напряжения. При погружении зонда в исследуемую плазму уменьшается добротность системы, что понижает максимум резона нсной кривой и сдвигает всю кривую в область высоких частот, так как диэлектрическая проницаемость плазмы меньше единицы (фиг. 2). На фиг. 3 показан ход измерительного сигнала при действии на зонд пилообразного напряжения. Ясно обозначен минимум

Z на периоде развертки пилы, где и нужно проводить измерения. Измерив U (R) и

hU (Л1) в точках минимума и пользуясь тари ровочными графиками, производят расшифровку эксперимента, определяя последовательно о и Ье по известным формулам.

Измеренные значения а ктивной R и реактив ной Х составляющих импеданса свободны от попрешности, вносимой приэлектродным слоем, а рассчитанные по этим дalH HbIM электронная концентрация ие и эффективная частота столкновений электро нов,фф будут достоверными параметрами исследуемой среды.

Кроме того, в области минимума,импедан10 са .на развертке пилы, фиксируемого на записи измерительного сигнала, определяют по напряжению пилы значение плавающего потенциала U = — и, следовательно, электронКГе

15 ную температуру Т, (К вЂ” постоянная Больцмана, е — за ряд электро на).

Приравнивая напряжение пилы UM в точке минимума сигнала пространственному потенциалу, получим данные об электронной тем20 пературе Т,:

Uм = ИЛИ Те — Uì.

Кте

1 К

Таким образом, предлагаемый способ диаг25 ностики плазмы позволяет определить как электрофизические параметры плазмы — электропроводность о и диэлектрическую проницаемость Е=1+Лв, так и ее внутренние характеристики — электронную концентрацию п„

30 эффективную частоту столкновения электронов,фф и электронную температуру Т,.

Предмет изобретения

Способ диагностики плазмы с помощью им35 педансного зонда, при котором на зонд подают модулированное по частоте напряжение, сигнал с зонда усиливают, детектируют и выделяют огибающую модулированного напряжения, по которой судят об импеда нсе плаз40 мы, отличающийся тем, что, с целью устранения влияния экранирующего приэлектродного слоя на результаты измерений, на зонд одновременно с модулированным напряжением подают медленно изменяющееся напряжение по45 ложительной полярности, а измерение импеда нса производят в момент минимума величины огибающей модулированного .напряжения, который достигается при изменении положительного напряжения на зонде.

388221

Фиг 8

Составитель Б. Кононов

Техред 3. Тараненко

Редактор В. Левятов

Корректоры: Н. Стельмах и М, Лейзерман

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2759/6 Изд. № 1697 Тираж 755

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5