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大氣壓介質(zhì)阻擋放電射流中自組織斑圖研究
（論文部分內(nèi)容摘抄）
采用介質(zhì)阻擋放電裝置，在大氣壓氦氣氣體放電中，對射流中自組織斑圖放電通道的光學(xué)和動力學(xué)特性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)通過發(fā)射光譜儀采集放電光譜，分析了放電中產(chǎn)生的活 性粒子的相對光強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)射流放電通道區(qū)放電強(qiáng)度明顯強(qiáng)于非通道區(qū)，外側(cè)通道放電強(qiáng)度略高于內(nèi)部通道放電強(qiáng)度。利用超高速納秒曝光照相技術(shù)對放電過程進(jìn)行了圖像采集，對自組 織斑圖的時空演化過程進(jìn)行了研究，結(jié)果表明自組織斑圖放電通道同時形成。這里還計(jì)算出了自組織斑圖在空氣中的傳播速度，同時發(fā)現(xiàn)當(dāng)電極極性發(fā)生改變的時候，放電通道在相同 的空間位置形成，證實(shí)了自組織斑圖放電通道穩(wěn)定存在時的空間位置是不發(fā)生改變的。
自組織斑圖是指在空間或時間上具有某種規(guī)律性的非均勻宏觀結(jié)構(gòu)，是由系統(tǒng)中微觀參量之間以一定方式相互作用而導(dǎo)致非線性自組織現(xiàn)象。在自然界中存在著多種斑圖形式，如流體中對流斑圖、法拉第系統(tǒng)中表面波斑圖、化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中的斑圖、非線性斑圖以及氣體放電中的斑圖。近十幾年來，介質(zhì)阻擋放電（DBD）系統(tǒng)中的自組織斑圖現(xiàn)象，由 于其具有發(fā)光可視性、形成穩(wěn)定斑圖時間短，斑圖放電通道可測量及實(shí)驗(yàn)控制參數(shù)可調(diào)節(jié)性等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。另外，介質(zhì)阻擋放電斑圖有望在多方面得到應(yīng)用。
實(shí)驗(yàn)設(shè)置及儀器介紹。實(shí)驗(yàn)中我們采用的射流發(fā)生裝置，是以環(huán)—板電極大氣壓 冷等離子體射流源為雛形，對其進(jìn)行了一維方向的延展。實(shí)驗(yàn)裝置是以一根石英管扁管 為主體的放電裝置，扁管的下端管口為開放的長方形。工作氣體由上端的側(cè)口通入，通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制氣體流速，放電形成的等離子體射流從下端管口噴出。在實(shí)驗(yàn)中，利用數(shù)碼相機(jī)記錄射流放電圖片。
實(shí)驗(yàn)中采集了放電電壓和電流信號， 其中電壓信號由高壓探頭測得，電流信號由電流探頭通過測量放電回路中串聯(lián)一個小電阻電壓降的辦法得到，其信號由示波器進(jìn)行記錄。 放射光譜儀的光纖探頭分別位于離射流管管口垂直距離5mm處七個不同的位置采集射流的光信號。射流自組織斑圖時空演化圖,通過來自德國 Excelitas PCO 公司的超高速納秒相機(jī)ICCD（廣州市元奧儀器有限公司銷售pco.dicam超高速相機(jī)）相機(jī)記錄，曝光時間固定為50ns.
以觀察出六條譜線的光強(qiáng)具有共同的特征，通道區(qū)的譜線相對光強(qiáng)高于非通道區(qū)，自組織斑圖中放電通道區(qū)的粒子活性高于非通道區(qū)的粒子活性。
當(dāng)電流接近于零時，放電通道消失。在這里需要指出的是自組織斑圖之所以可以穩(wěn)定存在并被觀察到，是由于微放電通道周期性疊加的結(jié)果。記憶效應(yīng) 可能是自組織斑圖穩(wěn)定存在的原因，放電通道區(qū)通常被叫做微放電保留區(qū)，當(dāng)電極極性發(fā)生改變，下一個放電形成之前，這些區(qū)域并不完全消失，并且將會促使新的通道在相同的空間 位置形成。因此在交流電壓下，數(shù)千個放電周期內(nèi)，自組織斑圖放電通道在相同的空間位置不斷重現(xiàn)，形成了可以長時間穩(wěn)定存在的自組織斑圖。
本文通過采集等離子體射流光譜，利用超高速納秒攝影同步電壓電流信號，對自組織斑圖進(jìn)行了診斷研究。得到以下結(jié)論：
（1）自組織斑圖通道區(qū)具有較強(qiáng)的放電強(qiáng)度，并且外側(cè)的通道的放電光強(qiáng)大于內(nèi)部。
（2）自組織斑圖中的放電通道是同時形成的。
（3）放電通道以103-104 m/s的速度在空氣中傳播。
（4）當(dāng)電極極性發(fā)生改變時，自組織斑圖放電通道在相同的空間位置形成。
德國 Excelitas PCO 公司pco.dicam相機(jī)，具備高分辨率、高感光度、快速幀重復(fù)率、精確捕捉超快速過程的優(yōu)點(diǎn)，將可實(shí)現(xiàn)高效的單光子檢測，為實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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