CN103884467A - 等离子体压力探针及利用其测量压力的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等离子体压力探针及利用其测量压力的系统，该等离子体压力探针包括金属电极、石英套管、绝缘套管和金属镀膜，金属电极采用导电金属制成，固定在绝缘套管中；绝缘套管嵌套在石英套管内表面，采用石英、陶瓷或聚四氟乙烯材料，用于连接和固定石英套管与金属电极；石英套管采用高纯度透明石英制成，能够耐至少1000℃的高温，同时保护内部的金属电极和绝缘套管；金属镀膜采用电镀的方式在石英套管的外表面生成厚度为0.03-0.04mm的镀膜。等离子体压力探针结构简单、布置灵活，空间分辨率高，可以进一步提高动态压力测量的频响，对温度不敏感的同时可以在高温环境中使用，尤其适合叶轮机械内部流场测量。

Description

等离子体压力探针及利用其测量压力的系统

技术领域

本发明涉及流体机械行业流场动态测量技术领域，尤其涉及一种用于压气机、燃气轮机和强三维性流场的等离子体压力探针及利用其测量压力的系统。

背景技术

叶轮机械气动热力学是工程热物理学科的一个重要分支，是研究以流体作为工质，通过旋转的叶轮实现功与热这两种能量形式的相互转换的科学。随着对叶轮机械内部流动机理研究的逐渐深入，动态压力测量技术在叶轮机械实验研究中占据着越来越重要的地位。尤其是目前叶轮机械内部流动的研究向着全三维粘性流动发展，对叶轮机械真实流场的三维动态实验测量越来越必要，因此动态压力测量技术的水平也在很大程度上决定了叶轮机械实验的整体水平。而叶轮机械内部流动的几何通道的型面非常复杂，由叶轮转动形成的旋转坐标系和固定坐标系之间存在非定常干涉，边界条件难以设定，再加上高转速带来的超音速流动等等，造成这门学科和其他流体力学的分支相比，具有极强的三维性和非定常性的显著特点。所以，这就要求动态压力测量技术必须同时兼顾动态特性设计、气动设计和机械设计多方面的要求。

虽然近些年传统的动态传感器已经有了很大的进步，同时新发展起来的非接触式动态测量技术如粒子成像测速技术(PIV)和激光多普勒测速技术(LDV)等也已经显现出了较大的优势，但是目前的技术程度仍然不能完全满足非定常性高速流场的测量要求。就拿燃气轮机内部的气动参数测量来做一个简单分析。首先，对旋转失速和喘振非稳定现象实施有效控制要求实时监测压气机状态，对频响的要求非常高，检测和判断必须在数十微秒之内完成，传感器的频响需求可能高达1MHz的级别，然而目前尚没有能够满足这个要求的技术；然后，低雷诺数低压涡轮经常出现附面层分离和转捩现象，对于附面层转捩过程的测量，则要求测量仪器具有小体积，且对流场影响最小的特点。最后，在流场显示与光学测量系统方面，PIV等以示踪粒子跟踪流场的仪器在非定常流场测量中遇到了原理上的瓶颈，那就是流体力学的基本原理决定了示踪粒子显示的既不是非定常流场的流线，也不是流体微团运动的迹线，而是粒子被流体推动形成的脉线。这三种线在定常流场中是完全一致的，但在非定常流场中却各不相同。因此，高频非定常流场的实时流场显示需要新原理和新技术。

综上所述，针对当今叶轮机械气动热力学发展的战略需求，迫切需要超高频响(即频响达到1MHz)的探针和与其配套测量系统。这个级别的频响已经不能通过传统的压电陶瓷、热丝或热膜来实现，需要新原理和新方法。

简要回顾一下等离子测量技术的发展历程。利用辉光放电原理的等离子探针最早是由加州理工学院的航空实验室提出的，并得到当时的实验室主任，钱学森的导师，著名的冯·卡门教授的鼎力支持。早在1934年，Lindvall便提议将辉光放电应用于风速计。他利用直流辉光放电测量圆柱尾迹速度。1949年，加州理工学院的Mettler成功研制出一个噪音低的直流辉光放电风速计，并在1.6马赫数下试验成功。他还对空气气流辉光放电的定量理论进行了研究，发现风速计对温度并不敏感。在早期研制的辉光放电风速计中，Vrebalovich(1954)的直流和交流辉光放电设计是比较突出的。尤其直流设计随着时间的推移电极降解方面越优越。他利用直流驱动探针，可以测量马赫数从1.3到4的附面层，且具有700kHz载波频率。

由于等离子探针的想法非常超前，不仅远远超出了当时航空航天等行业对高温高速非定常气体动力学对测量仪器的需求，而且在高压变频电源、电极材料、光谱分析等方面对当时的技术水平提出了过高的要求，因此，在经历了初期的研究之后渐渐被搁置下来，相关研究转到等离子体流动主动控制技术上。直到2000年之后，高超声速气动力学的发展、叶轮机械性能的需求又让人们开始对这项技术产生了浓厚的兴趣，开始重新审视它的优点，研究它的机理以及全新的应用。2005年前后，美国Univ.ofNotreDame的Matlis和Corke设计的等离子风速计由2MHz的AC交流电驱动，可以在高马赫数、高焓风洞试验中稳定工作，在马赫数为5时仍对质量通量的均值和脉动成分高度敏感，并实现了电脑自动控制。保持小电极间隙，同时降低电极的气动堵塞是探针性能指标的关键。过大的间隙会导致等离子体逃逸到尾迹里；太厚的电极会导致尖端形成驻点，降低传感器的响应频率。该团队设计了两个风速计：一个电极间隙为0.0762mm，负载电压为350Vrms，电压功率为5W；另一个电极间隙为0.0254mm，负载电压为300Vrms，电压功率为1W。均具有极高的响应频率，且无须补偿，可以直接测量频率高达200kHz的可控记录扰动。原则上，在频率高达2MHz的实验测量中，是可以得到未补偿响应频率的载波频率的。风速计幅值调制的交流载波输出信号，信噪比要高于热线。

2010年，GE公司的Moeckel等人提出了在航空发动机上采用等离子传感器测量压气机失速信号的设想，并据此申请了专利。他们认为在轴流压气机的动叶前端25％弦长的位置，动叶叶顶50％弦长位置，以及动叶尾缘后25％弦长位置分别布置等离子传感器能够有效的检测到失速先兆的起始时间和位置，从而为主动控制技术的应用提供解决方案。由于该传感器对温度不敏感且耐高温，因此可以用在其他发动机高温部件进行相关参数测量，如燃烧室或涡轮。

而本发明则采用了新的原理设计出用了测量压力的等离子探针，因而对应提出了新的结构和数据处理方式。

发明内容

(一)要解决的技术问题

综合考虑上述需求对压力探针所提出的新的要求，本发明的主要目的在于提供一种等离子体压力探针及利用其测量压力的系统，以满足高焓高马赫数流动的测量，同时解决动态压力传感器不耐高温、频响不够高且体积大的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种等离子体压力探针，该等离子体压力探针包括金属电极101、石英套管102、绝缘套管103和金属镀膜104，其中：金属电极101采用导电金属制成，固定在绝缘套管103中，与连接等离子体激励器的高压线305相连接；绝缘套管103嵌套在石英套管102内表面，采用石英、陶瓷或聚四氟乙烯材料，用于连接和固定石英套管102与金属电极101；石英套管102采用纯度至少为99.99％的高纯度透明石英制成，能够耐至少1000℃的高温，同时保护内部的金属电极101和绝缘套管103；金属镀膜104采用电镀的方式在石英套管102的外表面生成厚度为0.03-0.04mm的镀膜，与等离子体激励器的地线相连接。

上述方案中，所述金属电极101为规则的圆柱体，所述石英套管102和所述绝缘套管103为标准的等厚度筒状结构，所述金属镀膜104为环形结构，均匀分布在靠近所述石英套管102第一端的筒状表面。所述金属镀膜104与所述石英套管102的第一端之间具有一定距离，且在该第一端金属电极101与石英套管102平齐；所述绝缘套管103在靠近石英套管102的第二端且不超出该第二端的端面，在该第二端金属电极101则超出石英套管102，以方便金属电极101与离子激励器的高压线305相连接；所述金属镀膜104和绝缘套管103之间具有一定的轴向距离，不能相互重合。

上述方案中，所述石英套管102的内径大于所述金属电极101的外径，在二者之间存在气体间隙。

上述方案中，所述金属电极101采用铜棒，所述石英套管102采用高纯度透明石英，所述绝缘套管103采用聚四氟乙烯，所述金属镀膜104采用电镀铜膜。

上述方案中，所述金属电极101与所述绝缘套管103的连接采用过盈配合或者温度范围为200-1800℃的高温胶密封粘结；所述绝缘套管103与所述石英套管102的连接采用过盈配合或者温度范围为200-1800℃的高温胶密封粘结；所述金属镀膜104是采用物理或者化学方法在所述石英套管102上沉积一层金属薄膜，该金属薄膜采用铜；所述金属电极101、所述金属镀膜104、所述高压线与地线的连接采用激光焊接。

上述方案中，所述石英套管102第一端的端面处于待测气流中。

为达到上述目的，本发明还提供了一种利用所述等离子体压力探针测量压力的系统，该系统包括等离子体激励器301、高压线302、地线303、电压探头304、电流探头305、高速示波器306、高速采集板卡307、计算机308和等离子体压力探针309，其中：等离子体激励器301用于为等离子体压力探针提供合适电压和频率的交流电，从而让探针第一端产生等离子体；高压线302用于连接等离子体激励器与等离子体压力探针金属电极及电压探头；地线303用于连接等离子体激励器与等离子体压力探针金属镀膜及电流探头；电压探头304用于将高压线的高电压衰减后供高速采集板卡和高速示波器采集使用；电流探头305用于地线中的电流放大后供高速采集板卡和高速示波器采集使用；高速示波器306用于采集并显示电压探头和电流探头传输的电信号；高速采集板卡307用于采集电压探头和电流探头传输的电信号，并将数据输入电脑；计算机308用于处理并且储存高速采集板卡所采集的数据；等离子体压力探针309用于采集压力信号。

上述方案中，所述等离子体激励器301由能够产生标准波形的高压高频电源和能够调节电压和频率大小的控制器构成，该高压高频电源产生的标准波形为正弦波，电压范围为0-30KV，频率范围为10KHz-20KHz。

上述方案中，所述高压线302和所述地线303一端连接在等离子体激励器上，其中高压线302中的电压值为标准波形电压，地线303接地，其电压值为0V，二者与等离子体压力探针309构成放电回路，高压线302与金属电极101相连接，地线与303金属镀膜104相连接。

上述方案中，所述电压探头304采用1000∶1的比例将等离子体激励器301的高电压值衰减为低电压供高速示波器306和高速采集板卡307采集；所述电流探头305采用互感原理，将由等离子体激励器、高压线、地线和等离子体压力探针构成的回路中的电流按照1∶5或者1∶10的比例放大，供高速示波器306和高速采集板卡307采集。

上述方案中，所述高速示波器306至少有两个模拟信号输入通道，分别接入电压探头304和电流探头305的信号，这两个模拟信号输入通道的采集速率至少为1GS／s，带宽为300MHz。

上述方案中，所述高速采集板卡307至少有两个模拟信号输入通道，分别接入电压探头304和电流探头305的信号，这两个模拟信号输入通道的采集速率至少为1GS／s，带宽为1GHz，通过与计算机308相连接，将采集的数据输入计算机308。

上述方案中，所述计算机308具有配置四核英特尔酷睿i7处理器和至少8G的内存以及1T的硬盘存储量，适合海量数据的处理运算。

上述方案中，所述等离子体压力探针309与高压线302及地线303的连接采用激光焊接，当等离子体激励器启动时，在等离子体压力探针309靠近第一端端面的气体间隙中产生等离子体。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明所提供的等离子体压力探针，与传统的压阻式传感器、热线风速仪以及基于压阻式传感器的动态探针相比，具有更高的频响，频响能达到1MHz以上。

2、本发明所提供的等离子体压力探针，原理上采用气体放电物理中的帕邢定律，利用气体压力和击穿电压之间的函数关系，建立“击穿电压-压力”曲线，从而利用高速示波器或者高速采集板卡采集击穿电压值，从而获得气压值。原理可行性是该新型探针实用性的基本保障。

3、本发明所提供的等离子体压力探针，结构简单，没有运动部件，不容易损坏；布置灵活，尺寸可以非常小，所以具有非常高的空间分辨能力。

4、本发明所提供的等离子体压力探针，产生的等离子体来自于流场内部空气，而不是外加的示踪粒子，从而不会对流场产生影响。

5、本发明所提供的利用等离子体压力探针测量压力的系统，能够提供绝对压力为0-1.1MPa之间的压力环境，能够承受最高100℃的气温，可以测量高频动态电信号，不仅仅为等离子体压力探针静态标定，也可以为其他需要稳定压力范围的实验提供压力环境。

附图说明

图1为依照本发明实施例的等离子体压力探针的三维模型图；

图2为依照本发明实施例的等离子体压力探针的剖视图；

图3为依照本发明实施例的利用等离子体压力探针测量压力的系统的结构示意图。

图4为典型的介质阻挡放电结构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，本发明提供的具体参数值无需严格遵守，而是在可接受的误差容限或设计约束内近似于所述值。

等离子体压力探针的原理是：当在两金属极板之间加上逐渐增大的电压之后，两极板之间的气隙会在电压值增大到某一个数值之后被击穿，两极板之间的电流值就会突然从0出现数值的突跃，此时的电压值极为两极板气隙的击穿电压或者着火电压。19世纪末，帕邢(Paschen)在测量气体击穿电压的大量实验中发现：在冷阴极、均匀电场的条件下，着火电压V_f是随放电管内pd乘积而变化。这里的p是气体压力，d是两平板电极间的距离。着火电压随pd变化的规律称为帕邢定律。帕邢定律可由汤生放电理论推导出。根据汤生放电理论，在均匀电场的情况下，可得∶

$V_f=\frac{\mathrm{Bpd}}{\ln \left(\mathrm{pd}\right)-\ln \left\{\frac{1}{A}\right[\ln (1+\frac{1}{\mathrm{\γ}})\left]\right\}}$

这里A和B是气体性质常数，由此可见，当固定两极板之间的距离时，击穿电压仅仅和气体压力有关系。

当在两极板的表面加上绝缘介质的时候，此时的气体放电就变为介质阻挡放电(DBD)，如图4所示。与裸露金属电极放电相比，介质阻挡放电没有电火花，没有巨大的击穿响声，而且能够很好地保护电极。DBD放电的气隙击穿电压公式发生了变化，需要加以修正，但是仍然和气体压力p存在函数关系。同时击穿电压V_f和回路中的电流i以及电源电压U存在如下函数关系：

$V_f=U-\frac{1}{C_d}\∫\mathrm{idt}$

在测量未知气体压力的时候，只需要测量等离子体压力探针的击穿电压值，即可根据U-p特性曲线求得对应的气压值。

如图1和图2所示，本发明提供的等离子体压力探针包括金属电极101、石英套管102、绝缘套管103和金属镀膜104，其中：金属电极101采用导电金属制成，固定在绝缘套管103中，与连接等离子体激励器的高压线305相连接；绝缘套管103嵌套在石英套管102内表面，采用石英、陶瓷或聚四氟乙烯材料，用于连接和固定石英套管102与金属电极101；石英套管102采用纯度至少为99.99％的高纯度透明石英制成，能够耐至少1000。C的高温，同时保护内部的金属电极101和绝缘套管103；金属镀膜104采用电镀的方式在石英套管102的外表面生成厚度为0.03-0.04mm的镀膜，与等离子体激励器的地线相连接。

其中，金属电极101为规则的圆柱体，石英套管102和所述绝缘套管103为标准的等厚度筒状结构，金属镀膜104为环形结构，均匀分布在靠近所述石英套管102第一端的筒状表面。金属镀膜104与石英套管102的第一端之间具有一定距离，且在该第一端金属电极101与石英套管102平齐；绝缘套管103在靠近石英套管102的第二端且不超出该第二端的端面，在该第二端金属电极101则超出石英套管102，以方便金属电极101与离子激励器的高压线305相连接；金属镀膜104和绝缘套管103之间具有一定的轴向距离，不能相互重合。

石英套管102的内径大于所述金属电极101的外径，在二者之间存在气体间隙。金属电极101采用铜棒，石英套管102采用高纯度透明石英，绝缘套管103采用聚四氟乙烯，金属镀膜104采用电镀铜膜。

金属电极101与绝缘套管103的连接采用过盈配合或者温度范围为200-1800℃的高温胶密封粘结；绝缘套管103与石英套管102的连接采用过盈配合或者温度范围为200-1800℃的高温胶密封粘结；金属镀膜104是采用物理或者化学方法在石英套管102上沉积一层金属薄膜，该金属薄膜采用铜；金属电极101、金属镀膜104、高压线与地线的连接采用激光焊接。石英套管102第一端的端面处于待测气流中。

图3示出了依照本发明实施例的利用等离子体压力探针测量压力的系统的结构示意图，该系统包括等离子体激励器301、高压线302、地线303、电压探头304、电流探头305、高速示波器306、高速采集板卡307、计算机308和等离子体压力探针309，其中：等离子体激励器301用于为等离子体压力探针提供合适电压和频率的交流电，从而让探针第一端产生等离子体；高压线302用于连接等离子体激励器与等离子体压力探针金属电极及电压探头；地线303用于连接等离子体激励器与等离子体压力探针金属镀膜及电流探头；电压探头304用于将高压线的高电压衰减后供高速采集板卡和高速示波器采集使用；电流探头305用于地线中的电流放大后供高速采集板卡和高速示波器采集使用；高速示波器306用于采集并显示电压探头和电流探头传输的电信号；高速采集板卡307用于采集电压探头和电流探头传输的电信号，并将数据输入电脑；计算机308用于处理并且储存高速采集板卡所采集的数据；等离子体压力探针309用于采集压力信号。

其中，等离子体激励器301由能够产生标准波形的高压高频电源和能够调节电压和频率大小的控制器构成，该高压高频电源产生的标准波形为正弦波，电压范围为0-30KV，频率范围为10KHz-20KHz。高压线302和地线303一端连接在等离子体激励器上，其中高压线302中的电压值为标准波形电压，地线303接地，其电压值为0V，二者与等离子体压力探针309构成放电回路，高压线302与金属电极101相连接，地线与303金属镀膜104相连接。电压探头304采用1000∶1的比例将等离子体激励器301的高电压值衰减为低电压供高速示波器306和高速采集板卡307采集；所述电流探头305采用互感原理，将由等离子体激励器、高压线、地线和等离子体压力探针构成的回路中的电流按照1∶5或者1∶10的比例放大，供高速示波器306和高速采集板卡307采集。高速示波器306至少有两个模拟信号输入通道，分别接入电压探头304和电流探头305的信号，这两个模拟信号输入通道的采集速率至少为1GS／s，带宽为300MHz。高速采集板卡307至少有两个模拟信号输入通道，分别接入电压探头304和电流探头305的信号，这两个模拟信号输入通道的采集速率至少为1GS／s，带宽为1GHz，通过与计算机308相连接，将采集的数据输入计算机308。计算机308具有配置四核英特尔酷睿i7处理器和至少8G的内存以及1T的硬盘存储量，适合海量数据的处理运算。等离子体压力探针309与高压线302及地线303的连接采用激光焊接，当等离子体激励器启动时，在等离子体压力探针309靠近第一端端面的气体间隙中产生等离子体。

再参照图1，图1是依照本发明实施例的等离子体压力探针的三维模型图，从左至右依次是金属电极101、石英套管102、绝缘套管103和金属镀膜104。其中，金属电极101和石英套管102之间留有环形气体间隙，当金属电极101和金属镀膜104分别接在等离子体激励器的高压线和地线上时，就会在环形气体间隙之间形成等离子体，依照上面提到的测量原理，通过高速示波器或者高速采集板卡即可采集击穿电压数值，从而得到波动的气压值。

图2为依照本发明实施例的等离子体压力探针的剖视图，金属电极101采用的金属为铜，直径为1mm，长度为8mm；石英套管102的内径为2mm，外径为3mm，厚度为0.5mm；绝缘套管103的内径为1mm，外径为2mm，长度为4mm，距离石英套管102一端距离为2mm；金属镀膜104的宽度为1mm，厚度为0.035mm，距离石英套管102的另一端距离为1mm。铜是良好的电极材料，当应用于高温的气体环境的时候，可以采用耐高温的金属材料，如铱；

最外层的材料采用石英玻璃有着多种优点：①石英有着很高的透明度，可以方便观察电极之间气体的放电情况；②石英可以耐高温，适合高温气体环境中的测量，同时可以保护金属电极101；③石英是良好的绝缘体，当金属电极101上施加高压电的时候，可以防止高电压击穿和爬电现象，使高电压封在探针内部，探针外表面电压值则为0，增加安全性；④石英表面光洁度高，可以使金属镀膜104粗糙度更小，精度更高。

绝缘套管103可以采用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯化学性质稳定，同时具有很高的介电常数，是良好的绝缘体，可以防止爬电现象的发生；如果需要在高温环境中使用时，可以替换为石英或者陶瓷。

等离子体激励器301由可以产生高压高频电的标准波形交流电源和其控制器组成，控制器控制产生的交流电的频率和幅值；这里采用南京苏曼等离子科技有限公司生产的CTP-2000K的低温等离子体实验电源，电压输出范围为0-30KV，频率为20KHz；等离子体激励器接出高压线302和地线303用于连接等离子体压力探针；等离子体激励器并不局限于某一具体的产品，只要是可以产生高压高频标准波形的可控交流电源即可。

电压探头304、电流探头305与高速示波器306和高速采集板卡307配合使用；电压探头304、电流探头305与高速示波器306分别采用泰克公司生产的P6015A高压探头、TCPA300电流探头以及DP03034数字荧光彩色示波器；电压探头304采用1000∶1的比例将等离子体激励器301的高电压值衰减为低电压，电流探头305采用互感原理，将回路中的电流按照1∶5或者1∶10的比例放大，供高速示波器306和高速采集板卡307采集。DPO3034数字荧光彩色示波器带宽为300MHz，采集速度为2.5GS／s，5M记录长度，有4个模拟输入通道；高速采集板卡307采用美国国家仪器有限公司生产的PXI-5154高速采集卡，两个模拟信号输入通道，带宽为1GHz，采集速度为2GS／s；高速示波器306至少有两个模拟信号输入端，分别接入电压探头304和电流探头305的信号，两个通道的采集速率至少为1GS／s，带宽为300MHz。计算机308要有配置较高的处理器和较大的内存以及存储量，适合海量数据的高速处理运算。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种等离子体压力探针，其特征在于，该等离子体压力探针包括金属电极(101)、石英套管(102)、绝缘套管(103)和金属镀膜(104)，其中：

金属电极(101)采用导电金属制成，固定在绝缘套管(103)中，与连接等离子体激励器的高压线(305)相连接；

绝缘套管(103)嵌套在石英套管(102)内表面，采用石英、陶瓷或聚四氟乙烯材料，用于连接和固定石英套管(102)与金属电极(101)；

石英套管(102)采用纯度至少为99.99％的高纯度透明石英制成，能够耐至少1000℃的高温，同时保护内部的金属电极(101)和绝缘套管(103)；

金属镀膜(104)采用电镀的方式在石英套管(102)的外表面生成厚度为0.03-0.04mm的镀膜，与等离子体激励器的地线相连接。

2.根据权利要求1所述的等离子体压力探针，其特征在于，所述金属电极(101)为规则的圆柱体，所述石英套管(102)和所述绝缘套管(103)为标准的等厚度筒状结构，所述金属镀膜(104)为环形结构，均匀分布在靠近所述石英套管(102)第一端的筒状表面。

3.根据权利要求2所述的等离子体压力探针，其特征在于，所述金属镀膜(104)与所述石英套管(102)的第一端之间具有一定距离，且在该第一端金属电极(101)与石英套管(102)平齐；所述绝缘套管(103)在靠近石英套管(102)的第二端且不超出该第二端的端面，在该第二端金属电极(101)则超出石英套管(102)，以方便金属电极(101)与离子激励器的高压线(305)相连接；所述金属镀膜(104)和绝缘套管(103)之间具有一定的轴向距离，不能相互重合。

4.根据权利要求1所述的等离子体压力探针，其特征在于，所述石英套管(102)的内径大于所述金属电极(101)的外径，在二者之间存在气体间隙。

5.根据权利要求1所述的等离子体压力探针，其特征在于，所述金属电极(101)采用铜棒，所述石英套管(102)采用高纯度透明石英，所述绝缘套管(103)采用聚四氟乙烯，所述金属镀膜(104)采用电镀铜膜。

6.根据权利要求1所述的等离子体压力探针，其特征在于，所述金属电极(101)与所述绝缘套管(103)的连接采用过盈配合或者温度范围为200-1800℃的高温胶密封粘结；所述绝缘套管(103)与所述石英套管(102)的连接采用过盈配合或者温度范围为200-1800℃的高温胶密封粘结；所述金属镀膜(104)是采用物理或者化学方法在所述石英套管(102)上沉积一层金属薄膜，该金属薄膜采用铜；所述金属电极(101)、所述金属镀膜(104)、所述高压线与地线的连接采用激光焊接。

7.根据权利要求1所述的等离子体压力探针，其特征在于，所述石英套管(102)第一端的端面处于待测气流中。

8.一种利用权利要求1至7中任一项所述的等离子体压力探针测量压力的系统，其特征在于，该系统包括等离子体激励器(301)、高压线(302)、地线(303)、电压探头(304)、电流探头(305)、高速示波器(306)、高速采集板卡(307)、计算机(308)和等离子体压力探针(309)，其中：

等离子体激励器(301)用于为等离子体压力探针提供合适电压和频率的交流电，从而让探针第一端产生等离子体；

高压线(302)用于连接等离子体激励器与等离子体压力探针金属电极及电压探头；

地线(303)用于连接等离子体激励器与等离子体压力探针金属镀膜及电流探头；

电压探头(304)用于将高压线的高电压衰减后供高速采集板卡和高速示波器采集使用；

电流探头(305)用于地线中的电流放大后供高速采集板卡和高速示波器采集使用；

高速示波器(306)用于采集并显示电压探头和电流探头传输的电信号；

高速采集板卡(307)用于采集电压探头和电流探头传输的电信号，并将数据输入电脑；

计算机(308)用于处理并且储存高速采集板卡所采集的数据；

等离子体压力探针(309)用于采集压力信号。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述等离子体激励器(301)由能够产生标准波形的高压高频电源和能够调节电压和频率大小的控制器构成，该高压高频电源产生的标准波形为正弦波，电压范围为0-30KV，频率范围为10KHz-20KHz。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述高压线(302)和所述地线(303)一端连接在等离子体激励器上，其中高压线(302)中的电压值为标准波形电压，地线(303)接地，其电压值为0V，二者与等离子体压力探针(309)构成放电回路，高压线(302)与金属电极(101)相连接，地线与(303)金属镀膜(104)相连接。

11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述电压探头(304)采用1000∶1的比例将等离子体激励器(301)的高电压值衰减为低电压供高速示波器(306)和高速采集板卡(307)采集；所述电流探头(305)采用互感原理，将由等离子体激励器、高压线、地线和等离子体压力探针构成的回路中的电流按照1∶5或者1∶10的比例放大，供高速示波器(306)和高速采集板卡(307)采集。

12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述高速示波器(306)至少有两个模拟信号输入通道，分别接入电压探头(304)和电流探头(305)的信号，这两个模拟信号输入通道的采集速率至少为1GS／s，带宽为300MHz。

13.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述高速采集板卡(307)至少有两个模拟信号输入通道，分别接入电压探头(304)和电流探头(305)的信号，这两个模拟信号输入通道的采集速率至少为1GS／s，带宽为1GHz，通过与计算机(308)相连接，将采集的数据输入计算机(308)。

14.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述计算机(308)具有配置四核英特尔酷睿i7处理器和至少8G的内存以及1T的硬盘存储量，适合海量数据的处理运算。

15.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述等离子体压力探针(309)与高压线(302)及地线(303)的连接采用激光焊接，当等离子体激励器启动时，在等离子体压力探针(309)靠近第一端端面的气体间隙中产生等离子体。

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