CN108012399A - 一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统 - Google Patents

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郝艳捧
房强
阳林
韩玉英
王国利
廖帆
廖一帆
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    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/0006—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
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Abstract

本发明公开了一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统，所述系统包括放电单元、介质表面检测部分和检测数据处理部分，所述放电单元中放电气室内部放置有平板电极，外部与真空泵相连，平板电极的高压极由铜环高压极与ITO镀膜玻璃板组成，接地极由BSO晶体和接地铝电极组成，平板电极中间放置有被测试品；所述介质表面检测系统由激光器、柯勒照明系统、偏振光分离器、线性光线滤波片、λ/8波片、线性极化滤光器、滤光片、线性光线滤光器、彩光滤光器和高速摄像机组成，经由介质表面检测系统的光线最终输入到检测数据处理部分进行数据处理。所述系统能够准确定量地分析介质表面电荷的积累、分布和变化情况，具有广阔应用前景。

Description

一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统
技术领域
本发明涉及介质阻挡放电特性测试领域，具体涉及一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统。
背景技术
介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)是有绝缘介质插入放电空间的一种气体放电，又称为无声放电。与电晕放电和电弧放电相比，介质阻挡放电产生的低温等离子体的温度、密度适中。同时，介质阻挡放电容易实现大面积均匀放电，因此非常有利于大规模工业应用，尤其适用于大规模材料表面处理。此外，介质阻挡放电还被广泛应用于臭氧产生、薄膜生长、等离子体刻蚀、杀毒灭菌、生物医学、等离子体显示等领域。由此可见，大气压下介质阻挡放电作为产生大气压非平衡等离子体的重要方式之一，对其进行研究有着深远意义。
而介质阻挡放电过程中，在电场的作用下带电粒子积累在介质表面，对放电的起始、熄灭等行为特征都产生重要的影响。在放电过程中，积累在介质表面的电荷形成和外施电压反向的电场，导致放电熄灭；而当电极极性反转时，介质表面电荷形成的内电场与外施电场的方向同向，两者相互叠加促进放电的发生，此外，沉积在介质表面的电子由于解吸附作用，还可以为下一次放电提供种子电子，使得放电在较低的电场强度下即可发生，有利于实现均匀的放电。
人们就介质表面电荷对于气体放电的影响通过仿真的方法做了较多的假设性分析，但是缺乏试验数据的准确性，以及不能实时监测与分析介质表面电荷的分布状态。因此，为准确定量地分析介质表面电荷积累、分布以及变化规律的状况，迫切地需要一种能够有效、快捷测量介质表面电荷的测量系统，以完善对气体阻挡放电的研究。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，为满足介质表面电荷对介质阻挡放电影响的研究需求，提供了一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现：
一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统，所述系统包括放电单元、介质表面检测系统和检测数据处理部分，所述放电单元中放电气室内部放置有平板电极，外部与真空泵相连，平板电极的高压极由铜环高压极与ITO镀膜玻璃板组成，接地极由BSO晶体和接地铝电极组成，平板电极中间放置有被测试品；所述介质表面检测系统由激光器、柯勒照明系统、偏振光分离器、线性光线滤波片、λ/8波片、线性极化滤光器、滤光片、线性光线滤光器、彩光滤光器和高速摄像机组成，激光器发射的光线经柯勒照明系统拓展成一定直径的平行光束后照射到偏振光分离器，偏振光分离器使非线性光束过滤为平行射出，将线性偏振光束发生90度°的反射，反射光束经过线性光线滤光片，而外界的冗余的杂质光束由线性光线滤光片滤掉，过滤后的光束经过λ/8玻片，使线性偏振光束变成椭圆偏振光束，椭圆偏振光束经过线性极化滤光器，使线性极化偏振光线过滤掉，并保留椭圆偏振光束，通过线性极化滤光器的椭圆偏振光束通过BSO晶体，并由处于BSO晶体后面位置的抛光铝镜将光束反射，光束再次通过BSO晶体、线性极化滤光器后，反射的椭圆偏振光束经过λ/8玻片，将椭圆偏振光束变为线性偏振光并通过线性光线滤光片和偏振光分离器，外界冗余的杂质光束，即气体放电产生的光和外界自然光线由滤光片、线性光线滤光器、彩光滤光器过滤掉，最后经过过滤的线性偏振光束被高速摄像机捕获，输入检测数据处理部分进行数据处理。
进一步地，所述激光器发射的光线波长为634nm。
进一步地，所述放电气室的内部气体环境为氦气或不同混合惰性气体。
进一步地，所述放电气室的密封盖安置有平面透镜，用于观察放电气室内的放电情况。
进一步地，所述放电气室内的压强变化为0.1-1个大气压。
进一步地，所述偏振光分离器为由两个直角棱镜的斜面相互粘合而成的立方体，每个棱镜平面斜面有多层介质膜涂层。
进一步地，所述真空泵由一个机械泵和一个分子泵组成，首先通过真空泵构建放电气室内的真空环境，然后注入一定压强下的稀有气体来建构不同的气体放电环境。
进一步地，所述检测数据处理部分为计算机。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明的平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统基于普克尔斯效应，通过检测经过BSO晶体的光束相位角的变化，可以实时检测介质表面电荷的变化，进而达到实时监测的效果；另外，所述检测是非接触式的，不会影响到介质表面电荷的分布，从而能够实现无损检测。
附图说明
图1为本发明实施例一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统整体示意图。
图2为本发明实施例放电单元的局部示意图。
其中，0-真空泵，1-放电气室，2-铜环高压极，3-ITO镀膜玻璃板，4-被测试品，5-BSO晶体，6-接地铝电极，7-激光器，8-柯勒照明系统，9-偏振光分离器，10-线性光线滤波片，11-λ/8波片，12-线性极化滤光器，13-滤光片，14-线性光线滤光器，15-彩光滤光器，16-高速摄像机。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
本实施例提供了一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统，所述系统的整体示意图如图1所示，包括放电单元(a)、介质表面检测系统(b)和检测数据处理部分(c)，所述放电单元(a)的示意图如图2所示，放电气室(1)内部放置有平板电极，外部与真空泵(0)相连，平板电极的高压极由铜环高压极(2)与ITO镀膜玻璃板(3)组成，接地极由BSO晶体(5)和接地铝电极(6)组成，平板电极中间放置有被测试品(4)；所述介质表面检测系统(b)由激光器(7)、柯勒照明系统(8)、偏振光分离器(9)、线性光线滤波片(10)、λ/8波片(11)、线性极化滤光器(12)、滤光片(13)、线性光线滤光器(14)、彩光滤光器(15)和高速摄像机(16)组成，激光器(7)发射的波长为634nm的光线经柯勒照明系统(8)拓展成一定直径的平行光束后照射到偏振光分离器(9)，偏振光分离器(9)使非线性光束过滤为平行射出，将线性偏振光束发生90度°的反射，反射光束经过线性光线滤光片(10)，而外界的冗余的杂质光束由线性光线滤光片(10)滤掉，过滤后的光束经过λ/8玻片(11)，使线性偏振光束变成椭圆偏振光束，椭圆偏振光束经过线性极化滤光器(12)，使线性极化偏振光线过滤掉，并保留椭圆偏振光束，通过线性极化滤光器(12)的椭圆偏振光束通过BSO晶体(5)，并由处于BSO晶体(5)后面位置的抛光铝镜将光束反射，光束再次通过BSO晶体(5)、线性极化滤光器(12)后，反射的椭圆偏振光束经过λ/8玻片(11)，将椭圆偏振光束变为线性偏振光并通过线性光线滤光片(10)和偏振光分离器(9)，外界冗余的杂质光束，即气体放电产生的光和外界自然光线由滤光片(13)、线性光线滤光器(14)、彩光滤光器(15)过滤掉，最后经过过滤的线性偏振光束被高速摄像机(16)捕获，输入检测数据处理部分(c)，即计算机中进行数据处理。
其中，所述放电气室(1)的内部气体环境为氦气或不同混合惰性气体，压强变化为0.1-1个大气压，密封盖安置有平面透镜，用于观察放电气室(1)内的放电情况。
其中，所述偏振光分离器(9)为由两个直角棱镜的斜面相互粘合而成的立方体，每个棱镜平面斜面有多层介质膜涂层。
其中，所述真空泵(0)由一个机械泵和一个分子泵组成，首先通过真空泵(0)构建放电气室(1)内的真空环境，然后注入一定压强下的稀有气体来建构不同的气体放电环境。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统，其特征在于：所述系统包括放电单元、介质表面检测系统和检测数据处理部分，所述放电单元中放电气室内部放置有平板电极，外部与真空泵相连，平板电极的高压极由铜环高压极与ITO镀膜玻璃板组成，接地极由BSO晶体和接地铝电极组成，平板电极中间放置有被测试品；所述介质表面检测系统由激光器、柯勒照明系统、偏振光分离器、线性光线滤波片、λ/8波片、线性极化滤光器、滤光片、线性光线滤光器、彩光滤光器和高速摄像机组成，激光器发射的光线经柯勒照明系统拓展成一定直径的平行光束后照射到偏振光分离器，偏振光分离器使非线性光束过滤为平行射出，将线性偏振光束发生90度°的反射，反射光束经过线性光线滤光片，而外界的冗余的杂质光束由线性光线滤光片滤掉，过滤后的光束经过λ/8玻片，使线性偏振光束变成椭圆偏振光束，椭圆偏振光束经过线性极化滤光器，使线性极化偏振光线过滤掉，并保留椭圆偏振光束，通过线性极化滤光器的椭圆偏振光束通过BSO晶体，并由处于BSO晶体后面位置的抛光铝镜将光束反射，光束再次通过BSO晶体、线性极化滤光器后，反射的椭圆偏振光束经过λ/8玻片，将椭圆偏振光束变为线性偏振光并通过线性光线滤光片和偏振光分离器，外界冗余的杂质光束，即气体放电产生的光和外界自然光线由滤光片、线性光线滤光器、彩光滤光器过滤掉，最后经过过滤的线性偏振光束被高速摄像机捕获，输入检测数据处理部分进行数据处理。
2.根据权利要求1所述的一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统，其特征在于：所述激光器发射的光线波长为634nm。
3.根据权利要求1所述的一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统，其特征在于：所述放电气室的内部气体环境为氦气或不同混合惰性气体。
4.根据权利要求1所述的一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统，其特征在于：所述放电气室的密封盖安置有平面透镜，用于观察放电气室内的放电情况。
5.根据权利要求1所述的一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统，其特征在于：所述放电气室内的压强变化为0.1-1个大气压。
6.根据权利要求1所述的一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统，其特征在于：所述偏振光分离器为由两个直角棱镜的斜面相互粘合而成的立方体，每个棱镜平面斜面有多层介质膜涂层。
7.根据权利要求1所述的一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统，其特征在于：所述真空泵由一个机械泵和一个分子泵组成，首先通过真空泵构建放电气室内的真空环境，然后注入一定压强下的稀有气体来建构不同的气体放电环境。
8.根据权利要求1所述的一种平板电极介质阻挡放电的表面电荷测量系统，其特征在于：所述检测数据处理部分为计算机。
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