CN111880051B - 一种气体脉冲放电参数测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种气体脉冲放电参数测量方法及装置，用以实现大气压条件下对气体放电参数的精准测量。该方法采用气体脉冲放电参数测量装置，分别获取待测气体在未击穿状态下与击穿状态下的脉冲电压与回路电流；根据粒子控制方程和电场控制方程，建立数值仿真模型；根据数值仿真模型与预设的方程组，通过未击穿实验数据，对数值仿真模型的杂散电容参数值进行调整优化；根据优化后的数值仿真模型，获得仿真的回路电流，之后，采用方向加速优化方法，通过计算击穿实验数据与击穿仿真数据之间的标准差，确定使其取极小值的汤生电离系数、电子附着系数、二次电子发射系数和光电离系数等气体放电参数。

Description

一种气体脉冲放电参数测量方法及装置

技术领域

本申请涉及气体放电参数测量技术领域，尤其涉及一种气体脉冲放电参数测量方法及装置。

背景技术

气体绝缘和放电技术广泛的应用于电力系统、脉冲功率、半导体和材料制备等领域，并发挥着重要的作用。例如，气体绝缘性能计算精度可影响电气设备的性能设计和生产成本；气体放电等离子体特性调控是精密半导体材料制备等领域的关键技术；等等。

在灭菌消毒、污染物降解和材料改性等气体放电应用新领域中，对气体放电物理化学过程的理解与解析，可实现气体绝缘性能的准确计算和等离子体特性的调控，有助于理解放电等离子体与目标物质的相互作用机制。

目前，气体放电理论研究提出了气体汤生电离系数、光电离系数、电子附着系数和二次电子发射系数等气体或电极材料参数。通过对这些参数进行精确测量，可深入理解气体放电物理化学过程，实现气体放电绝缘特性的准确计算和等离子体参数的高精度调控。

但是，目前对气体放电参数的测量均局限于低气压条件下，而关于大气压或更高气压条件下对气体放电参数的测量方法尚不完善。

发明内容

本申请实施例提供一种气体脉冲放电参数测量方法及装置，用以实现大气压条件下对气体放电参数的精准测量。

本申请实施例提供的一种气体脉冲放电参数测量方法，包括：

获取待测气体在未击穿状态下的脉冲电压与回路电流，将其作为未击穿实验数据；以及，获取待测气体在击穿状态下的脉冲电压与回路电流，将其作为击穿实验数据；

根据粒子控制方程和电场控制方程，建立基于气体脉冲放电参数测量的第一数值仿真模型；

将所述未击穿实验数据代入预设的基于第一数值仿真模型的方程组，确定仿真的第一回路电流，作为未击穿仿真数据；以及，采用优化算法，确定使所述未击穿实验数据与所述未击穿仿真数据之间的标准差，达到极小值的第一数值仿真模型的杂散电容的标准值；

将所述击穿实验数据代入预设的基于第二数值仿真模型的方程组，确定仿真的第二回路电流，作为击穿仿真数据；以及，采用优化算法，确定使所述击穿实验数据与所述击穿仿真数据之间的标准差达到极小值的气体放电参数，并输出；其中，所述第二数值仿真模型由所述第一数值仿真模型中的杂散电容调整为标准值后得到。

在一个示例中，建立基于气体脉冲放电参数测量的第一数值仿真模型之前，所述方法还包括：基于气体脉冲放电参数测量装置建立二维几何模型，所述二维几何模型与所述第一数值仿真模型关联；其中，所述气体脉冲放电参数测量装置包括脉冲电源，用于发射脉冲电压；高压电极，与所述脉冲电源的一端连接；接地电极，通过第一电阻与所述脉冲电源的另一端连接并接地；所述高压电极与所述接地电极相对设置；所述第一电阻，用于测量回路电流；杂散电容，一端与所述高压电极连接，另一端与所述接地电极连接。

在一个示例中，所述气体放电参数包括光电离系数；所述方法还包括：在所述气体脉冲放电参数测量装置的高压电极与接地电极之间增设光源；采用设有光源的气体脉冲放电参数测量装置，测量光电离系数。

在一个示例中，获取待测气体在未击穿状态下的脉冲电压与回路电流，将其作为未击穿实验数据；以及，获取待测气体在击穿状态下的脉冲电压与回路电流，将其作为击穿实验数据，具体包括：控制所述气体脉冲放电参数测量装置中的脉冲电源，按照预设数值逐级升压；获取待测气体在未击穿状态下，若干组不同电压幅值的脉冲电压与回路电流，将其作为未击穿实验数据；获取待测气体在击穿状态下，若干组不同电压幅值的脉冲电压与回路电流，将其作为击穿实验数据。

在一个示例中，基于气体脉冲放电参数测量装置建立二维几何模型之后，所述方法还包括：采用有限元方法，对所述二维几何模型进行结构化网格剖分，求解所述粒子控制方程与电场控制方程。

在一个示例中，将所述未击穿实验数据代入预设的基于第一数值仿真模型的方程组，确定仿真的第一回路电流，作为未击穿仿真数据，包括：确定所述未击穿实验数据中的脉冲电压，作为脉冲电压形成电场的高压电极侧边界电位；将所述未击穿实验数据代入预设的方程组：

确定对应的仿真的第一回路电流，作为未击穿仿真数据；其中，i_s(t)表示仿真的第一回路电流，E₀表示脉冲电压形成电场的电场强度，E表示总电场的电场强度，V₀表示放电间隙总体积，ε₀表示真空介电常数，ε_r表示介质r的相对介电常数，R_s表示第一电阻值，C_z表示杂散电容的电容量，u_n(t)表示未击穿实验数据中的脉冲电压，i_n(t)表示未击穿实验数据中的回路电流，e₀表示元电荷量，Г_i表示粒子i通量。

在一个示例中，采用优化算法，确定使所述未击穿实验数据与所述未击穿仿真数据之间的标准差，达到极小值的第一数值仿真模型的杂散电容的标准值，包括：根据

确定所述未击穿实验数据与所述未击穿仿真数据之间的标准差，其中，s_id表示标准差，N表示测量过程中回路电流i_n的样点数，i_s(t_n)表示未击穿仿真数据中的第一回路电流，i_n(t_n)表示未击穿实验数据中的回路电流；采用方向加速优化方法，确定使所述标准差达到极小值的杂散电容的值，作为标准值。

在一个示例中，采用优化算法，确定使所述击穿实验数据与所述击穿仿真数据之间的标准差达到极小值的气体放电参数，包括：通过玻尔兹曼方程，估算待测气体的汤生电离系数α₀和电子附着系数η0，并通过金属/半导体俄歇二次电子发射理论，估算所述测量装置中的阻挡介质的二次电子发射系数γ₀；设定初始三维向量(α₀,η₀,γ₀)，并采用优化算法，确定使所述击穿实验数据与所述击穿仿真数据之间的标准差，达到极小值的目标三维向量(α₁,η₁,γ₁)。

在一个示例中，所述方法还包括：根据预设步长，增加所述气体脉冲放电参数测量装置中的气隙长度，并针对每个气隙长度分别获取未击穿实验数据与击穿实验数据；其中，所述气隙长度表示高压电极与接地电极之间的气体间隙的长度。

本申请实施例提供的一种气体脉冲放电参数测量装置，包括：

实验腔，用于容纳待测气体；

电极，包括高压电极与接地电极，所述高压电极与接地电极相对设置于所述实验腔中，用于向所述待测气体导电；

脉冲电源，用于向所述电极输出脉冲电压，一端通过第一电阻与所述接地电极连接，另一端通过第二电阻与所述高压电极连接；

所述第一电阻用于测量回路电流，所述第二电阻用于调节所述脉冲电源的电压上升速度；

杂散电容，一端与所述第一电阻连接，另一端与所述第二电阻连接；

光源，设置于所述高压电极与所述接地电极之间，绕所述电极的轮廓一周，用于测量待测气体的光电离系数；

阻挡介质，包括两部分，分别设置于所述高压电极内侧与所述接地电极内侧，用于测量二次电子发射系数。

本申请实施例提供的一种气体脉冲放电参数测量方法及装置，至少包括以下有益效果：

通过实验方法与数值仿真的结合，并利用方向加速优化方法，可实现大气压条件下的气体放电参数测量，弥补了高气压气体放电参数测量的空白。

测量所得的气体放电参数，可以直接应用于建立大气压气体放电数值仿真模型，而不需要进行不同气压的换算，也可用于指导大气压低温放电等离子体源的优化设计。

在气体脉冲放电参数联合测量的数值仿真模型的外电路中引入杂散电容C_z，并对杂散电容进行校正，可提高用仿真电流拟合实验电流的可能性，从而提高数值仿真模型的准确性。

由玻尔兹曼方程和俄歇二次电子发射等理论获取气体放电参数的估计值，可使气体放电参数的初始值接近于真实值，减少后续使用方向加速优化方法进行优化时的迭代次数。

此外，服务器还可根据预设步长，增加气体间隙长度，即气隙长度。针对每个气隙长度，服务器可通过多次实验，分别获取多组未击穿实验数据与多组击穿实验数据。

通过改变不同气体间隙长度，可获取不同平均电场强度下的汤生电离系数、电子附着系数和二次电子发射系数等气体放电参数，增加实验数据量，有利于实现数值仿真模型与测量装置的物理模型之间的拟合。

通过设定三维向量，对汤生电离系数、电子附着系数和二次电子发射系数进行同时求取，实现气体放电参数的同步联合测量，可避免非同步测量引起的测量误差，并提高测量效率，适应性更强，可为实现气体绝缘特性准确计算和等离子体参数高精度调控提供帮助。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的气体脉冲放电参数测量装置结构示意图；

图2为本申请实施例提供的气体脉冲放电参数测量方法流程图；

图3为本申请实施例提供的与气体脉冲放电参数测量装置相对应的二维几何模型结构示意图；

图4为本申请实施例提供的二维几何模型的网格剖分图；

图5为本申请实施例提供的另一种气体脉冲放电参数测量方法流程图。

附图标记

1脉冲电源、2第二电阻、3杂散电容、4阻挡介质、5电极、6进气口、7出气口、8第一电阻、9接地引线及套管、10高压引线及套管、11实验腔、12光源、13轴对称线、14气体间隙。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的气体脉冲放电参数测量装置结构示意图，具体包括脉冲电源1、第二电阻2、杂散电容3、电极5、第一电阻8与实验腔11。

具体的，实验腔11为具有实心金属外壳的空心装置，其可容纳待测气体，并设置有进气口6与出气口7，出气口7与真空泵连接。在进行气体脉冲放电参数联合测量时，测量装置可通过进气口6向实验腔11内充入待测气体，直至实验腔11内的气压值为一个大气压。其中，待测气体表示将要进行气体脉冲放电参数联合测量的气体。

脉冲电源1用于通过脉冲发生器向外发射脉冲电压，脉冲电源发出的脉冲电压的时间间隔可为纳秒级，脉冲电压上升沿10～50ns，脉宽500ns以内。利用纳秒脉冲电压对电子的高效加速能力，产生大气压氛围中的汤生放电，可在后续缩短仿真模型的计算时间，有效降低大气压气体放电数值仿真模型的求解复杂程度，提高求解效率和准确率。

实验腔11中还设置有电极5。如图1所示，电极5包括上侧的高压电极与下侧的接地电极，高压电极经阻抗匹配传输线连接脉冲电源1，接地电极经电磁屏蔽线接地，两电极相对设置。其中，两个电极均可为直径30毫米的圆形黄铜电极。

实验腔11中还设置有阻挡介质4，阻挡介质4包括两部分，这两部分分别与高压电极、接地电极贴近设置，并位于高压电极与接地电极相对的内侧。阻挡介质4可用于测量相应的介质材料在待测气体中的二次电子发射系数。其中，阻挡介质的厚度小于1毫米。

在一种可能的实现方式中，由于阻挡介质4的材料类型与其二次电子发射系数有关，因此，在测量阻挡介质的二次电子发射系数时，可更换不同材料类型的阻挡介质4，分别进行测量。

第二电阻2为波头电阻，用于调节脉冲发生器的电压上升速度的快慢，即调节脉冲电压的上升沿的时间。第一电阻2的第一端与高压电极连接，第二端与脉冲电源连接，第三端与杂散电容3连接。

第二电阻8用于采集回路中的电流信号，其第一端与接地电极连接，第二端接地，第三端与杂散电容3连接。

在一个实施例中，测量装置还包括光源12。在测量光电离系数时，测量装置可在高压电极与接地电极之间设置光源12，并取消阻挡介质4的设置。其中，电极为圆形电极时，光源可设置为与电极的形状相对应的、绕电极轮廓一圈的中心对称圆形辐照光源。

采用中心对称圆形的辐照光源，进行光电离系数的测量，可以维持测量装置装置的轴对称性，保障后续建立的二维轴对称几何模型的有效性。

另外，测量装置还包括与高压电极连接的高压引线及套管10，以及与接地电极连接的接地引线及套管9。

与气体脉冲放电参数测量装置相对应的，本申请实施例还提供了一种气体脉冲放电参数测量方法，如图2所示。

图2为本申请实施例提供的气体脉冲放电参数测量方法流程图，具体包括以下步骤：

S201：基于气体脉冲放电参数测量装置，建立二维几何模型。

在本申请实施例中，服务器可将气体脉冲放电参数测量装置的物理模型抽象为二维轴对称几何模型。

如图3所示为根据图1中的气体脉冲放电参数测量装置建立的二维几何模型。

在图3中，电极5包括高压电极与接地电极，两个电极内分别设有两个阻挡介质4，两个阻挡介质4之间表示气体间隙14，其长度为d，且长度d可变，气体间隙14以轴对称线13为中心轴。

脉冲电源1发射脉冲电压，u_n(t)表示通过测量装置测量得到的脉冲电源施加给电极的脉冲电压。电容C_z用于匹配测量装置中的杂散电容。电阻R_s用于测量回路中的电流。其中，i₁表示流经电容所在支路的电流，即高压侧电流，i₂表示从接地电极流出的电流，即接地侧电流，i_s(t)表示通过该几何模型仿真得到的总的回路电流。

需要说明的是，由于仿真模型中可根据需要，设置任意数值的电压波形，因此，在该几何模型中，不再需要第二电阻对电压波形进行调节。

S202：获取待测气体在未击穿状态下的脉冲电压与回路电流，将其作为未击穿实验数据；以及，获取待测气体在击穿状态下的脉冲电压与回路电流，将其作为击穿实验数据。

在本申请实施例中，服务器可采用气体脉冲放电参数测量装置，对待测气体的相关电压电流数据进行测量。

具体的，在参数测量的过程中，待测气体可包括未击穿状态与击穿状态两个状态。在未击穿状态下，脉冲电源发出的脉冲电压较低，待测气体处于非自持放电状态。随着脉冲电压的升高，待测气体转变为自持放电状态，处于击穿状态下，此时，脉冲电压通常较高。

服务器可通过测量装置，分别获取待测气体在未击穿状态下与击穿状态下的脉冲电压与回路电流，并将在未击穿状态下获得的数据作为未击穿实验数据，将在击穿状态下获得的数据作为击穿实验数据，以便进行区分。

在一个实施例中，服务器可通过脉冲发生器，控制脉冲电源发出的脉冲电压，按照预设数值逐级升压。在脉冲电压逐渐升高的过程中，气体间隙由未击穿状态转变为击穿状态，服务器可获取在未击穿状态下，待测气体对应的不同电压幅值的若干组脉冲电压与回路电流，作为未击穿实验数据，并获取在击穿状态下，待测气体对应的不同电压幅值的若干组脉冲电压与回路电流，作为击穿实验数据。其中，预设数值与获取的电压波形、电流波形的组数，均可根据需要设置，本申请对此不做限定。

通过获取多组实验数据，可增加后续对仿真模型进行拟合的数据量，有利于提高仿真模型的准确性。

S203：根据粒子控制方程和电场控制方程，建立基于气体脉冲放电参数测量的第一数值仿真模型。

在本申请实施例中，服务器可基于流体学原理，根据粒子控制方程与电场控制方程，建立大气压气体脉冲放电的第一数值仿真模型，对电子和正离子密度时空演化规律进行计算，以便后续获取气体间隙放电的仿真电流电压数据。

具体的，粒子控制方程为

其中，n_i表示粒子i数密度，单位为m^-3，Г_i表示粒子i通量，单位为m^-2·s^-1，S_i表示粒子i反应产率，单位为m^-3·s^-1。

进一步地，服务器可通过

获得粒子i通量，其中，μ_i表示粒子i电场迁移率，单位为m²·V^-1·s^-1，E表示电场强度，单位为V·m^-1，D_i表示粒子i扩散系数，单位为m²·s^-1。

进一步地，服务器可通过S_i＝(α-η)|Γ_e|+δn_A获得粒子i反应产率，其中，α表示气体汤生电离系数，η表示电子附着系数，δ表示光电离系数，n_A表示背景粒子数密度，单位为m^-3。当α，η，δ不存在确定数值时，可默认设置其为0。

具体的，电场控制方程为

其中，

表示电场电势，单位为V，ρ表示空间电荷密度，单位为C·m^-3，ε_r表示介质r介电常数，单位为F·m^-1。

进一步地，服务器可采用通量边界条件计算粒子边界，通量边界条件具体为

其中，Г_e表示电子通量，单位为m^-2·s^-1，Г_p表示正离子p通量，单位为m^-2·s^-1；u_n表示边界法向量；v_e表示电子热运动速度，单位为m·s^-1；v_p表示正离子p热运动速度，单位m·s^-1；α_e表示负电荷粒子选择系数，α_p表示正电荷粒子选择系数，γ表示正离子p引起的电极或阻挡介质材料表面有效二次电子发射系数。

更进一步地，负电荷粒子选择系数可通过

确定，正电荷粒子选择系数可通过

确定。

进一步地，高压电极侧电场的电势边界条件

与接地电极侧电场的电势边界条件

可通过

确定，其中，u₀(t)表示通过脉冲电源施加的电压。

更进一步地，若在参数测量过程中，存在阻挡介质，则服务器可通过

确定介质表面电荷积累条件，其中，e₀表示元电荷量，为1.6×10^-19C；σ表示阻挡介质表面电荷密度，单位为C·m^-2。

S204：将未击穿实验数据代入预设的基于第一数值仿真模型的方程组，确定仿真的第一回路电流，作为未击穿仿真数据；以及，采用优化算法，确定使未击穿实验数据与未击穿仿真数据之间的标准差，达到极小值的第一数值仿真模型的杂散电容的标准值。

在本申请实施例中，服务器可采用有限元方法，对建立的二维几何模型进行结构化网格剖分，以求解上述粒子控制方程与电场控制方程。其中，在求解的过程中，服务器可将在测量过程中获得的未击穿数据中的脉冲电压作为电场的高压电极侧的边界电位。

图4为二维几何模型的网格剖分图。如图4所示，中间的方格部分表示气体间隙的网格剖分结果，上侧与下侧的三角形部分表示绝缘材料的网格剖分结果，其中，最小网格尺寸不大于10μm。

之后，服务器可通过将预先采集到的未击穿实验数据代入预设的方程组，通过第一数值仿真模型，计算得到的仿真的第一回路电流，并将得到的仿真数据作为未击穿仿真数据。

具体的，预设的方程组为

其中，i_s(t)表示仿真的回路电流；E₀表示脉冲电压形成电场，单位为V/m；E表示总电场，单位为V/m；V₀表示放电间隙总体积，单位为m³；ε₀表示真空介电常数，8.85×10-12F/m；ε_r表示介质r的相对介电常数；R_s表示第一电阻，单位为Ω；C_z表示杂散电容；u_n(t)表示未击穿实验数据中的脉冲电压，i_n(t)表示未击穿实验数据中的回路电流，e₀表示元电荷量，Г_i表示粒子i通量。

之后，服务器可通过计算未击穿仿真数据与未击穿实验数据之间的标准差，确定能够使该标准差达到极小值的杂散电容C_z的标准值。于是，服务器可通过该拟合过程，确定该杂散电容值为与测量装置中的杂散电容值最为接近的最优值，以此实现对第一数值仿真模型中杂散电容值的校正，提高数值仿真模型的准确性，得到经过校正后的第二数值仿真模型。

具体的，服务器可通过

计算未击穿仿真数据与未击穿实验数据之间的标准差，其中，s_id表示标准差，N表示测量过程中回路电流i_n的样点数，i_s(t_n)表示未击穿仿真数据中的回路电流，i_n(t_n)表示未击穿实验数据中的回路电流。

之后，服务器可采用方向加速优化算法，对杂散电容参数C_z进行调整，实现测量装置的物理模型与仿真模型之间的拟合，并确定能够使标准差达到极小值的最优的电容参数值，完成对第一数值仿真模型的校正。

S205：将击穿实验数据代入预设的基于第二数值仿真模型的方程组，确定仿真的第二回路电流，作为击穿仿真数据；以及，采用优化算法，确定使击穿实验数据与所述击穿仿真数据之间的标准差达到极小值的气体放电参数，并输出。

在本申请实施例中，服务器可通过求解玻尔兹曼方程，估算待测气体的汤生电离系数与电子附着系数。并且，服务器可通过利用紫外线辐照阻挡介质表面，获得其紫外光电子能谱(Ultraviolet Photoelectron Spectrometer，UPS)，由UPS推算阻挡介质表面能带结构，再利用金属/半导体俄歇二次电子发射理论，估算阻挡介质在不同正离子作用下的二次电子发射系数。

于是，服务器可获得估算的汤生电离系数、电子附着系数与二次电子发射系数。

在本申请实施例中，服务器可将估算得到的气体放电参数以及击穿实验数据代入优化后的第二数值仿真模型中，以击穿实验数据中的脉冲电压作为高压电极侧边界条件，采用与S204中相同的预设的方程组，将未击穿实验数据替换为击穿实验数据，对第二数值仿真模型进行求解，以获得待测气体在击穿状态下的仿真的第二回路电流，作为击穿仿真数据。其中，具体的计算过程可参照S204，本申请在此不在赘述。

之后，服务器可通过计算击穿实验数据与击穿仿真数据之间的标准差，并采用方向加速优化方法，确定能够使该标准差达到极小值的气体放电参数：汤生电离系数、电子附着系数与二次电子发射系数。

具体的，服务器可通过

计算击穿实验数据与击穿仿真数据之间的标准差，其中，s_ibd表示标准差，N表示测量过程中回路电流i_nb的样点数，i_sb(t_n)表示击穿仿真数据中的回路电流，i_nb(t_n)表示击穿实验数据中的回路电流。

在一个实施例中，服务器可将估算得到的汤生电离系数α₀、电子附着系数η₀与二次电子发射系数γ₀作为初始值，并确定初始三维向量(α₀,η₀,γ₀)。于是，服务器在求取气体放电参数的最优解时，可采用方向加速优化算法，获取使标准差s_ibd达到极小值的目标三维向量(α₁,η₁,γ₁)，由此实现α₁、η₁和γ₁三个参数的同步联合测量。

通过设定三维向量，对汤生电离系数、电子附着系数和二次电子发射系数进行同时求取，实现气体放电参数的同步联合测量，可避免非同步测量引起的测量误差，并提高测量效率。

在一个实施例中，服务器在测量待测气体的光电离系数时，可确定在测量装置中增设光源，并去除阻挡介质。之后，服务器可采用与测量其他气体放电参数相同的步骤，通过S201～S205中建立第一数值仿真模型、校正杂散电容、计算击穿实验数据与击穿仿真数据之间的标准差的极小值等具体过程，获得待测气体的光电离系数。

在本申请实施例中，通过实验方法与数值仿真的结合，并利用方向加速优化方法，可实现大气压条件下的气体放电参数测量，弥补了高气压气体放电参数测量的空白。

测量所得的气体放电参数，可以直接应用于建立大气压气体放电数值仿真模型，而不需要进行不同气压的换算，也可用于指导大气压低温放电等离子体源的优化设计。

在气体脉冲放电参数联合测量的数值仿真模型的外电路中引入杂散电容C_z，并对杂散电容进行校正，可提高用仿真电流拟合实验电流的可能性，从而提高数值仿真模型的准确性。

由玻尔兹曼方程和俄歇二次电子发射等理论获取气体放电参数的估计值，可使气体放电参数的初始值接近于真实值，减少后续使用方向加速优化方法进行优化时的迭代次数。

此外，服务器还可根据预设步长，增加气体间隙长度，即气隙长度。针对每个气隙长度，服务器可通过多次实验，分别获取多组未击穿实验数据与多组击穿实验数据。

通过改变不同气体间隙长度，可获取不同平均电场强度下的汤生电离系数、电子附着系数和二次电子发射系数等气体放电参数，增加实验数据量，有利于实现数值仿真模型与测量装置的物理模型之间的拟合。

图5为本申请实施例提供的另一种气体脉冲放电参数测量方法流程图，具体包括：

首先，服务器可基于气体脉冲放电参数测量装置的物理模型，建立二维几何模型，并且，建立基于气体脉冲放电参数测量的仿真数值模型。

之后，在向实验腔内充入待测气体A至1atm后，服务器可在初始气体间隙长度d₀为1mm的情况下，分别获取未击穿电流电压波形(i_n(t),u_n(t))与击穿电流电压波形(i_nb(t),u_nb(t))各5组。

之后，服务器可根据未击穿实验数据中的脉冲电压，设置高压电极侧电场边界

并采用有限元法，求解预设的方程组，以获得通过数值仿真模型计算得到的仿真的未击穿电流i_s(t)。

并且，服务器可通过未击穿实验数据中的回路电流i_n(t)，与仿真得到的回路电流i_s(t)，计算两者之间的标准差s_id，获取能够使该标准差取极小值的杂散电容C_z，以实现对杂散电容的校正，以及对仿真模型的调整。

之后，服务器可通过求解玻尔兹曼方程等方法，估算气体放电参数汤生电离系数α₀、电子附着系数η₀，以及二次电子发射系数γ₀，并设定初始三维向量(α₀,η₀,γ₀)。

服务器可根据击穿实验数据中的脉冲电压，设置高压电极侧电场边界

并采用有限元法，求解预设的方程组，以获得通过数值仿真模型计算得到的仿真的击穿电流i_sb(t)。

之后，服务器可通过击穿实验数据中的回路电流i_nb(t)，与仿真得到的回路电流i_sb(t)，计算两者之间的标准差s_ibd，获取能够使该标准差取极小值的目标三维向量(α_d,η_d,γ_d)，并输出该三维向量。

之后，在测量光电离系数时，服务器可确定在测量装置中增加光源后，采用与前述测量其他气体放电参数类似的方法，获取使标准差s_ibd取极小值的光电离系数δ_d。

另外，服务器可根据预设步长，如1mm，对气体间隙长度进行增加，对气体放电参数进行重复测量。

需要说明的是，本申请实施例中的方法流程与图2所示的方法流程本质上是一致的，本申请实施例中未详述的部分，具体可参照图2的相关描述，本申请在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种气体脉冲放电参数测量方法，其特征在于，包括：

获取待测气体在未击穿状态下的脉冲电压与回路电流，将其作为未击穿实验数据；以及，获取待测气体在击穿状态下的脉冲电压与回路电流，将其作为击穿实验数据；

根据粒子控制方程和电场控制方程，建立基于气体脉冲放电参数测量的第一数值仿真模型；

将所述未击穿实验数据代入预设的基于第一数值仿真模型的方程组，确定仿真的第一回路电流，作为未击穿仿真数据；以及，采用优化算法，确定使所述未击穿实验数据与所述未击穿仿真数据之间的标准差，达到极小值的第一数值仿真模型的杂散电容的标准值；

将所述未击穿实验数据代入预设的基于第一数值仿真模型的方程组，确定仿真的第一回路电流，作为未击穿仿真数据，包括：

确定所述未击穿实验数据中的脉冲电压，作为脉冲电压形成电场的高压电极侧边界电位；

将所述未击穿实验数据代入预设的方程组：

确定对应的仿真的第一回路电流，作为未击穿仿真数据；

其中，i_s(t)表示仿真的第一回路电流，E₀表示脉冲电压形成电场的电场强度，E表示总电场的电场强度，V₀表示放电间隙总体积，ε₀表示真空介电常数，ε_r表示介质r的相对介电常数，R_s表示第一电阻值，C_z表示杂散电容的电容量，u_n(t)表示未击穿实验数据中的脉冲电压，i_n(t)表示未击穿实验数据中的回路电流，e₀表示元电荷量，Г_i表示粒子i通量；

将所述击穿实验数据代入预设的基于第二数值仿真模型的方程组，确定仿真的第二回路电流，作为击穿仿真数据；以及，采用优化算法，确定使所述击穿实验数据与所述击穿仿真数据之间的标准差达到极小值的气体放电参数，并输出；其中，所述第二数值仿真模型由所述第一数值仿真模型中的杂散电容调整为标准值后得到。

2.根据权利要求1所述的一种气体脉冲放电参数测量方法，其特征在于，建立基于气体脉冲放电参数测量的第一数值仿真模型之前，所述方法还包括：

基于气体脉冲放电参数测量装置建立二维几何模型，所述二维几何模型与所述第一数值仿真模型关联；

其中，所述气体脉冲放电参数测量装置包括

脉冲电源，用于发射脉冲电压；

高压电极，与所述脉冲电源的一端连接；接地电极，通过第一电阻与所述脉冲电源的另一端连接并接地；所述高压电极与所述接地电极相对设置；

所述第一电阻，用于测量回路电流；

杂散电容，一端与所述高压电极连接，另一端与所述接地电极连接。

3.根据权利要求2所述的一种气体脉冲放电参数测量方法，其特征在于，所述气体放电参数包括光电离系数；

所述方法还包括：

在所述气体脉冲放电参数测量装置的高压电极与接地电极之间增设光源；

采用设有光源的气体脉冲放电参数测量装置，测量光电离系数。

4.根据权利要求2所述的一种气体脉冲放电参数测量方法，其特征在于，获取待测气体在未击穿状态下的脉冲电压与回路电流，将其作为未击穿实验数据；以及，获取待测气体在击穿状态下的脉冲电压与回路电流，将其作为击穿实验数据，具体包括：

控制所述气体脉冲放电参数测量装置中的脉冲电源，按照预设数值逐级升压；

获取待测气体在未击穿状态下，若干组不同电压幅值的脉冲电压与回路电流，将其作为未击穿实验数据；

获取待测气体在击穿状态下，若干组不同电压幅值的脉冲电压与回路电流，将其作为击穿实验数据。

5.根据权利要求4所述的一种气体脉冲放电参数测量方法，其特征在于，基于气体脉冲放电参数测量装置建立二维几何模型之后，所述方法还包括：

采用有限元方法，对所述二维几何模型进行结构化网格剖分，求解所述粒子控制方程与电场控制方程。

6.根据权利要求1所述的一种气体脉冲放电参数测量方法，其特征在于，采用优化算法，确定使所述未击穿实验数据与所述未击穿仿真数据之间的标准差，达到极小值的第一数值仿真模型的杂散电容的标准值，包括：根据

确定所述未击穿实验数据与所述未击穿仿真数据之间的标准差，其中，s_id表示标准差，N表示测量过程中回路电流i_n的样点数，i_s(t_n)表示未击穿仿真数据中的第一回路电流，i_n(t_n)表示未击穿实验数据中的回路电流；

采用方向加速优化方法，确定使所述标准差达到极小值的杂散电容的值，作为标准值。

7.根据权利要求2所述的一种气体脉冲放电参数测量方法，其特征在于，采用优化算法，确定使所述击穿实验数据与所述击穿仿真数据之间的标准差达到极小值的气体放电参数，包括：

通过玻尔兹曼方程，估算待测气体的汤生电离系数α₀和电子附着系数η₀，并通过金属/半导体俄歇二次电子发射理论，估算所述气体脉冲放电参数测量装置中的阻挡介质的二次电子发射系数γ₀；

设定初始三维向量(α₀,η₀,γ₀)，并采用优化算法，确定使所述击穿实验数据与所述击穿仿真数据之间的标准差，达到极小值的目标三维向量(α₁,η₁,γ₁)。

8.根据权利要求2所述的一种气体脉冲放电参数测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据预设步长，增加所述气体脉冲放电参数测量装置中的气隙长度，并针对每个气隙长度分别获取未击穿实验数据与击穿实验数据；

其中，所述气隙长度表示高压电极与接地电极之间的气体间隙的长度。

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