CN115243438A - 一种大气压下低温射流等离子体的诊断系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大气压下低温射流等离子体的诊断系统及方法，包括发射线天线、接收天线、导电底座和频谱分析仪；所述发射线天线为直线形天线，所述接收天线为喇叭天线，所述发射线天线与所述接收天线设置于所述导电底座的第一侧，所述发射线天线的第一端与所述频谱分析仪的输出端电连接，所述接收天线与所述频谱分析仪的输入端电连接，既可用于测量低温大气压放电和等离子体射流中电子密度随时间的变化，也可用于诊断其纵向的电子密度分布。
Description
技术领域
本发明涉及微波技术领域，具体而言，涉及一种大气压下低温射流等离子体的诊断系统及方法。
背景技术
等离子体是指包含大量的电荷数目近似相等的正负带电粒子的物质的聚集态。等离子体的产生主要是通过能量输送从而引起电荷输运，当具有足够能量的粒子与气体分子发生碰撞时就会产生电子和离子，从而形成等离子体。
等离子体的电子密度是等离子体最重要的特征之一，大气压下的低温等离子体的电子密度较低，导致诊断的等离子体反射信号电平较弱，使得现有技术很难估计测量大气压下低温射流等离子体的电子密度。
发明内容
本发明解决的问题是如何估计大气压下低温射流等离子体的电子密度。
为解决上述问题，本发明提供一种大气压下低温射流等离子体的诊断系统，包括发射线天线、接收天线、导电底座和频谱分析仪；
所述发射线天线为直线形天线，所述接收天线为喇叭天线，所述发射线天线与所述接收天线设置于所述导电底座的第一侧，所述发射线天线的第一端与所述频谱分析仪的输出端电连接，所述接收天线与所述频谱分析仪的输入端电连接。
可选地，所述导电底座绕自身的几何中心满足中心对称，所述导电底座包括引入孔和天线孔，所述天线孔设置于所述导电底座的所述几何中心，所述发射线天线与所述天线孔固定连接，所述发射线天线的轴线与所述导电底座垂直。
可选地，所述发射线天线的所述第一端从所述导电底座的所述天线孔穿过，并与所述频谱分析仪的跟踪振荡器的输出端电连接。
可选地，所述大气压下低温射流等离子体的诊断系统还包括等离子体区，所述等离子体区位于所述导电底座的所述第一侧，与所述引入孔相连，当等离子体从所述导电底座的第二侧穿过所述引入孔时，所述等离子体区与所述发射线天线平行。
可选地，所述引入孔直径4mm，所述发射线天线长度为30mm，所述天线孔与所述引入孔的距离为90mm。
可选地，所述引入孔的圆心与所述天线孔的圆心之间的距离大于所述等离子体区的长度。
可选地，所述大气压下低温射流等离子体的诊断系统还包括活动台6和三脚架7，所述活动台6与所述导电底座的所述第二侧固定连接，所述活动台6用于带动所述导电底座沿垂直于所述导电底座的方向移动，所述接收天线与所述三脚架7固定连接，用于调整所述接收天线与所述发射线天线的相对位置和旋转角。
相对于现有技术，本发明通过在开放空间中布置发射线天线、接收天线、导电底座和频谱分析仪，保证诊断大气压下的等离子体；通过设置导电底座，保证系统在对等离子体诊断时，能屏蔽掉其他设备或环境因素对发射线天线与接收天线收发的微波造成的干扰，以实现对大气压下低温射流等离子体的诊断。
另一方面，本发明提供一种大气压下低温射流等离子体的诊断方法，应用于如上所述的大气压下低温射流等离子体的诊断系统，所述大气压下低温射流等离子体的诊断方法包括：
使待诊断等离子体从导电底座的第二侧穿过引入孔至所述导电底座的第一侧，形成等离子体区；调整发射线天线的工作模式和相对位置关系获得最大辐射场，其中，所述最大辐射场为所述发射线天线从所述等离子体区再辐射而形成的辐射场；根据所述最大辐射场确定所述等离子体区的电子密度。
可选地，所述根据所述最大辐射场确定所述等离子体区的电子密度包括：
基于所述等离子体区的参数测量相对功率通量；根据所述相对功率通量、所述待诊断等离子体的介电常数和所述待诊断等离子体的电导率计算所述等离子体区的电子密度和等离子体碰撞频率。
可选地，所述等离子体区的所述参数包括长度、宽度以及所述等离子体区形成的几何体的朝向；所述发射线天线和接收天线的所述工作模式包括工作频率；所述相对位置关系包括所述发射线天线的轴线与所述接收天线的轴线所成的夹角、所述发射线天线与所述接收天线之间的距离。
相对于现有技术，本发明在导电底座的一端产生等离子体，在导电底座的另一端诊断等离子体，保证诊断过程中的微波不会被其他因素干扰；通过调整天线系统的相对位置和相对角度，获得最大辐射场，基于最大辐射场测量等离子体区的电子密度，保证在电子密度较低的大气环境下也能测量等离子体区的电子密度。
附图说明
图1为本发明实施例的大气压下低温射流等离子体的诊断系统示意图；
图2为本发明实施例的大气压下低温射流等离子体的诊断方法的流程示意图；
图3为本发明实施例的大气压下低温射流等离子体的诊断系统在天线频率为1.5GHz时的相对功率通量与方位角的关系；
图4为本发明实施例的大气压下低温射流等离子体的诊断系统在天线频率为3GHz时的相对功率通量与方位角的关系；
图5为本发明实施例的大气压下低温射流等离子体的诊断方法步骤S300细化后的流程示意图。
附图标记说明：
1-发射线天线；2-接收天线；3-导电底座；4-引入孔；5-频谱分析仪；6-活动台；7-三脚架。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”；术语“可选地”表示“可选的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
在现有的基于探针特性记录原理的气体放电等离子体诊断装置中，可以测量和控制等离子体参数，但是在测量大气压下的等离子体的电子密度时，由于探针电路中的大电容及与等离子体射流电阻相差1个数量级以上的低电阻会在探针插入等离子体射流时，造成强烈的扰动，还可能反过来导致放电或等离子体射流与探针短路，以上情况导致利用探针法测量大气压下的等离子体的电子密度十分困难，更无法诊断电子密度极低的非稳态大气压低温等离子体射流。
一些非接触式诊断手段通过首先将工作气体通入等离子单元中，然后通过电极间放电、燃烧等方式产生等离子体，最后利用波导将发射光信号传导到光谱仪，以诊断其等离子体特征谱线，此种方式在测量大气压下的等离子体时，由于大气压成分复杂，测量的光谱是连续光谱，难以得到单一的谱线的展宽，故此种装置无法或很难可靠地测量大气压下低温等离子体射流的等离子体电子密度。
另一些通过非接触方式高精度测量等离子体的电子密度的装置基于透过待分析的等离子体的激光束与参考光束间的相互干涉进而测量电子密度，但是此种装置的系统设置复杂，且测量低等离子体电子密度下的测量精度较低，此外，因信号强度较弱，需要几十毫秒的累积时间，因此该设备不能用于研究低电子密度的非稳态放电。
本发明所指低电子密度为1011cm-3，高电子密度指高于1011cm-3至少一个数量级的电子密度。
由于在大气压下，电子碰撞频率比等离子体频率高几个数量级，基于此，利用测量反射或吸收与频率相关性来计算等离子体密度没有考虑电子碰撞过程；利用谐振腔诊断电子密度，在谐振腔中对电磁波的衰减较大，可能会破坏谐振状态，均不适用于诊断大气压低温等离子体。
如图1所示，本发明实施例提供一种大气压下低温射流等离子体的诊断系统，包括发射线天线1、接收天线2、导电底座3和频谱分析仪5；
所述发射线天线1为直线形天线，所述接收天线2为喇叭天线，所述发射线天线1与所述接收天线2设置于所述导电底座3的第一侧，所述发射线天线1的第一端与所述频谱分析仪5的输出端电连接，所述接收天线2与所述频谱分析仪5的输入端电连接。
如图1所示，本发明的实施例提供一种具有导电底座3的天线系统，将发射线天线1和接收天线2分别与频谱分析仪5的输入和输出端电连接。因各种外部因素，如放电引线和气体放电单元都会造成很大影响，这些因素对记录的微波反射信号的影响可能比所诊断的等离子体的影响更大，故在实施例中，将发射线天线1的下端即第一端与导电底座3相连，导电底座3接地，以屏蔽等离子体发生装置对微波造成的干扰。
导电底座3可以使等离子体区重新辐射出的电场强度翻倍，以提高装置的灵敏度，保证在大气压下气温射流等离子体反射出的电场强度能被接收天线2顺利接收。通过导电底座3、发射线天线1和接收天线2的设置，使等离子体区重新辐射出的电场随频率以及等离子体中电子总数的增加而线性增强，但不受等离子体区的形状影响。
接收天线2为喇叭天线，具体地，在一实施例中使用，中空圆台状天线，结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。
可选地，喇叭天线包括圆锥喇叭、E面扇形喇叭、H面扇形喇叭、角锥喇叭和脊波导喇叭。
将发射线天线1与接收天线2设置在导电底座3的同一侧，可以降低其他外部因素对于反射信号的影响，使接收天线2接收到的信号更准确。
可选地，所述导电底座3绕自身的几何中心满足中心对称，所述导电底座3包括引入孔4和天线孔，所述天线孔设置于所述导电底座3的所述几何中心，所述发射线天线1与所述天线孔固定连接，所述发射线天线1的轴线与所述导电底座3垂直。
具体地，设置导电底座3可以屏蔽等离子体发生装置的电磁干扰，而满足中心对称形状的导电底座3对于电磁干扰的屏蔽效果较好，基于此，天线孔需设置在导电底座3的几何中心，并与发射线天线1固定连接，用于将信号从导电底座3的几何中心发射，保证导电底座3具有较好的电磁干扰屏蔽效果。
优选地，导电底座3为圆形，天线孔设置在导电底座3横截面的圆心并贯穿导电底座3。
在一实施例中，第一侧为导电底座3的上方，接收天线2设置在导电底座3的右上方，天线孔设置在导电底座3的圆心处，发射线天线1设置在导电底座3的上方，引入孔4与天线孔平行，且设置在天线孔的左边。
发射线天线1垂直放在圆形导电底座3上，下端即第一端与天线孔相接触，故发射线天线1的轴线与引入孔4的轴线相互平行。
可选地，所述发射线天线1的所述第一端从所述导电底座3的所述天线孔穿过，并与所述频谱分析仪5的跟踪振荡器的输出端电连接。
从导电底座3的天线孔穿过，并与频谱分析仪5电连接，保证发射线天线1与导电底座3和频谱分析仪5同时进行电连接，又能保证在与导电底座3连接的同时垂直于导电底座3，既能提升电磁干扰屏蔽效果，又能增加与接收天线2的通信质量。
可选地，所述大气压下低温射流等离子体的诊断系统还包括等离子体区，所述等离子体区位于所述导电底座3的所述第一侧，与所述引入孔4相连，当等离子体从所述导电底座3的第二侧穿过所述引入孔4时，所述等离子体区与所述发射线天线1平行。
具体地，在对等离子体进行诊断时，通过在导电底座3的第二侧的等离子体发生装置产生等离子体，然后通过引入孔4将等离子体输送至导电底座3的第一侧，在第一侧形成等离子区，此时，等离子体区的直径为引入孔4的直径，长度可以通过控制等离子体发生装置设定。当等离子体从引入孔4进入第一侧时，形成的等离子体区与发射线天线1平行，以获得更好的反射效果。
可选地，所述引入孔4直径4mm，所述发射线天线1长度为30mm，所述天线孔与所述引入孔4的距离为90mm。
在一实施例中，圆形导电底座3左侧具有一个直径4mm的引入孔4，导电底座3的圆心上固定有长度为30mm的发射线天线1，等离子体区的长度为15mm或30mm，天线孔与引入孔4的距离设置为90mm，表示发射线天线1与等离子区的距离大于等离子体区的距离，以保证诊断等离子体时等离子体区的电场为均匀电场。
可选地，所述引入孔4的圆心与所述天线孔的圆心之间的距离大于所述等离子体区的长度。
在一实施例中，等离子体区的形状由引入孔4的形状与等离子体发生装置的设置确定。引入孔4的圆心与天线孔的圆心的距离即等离子体区与发射线天线1的距离需要大于等离子体区的长度。
可选地，所述大气压下低温射流等离子体的诊断系统还包括活动台和三脚架，所述活动台与所述导电底座3的所述第二侧固定连接，所述活动台用于带动所述导电底座3沿垂直于所述导电底座3的方向移动，所述接收天线2与所述三脚架固定连接，用于调整所述接收天线2与所述发射线天线1的相对位置和旋转角。
在一实施例中，导电底座3与活动台固定连接，活动台固定在导电底座3的下方，用于更改导电底座3的垂直位置，以及改变安装在导电底座3上的发射线天线1的垂直位置。具体地，可将活动台上下移动，以改变导电底座3上的发射线天线1与接收天线2之间的距离和偏转角度，发射线天线1发射信号至等离子体区，经等离子体区再辐射后被接收天线2接收，改变发射线天线1的垂直位置可以使接收天线2接收到质量更高的再辐射场。
接收天线2固定在一个可以移动和调整偏转角度的三脚架上，保证接收天线2可以获得质量更高的信号。
对于不同的等离子体，在诊断时可灵活设置发射线天线1长度、接收天线2尺寸、引入孔4直径、引入孔4与发射线天线1距离、等离子体长度、导电底座3位置、三脚架位置与角度。
例如，在一次诊断中，引入孔4选取4mm直径，发射线天线1长度设为30mm，等离子体区的长度分别选取15mm和30mm，在等离子体区长度为15mm时，发射线天线1和接收天线2的频率对应设置为15GHz；在等离子体区长度为30mm时，发射线天线1和接收天线2的频率对应设置为30GHz。电子密度分别对应为5*1013cm-3和1014cm-3。因所选的天线频率不高，故，将总场表示为两个偶极子天线的辐射场之和。在这种情况下，等离子体区对线天线不同极角的辐射场的响应是完全相同的，仅与方位角相关。在球坐标系中，偶极子天线的电场具有径向分量和角向分量，发射线天线1发射的电场在圆柱形等离子体区感应出电流，由于等离子体区与天线距离较远，极角接近90度，因此可忽略电场的径向分量，只考虑角向分量。在这种情况下，可以假设等离子体区中电场是均匀的。为了满足这一条件，从发射线天线1到等离子体区的距离必须远大于等离子体区的长度，故将天线孔与引入孔4的距离设置为90mm。导电底座3还可以使等离子体区重新辐射出的电场强度翻倍，因此可以提高装置的灵敏度。在上述条件下，等离子体区重新辐射出的场随频率以及等离子体中电子总数的增加线性增强，但不受等离子体区几何形状的影响。
图3给出了频率为1.5GHz的笛卡尔坐标系中相对功率通量与方位角的关系。其关系清楚地表明，等离子体区域对线天线功率通量的影响强烈依赖于方位角。在某些方位角下，等离子体区域对功率通量的影响最大。从图3中可以看出，极大值的绝对值与等离子体区域中的电子总数线性相关，但与其长度无关。此外，最大值出现的位置与等离子体区域中的电子数无关。分析模型与数据吻合良好。
图3显示了在大气压下两种等离子体区域长度以及两种电子密度分布的氦气等离子体在1.5GHz频率下相对功率通量与方位角的关系。换言之，图3中的曲线是在1.5GHz频率下接收到的信号在存在等离子体区域的情况下的功率流与没有等离子体区域的信号的功率流的比值。黑色曲线Ia对应于等离子体长30mm、电子密度为1014cm-3的情况；深灰曲线IIa对应于等离子体长30mm、电子密度为5*1013cm-3的情况；浅灰曲线IIIa对应于等离子体长15mm、电子密度为1014cm-3的情况；三根虚线对应于1.5GHz频率下的相对功率通量随方位角的变化关系的实验结果；三根实线对应于在1.5GHz频率下的相对功率通量随方位角的变化关系的理论结果，给出了一个简单的分析模型，该模型可以求解逆问题并确定等离子体区域中电子的总数量。
图4显示了频率为3GHz的笛卡尔坐标中相对功率通量与方位角的关系。其显示，最大值的位置强烈依赖于信号的频率，极大值的绝对值随频率的增加线性增加，而极大值的位置与等离子体区的电子数无关。图4中显示了频率对应于四分之一波长模式时的变化关系，此时分析模型与数据符合良好。图4显示了在大气压下两种等离子体区域长度以及两种电子密度分布的氦气等离子体在3GHz频率下相对功率通量与方位角的关系。换句话说，图4中的曲线是在3GHz频率下接收到的信号在存在等离子体区域的情况下的功率流与没有等离子体区域的信号的功率流的比值。黑色曲线Ia对应于等离子体长30mm、电子密度为1014cm-3的情况。深灰曲线IIa对应于等离子体长30mm、电子密度为5*1013cm-3的情况。浅灰曲线IIIa对应于等离子体长15mm、电子密度为1014cm-3的情况。三根虚线对应于在3GHz频率下的相对功率通量随方位角的变化关系的实验结果。三根实线对应于在3GHz频率下的相对功率通量随方位角的变化关系的理论结果，给出了一个简单的分析模型，该模型可以求解逆问题并确定等离子体区域中电子的总数量。
另一方面，如图2所示，本发明实施例提供一种大气压下低温射流等离子体的诊断方法，应用于如上所述的大气压下低温射流等离子体的诊断系统，所述大气压下低温射流等离子体的诊断方法包括：
步骤S100，使待诊断等离子体从导电底座的第二侧穿过引入孔至所述导电底座的第一侧，形成等离子体区。
步骤S200，调整发射线天线的工作模式和相对位置关系获得最大辐射场，其中，所述最大辐射场为所述发射线天线从所述等离子体区再辐射而形成的辐射场。
步骤S300，根据所述最大辐射场确定所述等离子体区的电子密度。
具体地，诊断操作流程如下。在测量前，通过等离子体发生装置产生等离子体，然后从导电底座的下侧穿过引入孔至导电底座的上侧，形成等离子体区，在本实施例中，引入孔设置为圆形，故等离子体区近似为圆柱体区域。
根据等离子体区的长度调整发射线天线与接收天线的工作频率，与此同时，记录发射线天线发射出的最大辐射场。对于不同的等离子体、等离子体区长度，需要改变并调试发射线天线和接收天线的工作频率、相对位置和相对偏转角度以获得最大辐射场，保证在大气压下的低温射流等离子体的诊断质量。
最后根据最大辐射场与等离子体区的参数确定所述等离子体区的电子密度。
可选地，所述等离子体区的所述参数包括长度、宽度以及所述等离子体区形成的几何体的朝向；所述发射线天线和接收天线的所述工作模式包括工作频率；所述相对位置关系包括所述发射线天线的轴线与所述接收天线的轴线所成的夹角、所述发射线天线与所述接收天线之间的距离。
可选地，如图5所示，所述根据所述最大辐射场确定所述等离子体区的电子密度包括：
步骤S301，基于所述等离子体区的参数测量相对功率通量。
步骤S302，根据所述相对功率通量、所述待诊断等离子体的介电常数和所述待诊断等离子体的电导率计算所述等离子体区的电子密度和等离子体碰撞频率。
在上述情况下，接收的相对功率通量与所研究等离子体区域的参数相关，功率通量与电场相关，而电场经过等离子体时会发生反射，吸收以及透射，而这些参数是与等离子体中电子密度以及碰撞频率相关。
为了更准确地调整天线系统的工作模式，应合理设置等离子体区长度来确定频谱分析仪的频率或扫频范围。在调谐天线系统后，需要根据所研究的等离子体区域的参数来测量接收到的相对功率通量。在分析非稳定等离子体的情况下，接收到的信号是时变的。由于大气压低温等离子体射流通常具有非常低的电导率，因此可以认为等离子体区域的再辐射场相对于总信号电平而言较小。故可以使用等离子体的介电常数和电导率来计算所研究的等离子体区的电子密度。
等离子体的介电常数可以表示为：
其中，ε0表示真空介电常数，ωpe表示等离子体频率。
ωpe可以表示为：
其中，e为电子电荷，ne为等离子体中电子密度，m为电子质量，ω是工作频率，νc是电子的碰撞频率。
等离子体的电导率公式可以表示为：
利用等离子体介电常数以及等离子体电导率可以得到等离子体密度ne以及等离子体碰撞频率νc。
在一实施例中，为诊断纵向不均匀的放电或等离子射流，通过上下机械地移动活动台使导电底座上方的等离子体区长度发生变化，故可以对等离子体的不同位置出的参数进行诊断，并对每一步记录的数据进行分析，以实现诊断纵向不均匀放电等离子体。
可选地，通过控制活动台简谐运动以诊断纵向不均匀的放电或等离子射流。
本发明又一实施例提供的一种电子设备，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行该计算机程序时，实现如上所述的大气压下低温射流等离子体的诊断方法。
本发明又一实施例提供的一种计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的大气压下低温射流等离子体的诊断方法。
现将描述可以作为本发明的服务器或客户端的电子设备，其是可以应用于本发明的各方面的硬件设备的示例。电子设备旨在表示各种形式的数字电子的计算机设备，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
电子设备包括计算单元，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的计算机程序或者从存储单元加载到随机访问存储器(RAM)中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还可存储设备操作所需的各种程序和数据。计算单元、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。在本申请中，所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种大气压下低温射流等离子体的诊断系统，其特征在于，包括发射线天线(1)、接收天线(2)、导电底座(3)和频谱分析仪(5)；
所述发射线天线(1)为直线形天线，所述接收天线(2)为喇叭天线，所述发射线天线(1)与所述接收天线(2)设置于所述导电底座(3)的第一侧，所述发射线天线(1)的第一端与所述频谱分析仪(5)的输出端电连接，所述接收天线(2)与所述频谱分析仪(5)的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的大气压下低温射流等离子体的诊断系统，其特征在于，所述导电底座(3)绕自身的几何中心满足中心对称，所述导电底座(3)包括引入孔(4)和天线孔，所述天线孔设置于所述导电底座(3)的所述几何中心，所述发射线天线(1)与所述天线孔固定连接，所述发射线天线(1)的轴线与所述导电底座(3)垂直。
3.根据权利要求2所述的大气压下低温射流等离子体的诊断系统，其特征在于，所述发射线天线(1)的所述第一端从所述导电底座(3)的所述天线孔穿过，并与所述频谱分析仪(5)的跟踪振荡器的输出端电连接。
4.根据权利要求2所述的大气压下低温射流等离子体的诊断系统，其特征在于，还包括等离子体区，所述等离子体区位于所述导电底座(3)的所述第一侧，与所述引入孔(4)相连，当等离子体从所述导电底座(3)的第二侧穿过所述引入孔(4)时，所述等离子体区与所述发射线天线(1)平行。
5.根据权利要求4所述的大气压下低温射流等离子体的诊断系统，其特征在于，所述引入孔(4)直径4mm，所述发射线天线(1)长度为30mm，所述天线孔与所述引入孔(4)的距离为90mm。
6.根据权利要求4所述的大气压下低温射流等离子体的诊断系统，其特征在于，所述引入孔(4)的圆心与所述天线孔的圆心之间的距离大于所述等离子体区的长度。
7.根据权利要求4所述的大气压下低温射流等离子体的诊断系统，其特征在于，还包括活动台(6)和三脚架(7)，所述活动台(6)与所述导电底座(3)的所述第二侧固定连接，所述活动台(6)用于带动所述导电底座(3)沿垂直于所述导电底座(3)的方向移动，所述接收天线(2)与所述三脚架(7)固定连接，用于调整所述接收天线(2)与所述发射线天线(1)的相对位置和旋转角。
8.一种大气压下低温射流等离子体的诊断方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的大气压下低温射流等离子体的诊断系统，所述大气压下低温射流等离子体的诊断方法包括：
使待诊断等离子体从导电底座的第二侧穿过引入孔至所述导电底座的第一侧，形成等离子体区；
调整发射线天线的工作模式和相对位置关系获得最大辐射场，其中，所述最大辐射场为所述发射线天线从所述等离子体区再辐射而形成的辐射场；
根据所述最大辐射场确定所述等离子体区的电子密度。
9.根据权利要求8所述的大气压下低温射流等离子体的诊断方法，其特征在于，所述根据所述最大辐射场确定所述等离子体区的电子密度包括：
基于所述等离子体区的参数测量相对功率通量；
根据所述相对功率通量、所述待诊断等离子体的介电常数和所述待诊断等离子体的电导率计算所述等离子体区的电子密度和等离子体碰撞频率。
10.根据权利要求8或9所述的大气压下低温射流等离子体的诊断方法，其特征在于，所述等离子体区的所述参数包括长度、宽度以及所述等离子体区形成的几何体的朝向；所述发射线天线和接收天线的所述工作模式包括工作频率；所述相对位置关系包括所述发射线天线的轴线与所述接收天线的轴线所成的夹角、所述发射线天线与所述接收天线之间的距离。
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