CN116193696B - 一种用于非均匀等离子体射流的双探针、诊断方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于非均匀等离子体射流的双探针、诊断方法及系统，方法包括如下内容：双探针的两根金属电极包裹于非均匀等离子体射流内，通过改变串接在所述双探针上的扫描电压的大小，采集每个扫描电压下所述双探针内的电流，根据扫描电压和对应的电流拟合I‑V曲线，根据所述I‑V曲线的参数得到超声速非均匀等离子体射流的特征参数。本发明还公开了应用于该方法的系统及双探针的结构，本发明提供的双探针、诊断方法及系统，能够适用于超声速非均匀等离子体射流，通过测量扫描电压和对应电流数据，无需微分计算就能够得到超声速非均匀等离子体射流的特征参数，解决了超声速流动下等离子体非均匀性的特征测量问题。
Description
技术领域
本发明属于等离子体参数测量方向，具体涉及一种用于非均匀等离子体射流的双探针、诊断方法及系统。
背景技术
在等离子体应用中，参数的诊断、标定是不可或缺的环节。目前，常用的等离子体静电探针的诊断原理是基于均匀参数的假设，并且通过扫描探针电压获得I-V曲线，对其开展微分计算获得参数数据，通常用于半导体刻蚀产业中的非流动均匀等离子体诊断。
在超声速非均匀等离体子射流中参数梯度较大，目前常用的探针诊断方法和设备难以直接用于超声速非均匀等离子体射流，极有可能产生显著的误差。如单探针诊断原理为通过对I-V曲线过渡区的数据点进行微分得到电子温度，此方法要求探针的探测精度足够高，才能确保离散点微分计算结果的准确性，然而实际测量中，等离子体并不是绝对稳定，等离子体的波动、震荡、不均匀性都可能导致原有测量方法的测量结果错误。而双探针的诊断误差主要源于超声速非均匀等离子体中存在的空间电位差，这种电位差的存在就导致无法用常规的双探针曲线对实验数据进行拟合或计算，否则会得到错误的测量结果。
测量结果带来的误差在计算等离子体的特征参数过程中会被放大。而且超声速非均匀等离子体射流并不是绝对稳定的状态，测量时间越长，误差越大。而现有的双探针方法，不适用于超声速非均匀等离子体射流的特征诊断。
发明内容
现有技术中缺少超声速非均匀等离子体射流的特征诊断方法，本发明特提供一种用于非均匀等离子体射流的双探针、诊断方法及系统，适用于超声速非均匀等离子体的特征诊断，以解决超声速流动下等离子体非均匀性的特征测量问题。
在本发明的第一个方面，提供了一种用于非均匀等离子体射流的双探针诊断方法，所述方法包括如下内容：双探针的两根金属电极包裹于非均匀等离子体射流内，通过改变串接在所述双探针上的扫描电压的大小，采集每个扫描电压下所述双探针内的电流，根据扫描电压和对应的电流拟合I-V曲线，根据所述I-V曲线的参数得到超声速非均匀等离子体射流的特征参数。
进一步地，超声速非均匀等离子体射流的特征参数的计算方法为：根据所述双探针的扫描电压和对应的电流数据，结合所述I-V曲线的推导公式：能够拟合得到所述I-V曲线的参数，以在消除电势非均匀引起的测量误差的同时，得到超声速非均匀等离子体射流的特征参数包括离子饱和电流、电子温度；
式中，I为探针的电流大小，V为探针的扫描电压，Ii,sat为离子饱和电流，△V为两根金属电极等离子体空间电位差，Te为等离子体中的电子温度。
进一步地，所述超声速非均匀等离子体射流的特征参数还包括电子密度，基于等离子体电中性条件，结合超声速非均匀等离子体射流的所述离子饱和电流和所述电子温度，根据公式计算出电子密度。
在本发明的第二个方面，提供一种应用于非均匀等离子体射流的双探针诊断方法的系统，所述系统包括：
双探针，所述双探针的两根金属电极包裹于超声速非均匀等离子体射流内；
供电单元，用于给所述系统供电；
扫描单元，连接所述双探针，用于为所述双探针提供大小可调的扫描电压；
数据采集单元，连接所述扫描单元，用于采集所述双探针在不同扫描电压下对应的电流数据，并对扫描电压和电流的测量数据进行拟合、计算，得到超声速非均匀等离子体射流的特征参数。
进一步地，所述数据采集单元包括采集卡和数据处理模块，所述采集卡上设有多路模拟信号输入端子、模拟信号输出端子和接地端子，能够同时进行多路独立采集。
进一步地，扫描单元包括信号发生模块、滤波模块、恒压功放模块和采样电阻模块，所述信号发生模块生成扫描电压，经过所述恒压功放模块将信号源放大至所需大小，所述滤波模块能够减小扫描电压的噪声干扰，将所需的信号和噪声分离，所述采样电阻模块中设有采样电阻，用于辅助获取扫描单元的电流。
在本发明的第三个方面，提供了一种双探针，所述双探针包括二组金属电极，二组金属电极分别由第一层套管包裹并保持有固定距离，金属电极的一端穿过固定座和螺帽，所述螺帽内设有卡齿，通过所述卡齿使得所述螺帽旋紧安装在所述固定座上，使得位于第一层套管内部的二组金属电极固定在所述固定座内；在金属电极的另一端，二组金属电极伸出所述第一层套管，使得金属电极能够伸入超声速非均匀等离子体射流中。
进一步地，在所述第一层套管外包裹有第二层套管，使得包裹有所述第一层套管的二组金属电极在所述第二层套管内保持固定距离，所述第二层套管的外径大于所述第一层套管的外径，使得所述第一层套管插入所述第二层套管内固定，以增大二组金属电极的外层防护。
进一步地，在所述固定座上设有支撑杆，通过调整所述双探针的高度，以调整所述双探针在超声速非均匀等离子体射流中的诊断位置。
进一步地，位于所述固定座内的金属电极通过电缆连接有插拔插头，通过所述插拔插头连接所述扫描单元。
本发明和现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明提出的诊断方法可直接用于超声速非均匀等离子体射流，通过采集每个扫描电压数值下双探针对应的电流数据，就可以进行非均匀等离子体射流的特征诊断，可以消除电势非均匀引起的测量误差，无需进行微分计算，可以避免非均匀等离子体的波动、震荡、不均匀性导致的测量误差。
(2)本发明还提供了一种应用了上述诊断方法的系统，该系统能够生成超声速非均匀等离子体射流，只需调整扫描电压，就能够得到基于双探针的特征参数，而且能够同时进行多路独立采集。
(3)本发明提供的改进后的双探针，能够用于超声速非均匀等离子体射流扫描，通过套管的刚性结构设置，可以保证金属电极的诊断位置在等离子体射流中稳定，不会晃动，其中设置了多重机构以保证金属电极的安全稳定和诊断位置的精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
图1为现有技术中双探针常用的I-V曲线理论关系式图；
图2为本发明实施例中非均匀等离子体下，双探针的I-V曲线理论关系式图；
图3为本发明实施例中系统的结构框图；
图4为本发明实施例中双探针的结构示意图；
图中标号为：
1-金属电极，2-第一层套管，3-第二层套管，4-固定座，5-螺帽，6-卡齿，7-支撑杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明中公开了一种用于非均匀等离子体射流的双探针诊断方法，方法包括如下内容：
双探针的两根金属电极包裹于非均匀等离子体射流内，通过改变串接在所述双探针上的扫描电压的大小，采集每个扫描电压下所述双探针内的电流，根据扫描电压和对应的电流拟合I-V曲线，根据所述I-V曲线的参数得到超声速非均匀等离子体射流的特征参数。
本发明提供的双探针诊断方法，能够适用于超声速非均匀等离子体射流的特征参数诊断，并可以直接计算得到特征参数，无需通过微分等传统不精确的计算方式，解决了超声速流动下等离子体非均匀性的测量技术难题。
其特征诊断过程具体如下：
双探针是一种悬浮探针，在对称的结构下，探针整体相对与等离子体为负电位，因而吸引离子(离子电流达到饱和电流Ii,sat)、排斥电子(电子电流远小于饱和电流Ie,sat)，探针电流为：
I1＝Ie，satexp(eUP1/Te)-Ii，sat (1)
I2＝Ie，satexp(eUP2/Te)-Ii，sat (2)
式中，I1、I2分别为双探针中两根金属电极在等离子体中的电流(两电流大小相同，方向相反)，UP1、UP2分别为两根金属电极在扫描电压下和等离子体的电势差，Te为等离子体中的电子温度。
由于双探针两根金属电极的电流相反，则：
I为探针的电流大小，V为探针的扫描电压。
公式(3)为双探针常用的I-V曲线理论关系式，其曲线如图1所示，据公式(3)可以得到电子温度。
但是在非均匀等离子体中，两根金属电极的等离子体空间电位存在电位差，即UP1≠UP2。所以公式(3)仅适用于均匀等离子体，并不适用于超声速非均匀等离子体射流情况。
所以，在非均匀等离子体中，I-V曲线有所不同。假定两根金属电极的等离子体空间电位相差ΔV，则实际的I-V曲线解析式为
曲线不过零点，该结果已被根据本发明实施的实验证实。在超声速等离子体射流的双探针诊断中，实际测量得到的I-V曲线在扫描电压为0时，探针上仍有明显的电流，如图2所示。
超声速非均匀等离子体射流的特征包括离子饱和电流、电子温度和电子密度。所以，超声速非均匀等离子体射流的特征参数的计算方法为：根据双探针的扫描电压和对应的电流测量数据，结合I-V曲线的推导公式：
能够拟合出针对非均匀等离子体射流的I-V曲线及曲线参数，在消除电势非均匀引起的测量误差的同时，直接得到超声速非均匀等离子体射流的离子饱和电流、电子温度。再根据公式：
能够计算出电子密度Ne。
式中A为探针表面积；e为电子电荷量；mi为离子质量；Te为电子温度。
常规的诊断方法用于非均匀等离子体射流会导致得到的测量结果不准确甚至错误，这种不准确是探针的原理决定的。常规诊断方法的原理是通过对I-V曲线过渡区的数据点进行微分得到电子温度，此方法要求探针的探测精度足够高，才能确保离散点微分计算结果的准确性。然而实际测量中，等离子体并不是绝对稳定，等离子体的波动、震荡、不均匀性都可能导致原有测量方法的测量结果错误，所以通过微分计算的测量结果是不准确的。而本发明提出的诊断、测量分析方法，可直接通过测量数据的拟合曲线获取电子温度，消除了原有测量方法的测量误差，得到的特征参数的准确度明显更高。
在一个实施例中，图2是实际实验数据的拟合，图中的A、B、C代表了图中拟合曲线的系数值。该实验中，结合理论公式和拟合公式，可以得到电子温度Te＝B，约为0.306V，离子饱和电流Ii,sat＝A，约为50.3mA。
本发明中，首先针对超声速非均匀等离子体，推导出了相关的理论计算公式，然后利用本发明提供的诊断系统进行了上述诊断实验、验证了该理论计算公式，实验数据拟合和理论公式相辅相成。若没有理论推导，即使得到实验数据，也无法确定可选的拟合函数形式，本发明的拟合曲线并非通过简单尝试获得的，该拟合曲线如图2所示，和现有技术的拟合曲线如图1所示，具有明显区别，本发明中的如图2所示的拟合曲线更适应于非均匀等离子体射流的特征参数诊断。
在本发明的第二个方面，基于上述诊断方法，本发明还提供了一种应用于上述诊断方法的系统，如图3所示，该系统包括双探针、供电单元、扫描单元和数据采集单元。
双探针，双探针的金属电极包裹于超声速非均匀等离子体射流内，超声速非均匀等离子体由等离子体炬放电产生。
供电单元，用于给系统供电。供电单元主要包括电源模块和滤波模块，主要是为系统中的各模块提供所需供电电源，因为各个模块所需电源电压不同，所以供电单元由多个小电源组成，外加滤波器，可以对电源中的背景谐波和非线性用电模块产生的谐波进行过滤，解决了电源谐波导致的元器件误动作、频繁损坏等问题。
扫描单元，连接双探针，用于为双探针提供大小可调的扫描电压。扫描单元包括信号发生模块、滤波模块、恒压功放模块和采样电阻模块，主要功能是提供扫描电压及电子或离子电流。
扫描电压来自信号发生模块，经过恒压功放模块将信号源放大至所需大小，外加滤波模块可以明显减小扫描电压的噪声干扰，将所需的信号和噪声分离，提高信号的抗干扰性和信噪比，进而提高分析精度。采样电阻模块中的采样电阻作为扫描单元的一部分，用于辅助获取扫描单元的电流，作为I-V曲线获取的必要部分。
数据采集单元，连接扫描单元，用于采集双探针在不同扫描电压下对应的电流数据，并对扫描电压和电流的测量数据进行拟合、计算，得到超声速非均匀等离子体射流的特征参数。
数据采集单元包括采集卡和数据处理模块，采集卡上设有多路模拟信号输入端子、模拟信号输出端子和接地端子，能够同时进行多路独立采集。
探针工作时所需的扫描电压由信号发生模块提供，其中信号经恒压功放模块外加滤波后输出，输出信号由采集卡的模拟信号输入端子进行采集。采样电阻的电压信号同样由另一路采集卡的模拟信号输入端子进行同时采集。
在本发明的第三个方面，为进一步提高诊断特征参数的准确度，本发明还提供了一种改进的双探针，应用于上述诊断方法及系统，如图4所示。
双探针包括二组金属电极，二组金属电极分别由第一层套管包裹并保持有固定距离，金属电极的一端穿过固定座和螺帽，螺帽内设有卡齿，通过卡齿，螺帽旋紧安装在固定座上，使得位于第一层套管内部的二组金属电极固定在固定座内；在金属电极的另一端，二组金属电极伸出第一层套管，使得金属电极能够伸入超声速非均匀等离子体射流中。
本发明提供的双探针，该探针采用多重防护，使得二组金属电极之间独立设置并绝缘，通过固定座和螺帽的卡合固定，使得探针的结构更加稳固、耐用，不会受到等离子体的波动、震荡影响，所以可以用于超声速非均匀等离子体射流扫描。
在一个实施例中，在第一层套管外包裹有第二层套管，使得包裹有第一层套管的二组金属电极在第二层套管内保持固定距离，第二层套管的外径大于第一层套管的外径，使得第一层套管插入第二层套管内固定，以增大二组金属电极的外层防护。
本实施例中，第一层套管外径不大于第二层套管的内径，以便第一层套管可以顺利插入并固定在第二层套管内。实际诊断中，为使金属电极完全包裹于等离子体射流，不可避免地有一段第一层套管深入等离子体射流内，对等离子体射流造成干扰，故第一层套管的外径应足够小，甚至接近于金属电极。第二层套管可以增加整个探针的稳定和防护。
第一层和第二层套管可以采用刚玉、陶瓷、聚四氟乙烯等耐高温、耐冲击、绝缘的材料制备，将两根金属电极分别包裹，相互独立并绝缘。双层套管起到了支撑和固定作用，使得两根金属电极虽然靠近但独立，同时还能够起到隔热、绝缘的效果，第一层套管的厚度较小使得包裹金属电极后的直径足够小，在可以固定金属电极的同时，又减小了对等离子体射流的干扰。同时二组金属电极是完全对称的结构，还能够克服超声速非均匀等离子体的不稳定状态。
本发明中，在固定座上设有支撑杆，通过调整双探针的高度，以调节双探针在超声速非均匀等离子体射流中的诊断位置。一般情况下，超声速非均匀等离子体射流中的诊断位置不同，其特征参数可能存在差异性，而本发明提供的双探针能够调整双探针在超声速非均匀等离子体射流中的诊断位置，并确保诊断位置的精确度，有利于精准测量不同诊断位置处的特征参数，提高特征参数的准确性。
其中，固定座与支撑杆的连接可以为焊接、螺纹、卡套等刚性连接。此外，支撑杆可以选择手动伸缩杆、电动伸缩杆或电动升降杆等，能够便利、精准的调整双探针的高度，进而调整双探针在超声速非均匀等离子体射流中的诊断位置。
探针的一端伸出一定长度的金属电极，伸入并完全包裹在等离子体射流中，另一端在固定座内通过插拔插头与电缆连接，最终通过另一组插拔插头能够接入系统的扫描单元，通过插拔插头连接，安装简单易于更换。支撑杆和固定座为中空结构，电缆可置于支撑杆内部，起到隔热保护的作用。
本实施例中，两层套管的刚性结构设置，可以保证金属电极的诊断位置在等离子体射流中稳定，不易晃动。螺帽内的卡齿可柔性调整，将第二层套管与支撑杆连接并固定，能够柔性短距离地调整金属电极的伸出长度。支撑杆为刚性结构，可以固定在移动的电机上，随时调整探针的高度和双探针在超声速非均匀等离子体射流中的诊断位置，通过卡齿和支撑杆等多重机构保证了金属电极的安全稳定和诊断位置的精确度。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于非均匀等离子体射流的双探针诊断方法，其特征在于，所述方法包括如下内容：
双探针的两根金属电极包裹于非均匀等离子体射流内，通过改变串接在所述双探针上的扫描电压的大小，采集每个扫描电压下所述双探针内的电流，根据扫描电压和对应的电流拟合I-V曲线，根据所述I-V曲线的参数得到超声速非均匀等离子体射流的特征参数；
由于双探针两根金属电极的电流相反，则：I为探针的电流大小，V为探针的扫描电压；
在非均匀等离子体中，两根金属电极的等离子体空间电位存在电位差ΔV，则实际的I-V曲线解析式为
超声速非均匀等离子体射流的特征参数的计算方法为：根据所述双探针的扫描电压和对应的电流数据，结合所述I-V曲线的推导公式：能够拟合得到所述I-V曲线的参数，以在消除电势非均匀引起的测量误差的同时，得到超声速非均匀等离子体射流的特征参数包括离子饱和电流、电子温度；
式中，I为探针的电流大小，V为探针的扫描电压，Ii,sat为离子饱和电流，△V为两根金属电极等离子体空间电位差，Te为等离子体中的电子温度；
所述超声速非均匀等离子体射流的特征参数还包括电子密度，基于等离子体电中性条件，结合超声速非均匀等离子体射流的所述离子饱和电流和所述电子温度，根据公式计算出电子密度。
2.根据权利要求1所述的用于非均匀等离子体射流的双探针诊断方法，其特征在于，还包括用于非均匀等离子体射流的双探针诊断方法的系统，所述系统包括：
双探针，所述双探针的两根金属电极包裹于超声速非均匀等离子体射流内；
供电单元，用于给所述系统供电；
扫描单元，连接所述双探针，用于为所述双探针提供大小可调的扫描电压；
数据采集单元，连接所述扫描单元，用于采集所述双探针在不同扫描电压下对应的电流数据，并对扫描电压和电流的测量数据进行拟合、计算，得到超声速非均匀等离子体射流的特征参数。
3.根据权利要求2所述的用于非均匀等离子体射流的双探针诊断方法，其特征在于，
所述数据采集单元包括采集卡和数据处理模块，所述采集卡上设有多路模拟信号输入端子、模拟信号输出端子和接地端子，能够同时进行多路独立采集。
4.根据权利要求3所述的用于非均匀等离子体射流的双探针诊断方法，其特征在于，
扫描单元包括信号发生模块、滤波模块、恒压功放模块和采样电阻模块，所述信号发生模块生成扫描电压，经过所述恒压功放模块将信号源放大至所需大小，所述滤波模块能够减小扫描电压的噪声干扰，将所需的信号和噪声分离，所述采样电阻模块中设有采样电阻，用于辅助获取扫描单元的电流。
5.根据权利要求1所述的用于非均匀等离子体射流的双探针诊断方法，其特征在于，
所述双探针包括二组金属电极，二组金属电极分别由第一层套管包裹并保持有固定距离，金属电极的一端穿过固定座和螺帽，所述螺帽内设有卡齿，通过所述卡齿使得所述螺帽旋紧安装在所述固定座上，使得位于第一层套管内部的二组金属电极固定在所述固定座内；在金属电极的另一端，二组金属电极伸出所述第一层套管，使得金属电极能够伸入超声速非均匀等离子体射流中。
6.根据权利要求5所述的用于非均匀等离子体射流的双探针诊断方法，其特征在于，
在所述第一层套管外包裹有第二层套管，使得包裹有所述第一层套管的二组金属电极在所述第二层套管内保持固定距离，所述第二层套管的外径大于所述第一层套管的外径，使得所述第一层套管插入所述第二层套管内固定，以增大二组金属电极的外层防护。
7.根据权利要求6所述的用于非均匀等离子体射流的双探针诊断方法，其特征在于，
在所述固定座上设有支撑杆，通过调整所述双探针的高度，以调整所述双探针在超声速非均匀等离子体射流中的诊断位置。
8.根据权利要求7所述的用于非均匀等离子体射流的双探针诊断方法，其特征在于，
位于所述固定座内的金属电极通过电缆连接有插拔插头，通过所述插拔插头连接扫描单元。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01186596A (ja) * | 1988-01-13 | 1989-07-26 | Rikagaku Kenkyusho | ダブルプローブによる電子温度測定方法 |
| CN101361176A (zh) * | 2005-11-04 | 2009-02-04 | 韩国标准科学研究院 | 等离子体诊断设备及方法 |
| JP2011210715A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-10-20 | Nissin Electric Co Ltd | イオン電流密度計測方法、イオン電流密度計測装置及びプラズマ処理装置並びに記録媒体及びプログラム |
| CN103152970A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-06-12 | 北京航空航天大学 | 用于等离子体诊断的圆柱形Langmuir探针 |
| CN104378898A (zh) * | 2014-06-27 | 2015-02-25 | 国家电网公司 | 大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法 |
| CN106714433A (zh) * | 2017-01-04 | 2017-05-24 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 等离子体空间特性诊断装置 |
| CN109640501A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-04-16 | 上海无线电设备研究所 | 一种非均匀等离子体电子密度的诊断系统及方法 |
| CN111947881A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-17 | 中国科学院力学研究所 | 一种高频感应等离子体风洞电子密度及电子温度诊断系统 |
| CN113490321A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-10-08 | 山东大学 | 多朗缪尔探针电离层电子密度快速探测方法及应用 |
| CN113543439A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-10-22 | 山东大学 | 发射探针及用于等离子体诊断的方法 |
-
2023
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01186596A (ja) * | 1988-01-13 | 1989-07-26 | Rikagaku Kenkyusho | ダブルプローブによる電子温度測定方法 |
| CN101361176A (zh) * | 2005-11-04 | 2009-02-04 | 韩国标准科学研究院 | 等离子体诊断设备及方法 |
| JP2011210715A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-10-20 | Nissin Electric Co Ltd | イオン電流密度計測方法、イオン電流密度計測装置及びプラズマ処理装置並びに記録媒体及びプログラム |
| CN103152970A (zh) * | 2013-01-31 | 2013-06-12 | 北京航空航天大学 | 用于等离子体诊断的圆柱形Langmuir探针 |
| CN104378898A (zh) * | 2014-06-27 | 2015-02-25 | 国家电网公司 | 大气条件下由绝缘子端部放电产生的等离子体的诊断方法 |
| CN106714433A (zh) * | 2017-01-04 | 2017-05-24 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 等离子体空间特性诊断装置 |
| CN109640501A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-04-16 | 上海无线电设备研究所 | 一种非均匀等离子体电子密度的诊断系统及方法 |
| CN111947881A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-17 | 中国科学院力学研究所 | 一种高频感应等离子体风洞电子密度及电子温度诊断系统 |
| CN113490321A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-10-08 | 山东大学 | 多朗缪尔探针电离层电子密度快速探测方法及应用 |
| CN113543439A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-10-22 | 山东大学 | 发射探针及用于等离子体诊断的方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| Langmuir双探针诊断Ne辉光放电管电子密度;俞哲;张芝涛;赵建森;;物理实验;30(第01期);1-5 * |
| 俞哲 ; 张芝涛 ; 赵建森 ; .Langmuir双探针诊断Ne辉光放电管电子密度.物理实验.2010,30(第01期),1-5. * |
| 弱磁场中辉光放电等离子体参数诊断;白彦东, 魏合林;华中理工大学学报;26(第07期);10-12, 15 * |
| 杨长铭等.物理实验.武汉大学出版社,2010,336-337. * |
| 气体放电等离子体特性测量I-V曲线不对称性的研究;张洪志;崔海峰;姚斌;;物理实验;26(第07期);34-38 * |
| 稳态放电等离子区中电子温度的双探针测量法;陈宗柱;电子器件;18(第02期);90-96 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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