CN116744524A - 一种朗缪尔探针检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种朗缪尔探针检测方法及系统，涉及等离子体检测技术领域；本发明在现有的朗缪尔探针检测方法的基础上进行改进，在使用三探针在三探针模式下对等离子体进行检测的过程中，实时监测三探针的工作状态是否异常，根据三探针的工作状态异常情况切换各探针的测量模式，使工作状态正常的探针可持续检测；当部分探针因等离子体烧蚀等原因损坏时，剩余探针依然能够尽可能的对等离子体参数进行测量，避免资源浪费。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体检测技术领域，具体涉及一种朗缪尔探针检测方法及系统。
背景技术
朗缪尔探针是一种基本的等离子体诊断，可以用于测量等离子体的饱和离子流、电子温度、离子密度、悬浮电位以及等离子体电位等基本参数。根据测量参数的不同，朗缪尔探针有着不同的测量电路模式：
朗缪尔探针是一种基本的等离子体诊断，可以用于测量等离子体的饱和离子流、电子温度、离子密度、悬浮电位以及等离子体电位等基本参数。根据测量参数的不同，朗缪尔探针有着不同的测量电路模式：
单探针模式：通过在探针上加载恒定的对地负偏压，使探针表明形成离子鞘层，排斥电子而接收离子。当偏压足够高时探针电流饱和，此电流为饱和离子流Isi。
双探针模式：在两根探针间加载恒定偏压，使一根探针处于离子饱和区，另一根处于过度区，测量此时两探针的对地电压分别为V+和V-，并也可测量等离子体饱和离子流Isi。
悬浮电位探针模式：探针悬浮置于等离子中，其对地电位为悬浮电位Vf；
三探针模式：三探针模式为双探针模式与悬浮电位探针模式的直接组合，即两根探针处于双探针模式，另一根探针处于悬浮电位探针模式。根据探针原理，结合探针有效测量面积S，离子声速Cs，等离子体与静电相关的参数可计算如下：电子温度：密度/>等离子体电位Vp＝Vf+αTe，α为鞘电位降系数，由等离子体特性和探针材料共同决定；
在实际中，三探针模式因测量参数更全面被广泛使用。但当三探针中有探针因等离子体烧蚀等原因损坏时，会导致剩余探针即便完好也无法继续使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：三探针模式实际应用中，当三探针中有探针因等离子体烧蚀等原因损坏时，会导致剩余探针即便完好也无法继续使用，浪费检测资源；本发明目的在于提供一种朗缪尔探针检测方法及系统，在使用三探针在三探针模式下对等离子体进行检测的过程中，实时监测三探针的工作状态是否异常，根据三探针的工作状态异常情况切换各探针的测量模式，使工作状态正常的探针可持续检测。当部分探针因等离子体烧蚀等原因损坏时，剩余探针依然能够尽可能的对等离子体参数进行测量，避免资源浪费。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明提供一种朗缪尔探针检测方法，所述方法应用在朗缪尔探针的三探针模式下，所述三探针模式的测量模式包括：单探针测量模式、双探针测量模式、悬浮电位探针测量模式和三探针测量模式；
所述方法包括：
步骤一：基于三探针对等离子体进行检测，并实时监测三探针的工作状态是否异常；
步骤二：根据三探针的工作状态异常情况切换各探针的测量模式，使工作状态正常的探针可持续检测。
本方案工作原理：三探针模式实际应用中，当三探针中有探针因等离子体烧蚀等原因损坏时，会导致剩余探针即便完好也无法继续使用，存在检测资源浪费现象；本发明目的在于提供一种朗缪尔探针检测方法及系统，在现有的朗缪尔探针检测方法的基础上进行改进，在使用三探针在三探针模式下对等离子体进行检测的过程中，实时监测三探针的工作状态是否异常，根据三探针的工作状态异常情况切换各探针的测量模式，使工作状态正常的探针可持续检测。当部分探针因等离子体烧蚀等原因损坏时，剩余探针依然能够尽可能的对等离子体参数进行测量，避免资源浪费。
进一步优化方案为，步骤二包括：
当监测到三探针中有一根探针异常，将剩余两根探针中至少一根探针切换为单探针测量模式；
当监测到三探针中有两根工作状态异常时，将剩余一根探针切换为单探针测量模式；
当监测到三探针工作状态均异常时，不切换。
进一步优化方案为，当监测到三探针中有一根探针异常，将剩余的其中一根探针切换为单探针测量模式，另一根探针切换为悬浮电位探针测量模式。
本方案还提供一种朗缪尔探针检测系统，用于实现上述的朗缪尔探针检测方法，包括：
监测模块，用于基于三探针在对等离子体进行检测，并实时监测三探针的工作状态是否异常；
切换模块，用于根据三探针的工作状态异常情况切换各探针的测量模式，使工作状态正常的探针可持续检测。
进一步优化方案为，所述切换模块包括切换电路，所述切换电路包括：第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器；
电源的负极连接第一继电器的动触点，第一继电器的第一静触点连接第一探针，第一继电器的第二静触点接地；
电源的正极连接第二继电器的第一静触点，第二继电器的动触点连接第二探针；
电源的正极还连接第三继电器的第一静触点，第三继电器的动触点连接第一探针；
电源的正极还连接第四继电器的第一静触点，第四继电器的第二静触点接地，第四继电器的动触点连接第三探针。所述第一探针、第二探针和第三探针均与等离子体接触。
进一步优化方案为，切换电路的工作模式包括：
当第一继电器的动触点连接第一继电器的第二静触点，第二继电器的动触点连接第二继电器的第二静触点，第三继电器的动触点连接第三继电器的第二静触点，第四继电器的动触点连接第四继电器的第二静触点时，为切换电路未上电模式；
模式一：当第一继电器的动触点连接第一继电器的第一静触点，第二继电器的动触点连接第二继电器的第一静触点，第三继电器的动触点连接第三继电器的第二静触点，第四继电器的动触点连接第四继电器的第二静触点时，第一探针和第二探针工作在双探针测量模式，第三探针工作在悬浮探针测量模式；当三根探针均未损坏的情形下，可以工作在当前模式。
模式二：当第一继电器的动触点连接第一继电器的第二静触点，第二继电器的动触点连接第二继电器的第一静触点，第三继电器的动触点连接第三继电器的第二静触点，第四继电器的动触点连接第四继电器的第二静触点时，第二探针工作在单探针测量模式，第三探针工作在悬浮探针测量模式。当第一探针损坏的情形下，可以工作在当前模式。
进一步优化方案为，在切换电路的工作模式一下：
当第一探针异常时，不切换；实现第二探针工作在单探针测量模式，第三探针工作在悬浮探针测量模式；
当第二探针异常时，将第二继电器的动触点切换至第二继电器的第二静触点，第三继电器的动触点切换至第三继电器的第一静触点，实现第一探针工作在单探针模式，第三探针工作在悬浮探针测量模式。
进一步优化方案为，在切换电路的工作模式二下：
当第三探针损坏，不切换；实现第二探针工作在单探针测量模式；
当第一探针和第三探针损坏，不切换；实现第二探针工作在单探针测量模式。
进一步优化方案为，当第一探针和第二探针损坏时，将第一继电器的动触点连接第一继电器的第二静触点，第二继电器的动触点连接第二继电器的第二静触点，第三继电器的动触点连接第三继电器的第二静触点，第四继电器的动触点连接第四继电器的第一静触点，实现第三探针工作在悬浮探针测量模式。
进一步优化方案为，当第二探针和第三探针损坏时，将第一继电器的动触点连接第一继电器的第二静触点，第二继电器的动触点连接第二继电器的第二静触点，第三继电器的动触点连接第三继电器的第一静触点，第四继电器的动触点连接第四继电器的第二静触点，实现第三探针工作在单探针测量模式。
本发明提供的切换电路，实现三探针电路测量模式、单探针电路测量模式和悬浮电位探针电路测量模式的远程切换，当三探针中有一根探针损坏，可将剩余两根探针分别切换至单探针电路与悬浮电位探针电路；当三探针中有两根探针损坏时，可将剩余一根探针可切换至单探针电路，使得工作状态正常的探针能继续工作在其他模式下，便于检测人员可以继续获取等离子体的相关参数。
本方案将朗缪尔探针检测系统应用于未来聚变堆运行过程中，包括：未来聚变堆、远程控制模块和上述的朗缪尔探针检测系统；
所述远程控制模块与切换模块无线连接，远程控制模块对切换模块进行远程调控；
所述监测模块设置在未来聚变堆内，在未来聚变堆运行过程中进行等离子体检测。
在长脉冲磁约束聚变研究或未来聚变堆运行中，运行放电时间以数十分钟乃至小时计，在运行放电过程中，若静电探针三探针系统一道探测通道或者两道探测通过出现故障，在放电结束前是无法进行电路切换和维修的，此时该静电三探针系统将损失故障后的所有数据。而本方案通过朗缪尔探针检测系统，可使故障的三探针系统运行中进行配置电路切换，保留部分数据的测量能力。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的一种朗缪尔探针检测方法及系统，在现有的朗缪尔探针检测方法的基础上进行改进，在使用三探针在三探针模式下对等离子体进行检测的过程中，实时监测三探针的工作状态是否异常，根据三探针的工作状态异常情况切换各探针的测量模式，使工作状态正常的探针可持续检测；当部分探针因等离子体烧蚀等原因损坏时，剩余探针依然能够尽可能的对等离子体参数进行测量，避免资源浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为朗缪尔探针检测方法流程示意图；
图2为切换电路未上电模式电路结构示意图；
图3为切换电路模式一电路结构示意图；
图4为切换电路模式二电路结构示意图；
图5为第一探针为单探针模式和第三探针为悬浮探针模式的电路结构示意图；
图6为第二探针为单探针模式的电路结构示意图；
图7为第三探针为单探针模式的电路结构示意图；
图8为第一探针为单探针模式的电路结构示意图。
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，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明提供一种朗缪尔探针检测方法，所述方法应用在朗缪尔探针的三探针模式下，所述三探针模式的测量模式包括：单探针测量模式、双探针测量模式、悬浮电位探针测量模式和三探针测量模式；
如图1所示，所述方法包括：
步骤一：基于三探针对等离子体进行检测，并实时监测三探针的工作状态是否异常；
步骤二：根据三探针的工作状态异常情况切换各探针的测量模式，使工作状态正常的探针可持续检测。步骤二具体包括：
当监测到三探针中有一根探针异常，将剩余两根探针中至少一根探针切换为单探针测量模式；可以将剩余的其中一根探针切换为单探针测量模式，另一根探针切换为悬浮电位探针测量模式。
当监测到三探针中有两根工作状态异常时，将剩余一根探针切换为单探针测量模式；
当监测到三探针工作状态均异常时，不切换。
实施例2
本方案还提供一种朗缪尔探针检测系统，用于实现实施例1的朗缪尔探针检测方法，包括：
监测模块，用于基于三探针在对等离子体进行检测，并实时监测三探针的工作状态是否异常；
切换模块，用于根据三探针的工作状态异常情况切换各探针的测量模式，使工作状态正常的探针可持续检测。
实施例3
基于上一实施例，本实施例中切换模块包括切换电路，如图2所示，切换电路包括：电源Power、第一继电器S1、第二继电器S2、第三继电器S3和第四继电器S4；
电源Power的负极连接第一继电器S1的动触点2，第一继电器S1的第一静触点1连接第一探针Probe1，第一继电器S1的第二静触点3接地；
电源Power的正极连接第二继电器的第一静触点1，第二继电器S2的动触点连接第二探针Probe2；
电源Power的正极还连接第三继电器S3的第一静触点1，第三继电器S3的动触点2连接第一探针Probe1；
电源Power的正极还连接第四继电器S4的第一静触点1，第四继电器S4的第二静触点3接地，第四继电器S4的动触点2连接第三探针Probe3。所述第一探针Probe1、第二探针Probe2和第三探针Probe3均与等离子体接触。
切换电路的工作模式包括：
如图2所示，当第一继电器S1的动触点2连接第一继电器S1的第二静触点3，第二继电器S2的动触点2连接第二继电器S2的第二静触点3，第三继电器S3的动触点2连接第三继电器S3的第二静触点3，第四继电器S4的动触点2连接第四继电器S4的第二静触点3时，为切换电路未上电模式；
如图3所示；模式一：当第一继电器S1的动触点2连接第一继电器S1的第一静触点1，第二继电器S2的动触点2连接第二继电器S2的第一静触点1，第三继电器S3的动触点2连接第三继电器S3的第二静触点3，第四继电器S4的动触点2连接第四继电器S4的第二静触点3时，第一探针Probe1和第二探针Probe2工作在双探针测量模式，第三探针Probe3工作在悬浮探针测量模式；
如图4所示；模式二：当第一继电器S1的动触点2连接第一继电器S1的第二静触点3，第二继电器S2的动触点2连接第二继电器S2的第一静触点1，第三继电器S3的动触点2连接第三继电器S3的第二静触点3，第四继电器S4的动触点2连接第四继电器S4的第二静触点3时，第二探针Probe2工作在单探针测量模式，第三探针Probe3工作在悬浮探针测量模式。
如图4所示，在切换电路的工作模式一下：
当第一探针Probe1异常时，不切换；实现第二探针Probe2工作在单探针测量模式，第三探针Probe3工作在悬浮探针测量模式；
如图5所示，当第二探针Probe2异常时，将第二继电器S2的动触点2切换至第二继电器S2的第二静触点3，第三继电器S3的动触点2切换至第三继电器S3的第一静触点1，实现第一探针Probe1工作在单探针模式，第三探针Probe3工作在悬浮探针测量模式。
如图6所示，在切换电路的工作模式二下：
当第三探针Probe3损坏，不切换；实现第二探针Probe2工作在单探针测量模式；
当第一探针Probe1和第三探针Probe3损坏，不切换；实现第二探针Probe2工作在单探针测量模式。
如图7所示，当第一探针Probe1和第二探针Probe2损坏时，将第一继电器S1的动触点2连接第一继电器S1的第二静触点3，第二继电器S2的动触点2连接第二继电器S2的第二静触点3，第三继电器S3的动触点2连接第三继电器S3的第二静触点3，第四继电器S4的动触点2连接第四继电器S4的第一静触点1，实现第三探针Probe3工作在悬浮探针测量模式。
如图8所示，当第二探针Probe2和第三探针Probe3损坏时，将第一继电器S1的动触点2连接第一继电器S1的第二静触点3，第二继电器S2的动触点2连接第二继电器S2的第二静触点3，第三继电器S3的动触点2连接第三继电器S3的第一静触点1，第四继电器S4的动触点2连接第四继电器S4的第二静触点3，实现第一探针Probe1工作在单探针测量模式。
通过上述实施例，能实现远程控制的三探针不同的测量电路模式切换。在三探针出现部分探针损坏的情况下，通过控制继电器进行未损坏探针测量电路模式切换。
实施例4
本实施例还提供一种朗缪尔探针检测系统的应用，包括：未来聚变堆、远程控制模块和上述实施例中的朗缪尔探针检测系统；
所述远程控制模块与切换模块无线连接，远程控制模块对切换模块进行远程调控；
所述监测模块设置在未来聚变堆内，在未来聚变堆运行过程中进行等离子体检测。
在长脉冲磁约束聚变研究或未来聚变堆运行中，运行放电时间以数十分钟乃至小时计，在运行放电过程中，若静电探针三探针系统一道探测通路或者两道探测通路出现故障，在放电结束前是无法进行电路切换和维修的，此时该静电三探针系统将损失故障后的所有数据。而本方案通过朗缪尔探针检测系统，可使故障的三探针系统运行中进行配置电路切换，保留部分数据的测量能力。
以上所述的具体实施方式，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方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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 (10)
1.一种朗缪尔探针检测方法，朗缪尔探针的测量模式包括：单探针测量模式、双探针测量模式、悬浮电位探针测量模式和三探针测量模式；其特征在于，所述方法应用在三探针测量模式下；
所述方法包括：
步骤一：基于三探针在对等离子体进行检测，并实时监测三探针的工作状态是否异常；
步骤二：根据三探针的工作状态异常情况切换各探针的测量模式，使工作状态正常的探针可持续检测。
2.根据权利要求1所述的一种朗缪尔探针检测方法，其特征在于，步骤二包括：
当监测到三探针中有一根探针异常，将剩余两根探针中至少一根探针切换为单探针测量模式；
当监测到三探针中有两根工作状态异常时，将剩余一根探针切换为单探针测量模式；
当监测到三探针工作状态均异常时，不切换。
3.根据权利要求2所述的一种朗缪尔探针检测方法，其特征在于，当监测到三探针中有一根探针异常，将剩余的一根探针切换为单探针测量模式，另一根探针切换为悬浮电位探针测量模式。
4.一种朗缪尔探针检测系统，其特征在于，用于实现权利要求1-3任意一项权利要求所述的朗缪尔探针检测方法，包括：
监测模块，用于基于三探针在对等离子体进行检测，并实时监测三探针的工作状态是否异常；
切换模块，用于根据三探针的工作状态异常情况切换各探针的测量模式，使工作状态正常的探针可持续检测。
5.根据权利要求4所述的一种朗缪尔探针检测系统，其特征在于，所述切换模块包括切换电路，所述切换电路包括：第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器；
电源的负极连接第一继电器的动触点，第一继电器的第一静触点连接第一探针，第一继电器的第二静触点接地；
电源的正极连接第二继电器的第一静触点，第二继电器的动触点连接第二探针；
电源的正极还连接第三继电器的第一静触点，第三继电器的动触点连接第一探针；
电源的正极还连接第四继电器的第一静触点，第四继电器的第二静触点接地，第四继电器的动触点连接第三探针。
6.根据权利要求5所述的一种朗缪尔探针检测系统，其特征在于，所述第一探针、第二探针和第三探针均与等离子体接触。
7.根据权利要求6所述的一种朗缪尔探针检测系统，其特征在于，所述切换电路包括工作模式：
当第一继电器的动触点连接第一继电器的第二静触点，第二继电器的动触点连接第二继电器的第二静触点，第三继电器的动触点连接第三继电器的第二静触点，第四继电器的动触点连接第四继电器的第二静触点时，为切换电路未上电模式；
模式一：当第一继电器的动触点连接第一继电器的第一静触点，第二继电器的动触点连接第二继电器的第一静触点，第三继电器的动触点连接第三继电器的第二静触点，第四继电器的动触点连接第四继电器的第二静触点时，实现第一探针和第二探针工作在双探针测量模式，第三探针工作在悬浮探针测量模式；
模式二：当第一继电器的动触点连接第一继电器的第二静触点，第二继电器的动触点连接第二继电器的第一静触点，第三继电器的动触点连接第三继电器的第二静触点，第四继电器的动触点连接第四继电器的第二静触点时，实现第二探针工作在单探针测量模式，第三探针工作在悬浮探针测量模式；
所述切换电路还包括工作模式：
当第一继电器的动触点连接第一继电器的第二静触点，第二继电器的动触点连接第二继电器的第二静触点，第三继电器的动触点连接第三继电器的第一静触点，第四继电器的动触点连接第四继电器的第二静触点时，实现第三探针工作在单探针测量模式。
8.根据权利要求7所述的一种朗缪尔探针检测系统，其特征在于，在切换电路的工作模式一下：
将第二继电器的动触点切换至第二继电器的第二静触点，第三继电器的动触点切换至第三继电器的第一静触点，实现第一探针工作在单探针模式，第三探针工作在悬浮探针测量模式。
9.根据权利要求6所述的一种朗缪尔探针检测系统，其特征在于，所述切换电路还包括工作模式：
当第一继电器的动触点连接第一继电器的第二静触点，第二继电器的动触点连接第二继电器的第二静触点，第三继电器的动触点连接第三继电器的第二静触点，第四继电器的动触点连接第四继电器的第一静触点时，实现第三探针工作在悬浮探针测量模式。
10.根据权利要求4-9任意一项所述的朗缪尔探针检测系统，其特征在于，应用于未来聚变堆运行过程，包括：未来聚变堆、远程控制模块和权利要求4-9任意一项所述的朗缪尔探针检测系统；
所述远程控制模块与切换模块无线连接，远程控制模块对切换模块进行远程调控；
所述监测模块设置在未来聚变堆内，在未来聚变堆运行过程中进行等离子体检测。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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