Способ диагностики плазмы

ОПИСАНИЕ ИЗОЬЕЕТ ЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУЗввги Союз СоветскихСоциалистицескихРеспублик Зависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 02.%.1971 ( 1642998/26-25) М. Кл. б 01 п 27/22 с присоединением заявкиПриоритетОпубликовано 22,И,1973. Бюллетень28Дата опубликования описания 17.Х.1973 Государствейный комитет Совета Министров СССР по делам изабрвтвний и открытийУДК 533.9.08(088.8) Авторыизобретения Н. Л, Колесников, Б. С, Лебедев и Е. В. Карташев Заявитель СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЫ Изобретение может быть использовано в лабораторных условиях для исследования плазмы газового разряда в газодинамических, ударных и других установках, а также в полете для исследования плазмы ионосфер Земли и других планет и плазменных образований, возникающих вокруг летательных аппаратов.Известны радиочастотные зонды, в том числе радиочастотные импедансные зонды, на которые подают модулированное по частоте напряжение, сигнал с зонда усиливают и выделяют огибающую модулированного напряжения, по которой судят об импедансе плазмы.Недостатком известных зондов является погрешность измерений, возникающая из-за приэлектродного слоя, который окружает зонд. Параметры приэлектродного слоя существенно отличаются от параметров невозмущенной плазмы. Информация, получаемая с помощью радиочастотного зонда, дает усредненные значения параметров плазмы по некоторому объему, куда неизбежно входят приэлектродные слои, что и вносит погрешность в измерения. Попытки учесть влияние приэлектродных слоев на результаты измерения не привели к желаемой цели из-за отсутствия данных о толщине и других характеристиках слоя. Получение этих данных равноценно процедуре диагностики плазмы.Целью изобретения является повышениеточности измерения путем устранения влия 5 ния приэлектродного слоя на результат измерения и расширение полезной информации опараметрах плазмы, получаемой в опытес помощью импедансного радиочастотногозонда,10 Это достигается путем одновременной подачи зондирующего напряжения модулированной радиочастоты и пилообразного напряжения положительной полярности на зонд, изолированный от корпуса летательного аппа 15 рата.На фиг. 1 изображена блок-схема измерительного устройства; на фиг, 2 - резонансныекривые зонда; на фиг. 3 - форма измерительного сигнала,20 От генератора 1 синусоидальное напряжение модулированной радиочастоты подают нарезонансный чувствительный элемент 2 и назонд 3. Одновременно с зондирующим напряжением от генератора 4 на зонд подают пило 25 образное напряжение положительной полярности, которое воздействует на приэлектродный слой, уменьшая его до нуля. Снимаемыес зонда колебания зондирующей частоты, модулированные по амплитуде, усиливаются и30 детектируются соответственно в блоках б и б,в результате выделяют огибающую модулированного напряжения. Эта огибающая является измерителыным сигналом, несущим полезную информацию о параметрах плазмы.Размах пилообразного напряжения выбирают таким, чтобы он,примврно в два,раза превышал ожидаемое абсолютное значение плавающего потенциала. При таких параметрах пилы в каждый период ее действия потенциал зонда, непрерывно изменяясь, будет достигать значения плавающего потенциала зонда примерно на середине пилы, что необходимо для удобства отсчета результатов измерений.На фиг. 2 и 3 приведены прафики, поясняющие принцип, преобразования зондирующего напряжения в измерительный сигнал. Сплошные кривые поясняют исходное состояние, когда зонд не погружен в плазму; штриховые относятся к рабочему режиму - зонд находится в исследуемой среде,Амплитуда огибающей является функцией добротности резонансного чувствительного элемента или ,функцией активного сопротивления шунтирующего зонда, а сдвиг собственной частоты р (обозначено р, "р) средней зондирующей частоты , определяется разностью Ле между диэлектрической проницаемостью исследуемой среды и воздуха. На практике сдвиг частоты определяют по напряжению расстройки ЛУ (см. фиг. 3), В исходном состоянии частоты р и Г, совпадают, ЛУ (о) =О, и выходной сигнал изменяется с частотой, равной удвоенной частоте модулирующего напряжения. При погружении зонда в исследуемую плазму уменьшается добротность системы, что понижает максимум резонансной кривой и сдвигает всю кривую в область высоких частот, так как диэлектрическая проницаемость плазмы меньше единицы (фиг. 2), На фиг. 3 показан ход измерительного сигнала при действии на зонд пилообразного напряжения. Ясно обозначен минимум Л , на периоде развертки пилы, еде и нужно проводить измерения. Измерив У ф) и ЛО (Ж) в точках минимума и пользуясь тари ровочными графиками, производят расшифровку эксперимента, определяя последовательно о и Ье по известным формулам. 4Измеренные значения активной Я, и реактивной Х,составляющих импеданса свободны от попрешности, вносимой приэлектродным слоем, а рассчитанные по этим данным 5 электронная концентрация и, и эффективнаячастота столкновений электронов ,фф будут достоверными параметрами исследуемой среды.Кроме того, в области минимума,импедан са на развертке пилы, фиксируемого на записи измюрителыного сигнала, определяют по напряжению пилы значение плавающего потенциала У,= - и, следовательно, электронКГе15 ную температуру Т, (К - постоянная Больцмана, е - заряд электрона).Приравнивая напряжение пилы Ум в точкеминимума сигнала пространственному потенциалу, получим данные об электронной тем пературе Те:Цм=или Т,= - У.КТе1 КТаким образом, предлагаемый способ диаг 25 ностики плазмы позволяет определить какэлектрофизические параметры плазмы - электропроводность о и диэлектрическую проницаемость Е=1+Лв, так и ее внутренние характеристики - электронную концентрацию и30 эффективную частоту столкновения электронов кафф и электронную температуру Т,.Предмет изобретенияСпособ диагностики плазмы с помощью им 35 педансного зонда, при котором на зонд подают модулированное по частоте напряжение,сигнал с зонда усиливают, детектнруют и выделяют огибающую модулированного напряжения, по которой судят об импедансе плаз 40 мы, отличающийся тем, что, с целью устранения влияния экранирующего приэлектродногослоя на результаты измерений, на зонд одновременно с модулированным напряжением подают медленно изменяющееся напряжение по 45 ложительной полярности, а измерение импеданса производят в момент минимума величины опибающей модулированного, напряжения,который достигается при изменении положителыного напряжения на зонде,ь Б. КононТараненко Соста хред Изд.1697сударственного комитетапо делам изобретений иМосква, Ж, Раушская пография, пр. Сапунова,орректоры: Н, Стельмахи М, ЛеизерманПодписноеистров СССР ираж 755вета Минкрытийб д. 4/5