[发明专利]测量等离子体丝旋转周期的装置和方法

说明书

本发明提供了一种测量等离子体丝旋转周期的装置和方法。所述测量等离子体丝旋转周期的装置包括光学准直管、光阑、光电倍增管、同轴线缆和示波器。所述测量等离子体丝旋转周期的方法主要步骤为：a、将光学准直管的一端对准旋转等离子体丝的下端，另一端插入光阑的通孔内；b、将光阑固定在光电倍增管的入射光口前；c、利用同轴线缆将光电倍增管与示波器相连接；d、打开示波器和光电倍增管的开关，同时调节光电倍增管的增益电压，通过示波器上显示的波形即可对等离子体丝的旋转周期进行监测和记录。本发明所提供的装置结构简单，操作方便，测量结果准确，装置成本低，便于推广应用。

技术领域

本发明涉及低温等离子体技术领域，具体地说是一种测量等离子体丝旋转周期的装置和方法。

背景技术

大气压液体电极产生的等离子体广泛的应用于医疗、环境、工业、军事等领域，如杀菌消毒、液体官能化、水的活化、污染水的处理、纳米材料的合成与加工、材料生长等。通常，液体电极装置产生的放电丝是旋转的，测量等离子体丝旋转周期的方法主要有三种。

第一种为电学法，通过测量放电电压获知等离子体丝的旋转周期。这种方法只适用于等离子体丝旋转轨迹是椭圆形的情况。在这种情况下，等离子体丝在旋转过程中的长度会发生变化。这种变化会导致放电电压的波动，通过电压波形的波动频率即可估算等离子体丝的旋转周期。显然，这种方法仅适用于外加电压为直流电压的情况，应用面较窄。并且，由于信噪比差的原因，放电电压的波动频率的估算误差较大（参见公开文献2008Plasma Sources Sci. Technol. 17，045001）。

第二种，利用电荷耦合器件（ICCD），通过拍摄不同曝光时间下等离子体丝的运动轨迹进而估测等离子体丝的旋转周期，这种方法比较适用于等离子体丝旋转频率低的情况。因为当等离子体丝的旋转频率高时，短曝光时间下等离子体丝旋转轨迹的弧长很短，圆心角度小，测量误差大。

第三种，利用高速录像机，记录短曝光时间下放电丝（即等离子体丝）运动一周所需要的时间即为等离子体丝的旋转周期。曝光时间越短，信噪比越差，因而这种方法也存在弊端（参见公开文献2014 IEEE Trans.plasma Sci.,42，10）。

上述三种测量等离子体丝旋转周期的方法均存在测量误差大的问题，而且这三种方法中所用到的设备都比较昂贵。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种测量等离子体丝旋转周期的装置，以解决现有的用来测量等离子体丝旋转周期的装置昂贵、信噪比差、测量误差大等的问题。

本发明的目的之二就是提供一种测量等离子体丝旋转周期的方法，用该方法测量等离子体丝的旋转周期具有测量精确、信噪比高、操作简单等优点。

本发明的目的之一是这样实现的：一种测量等离子体丝旋转周期的装置，包括光学准直管、光阑、光电倍增管、同轴线缆和示波器；

所述光学准直管为水平设置的中空直管结构，其一端指向旋转等离子体丝的下端，另一端与所述光阑的通孔相接；所述光阑设置在所述光电倍增管的窗口前并与所述光电倍增管紧贴；所述光电倍增管通过所述同轴线缆与所述示波器相连接；旋转等离子体丝呈上小下大的锥形体结构；旋转等离子体丝的发光信号经所述光学准直管和所述光阑后进入所述光电倍增管，所述光电倍增管用于将光信号转化为电信号并使电信号经同轴线缆传送至所述示波器中，通过所述示波器上显示的电信号波形即可得知等离子体丝的旋转周期。

所述光学准直管的材质是石英或玻璃等非金属电介质材料。光学准直管内腔的横截面形状可以是圆形、方形或椭圆形等。光学准直管的内腔尺寸（指内腔最长的距离，对于圆形内腔指内径，对于方形内腔指对角线，对于椭圆形内腔指长轴）为0.5-2mm；光学准直管内腔尺寸过大则测量误差偏大，光学准直管内腔尺寸过小则获得信号的信噪比较差。光学准直管的长度一般设置为大于3cm，小于8cm。所述光学准直管的外侧壁用不透光材质包裹，以防止杂散光进入，影响信噪比。