[发明专利]一种介质阻挡放电中表面电荷动态分布测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于介质阻挡放电领域，涉及一种介质阻挡放电中表面电荷动态分布测量系统及方法。

背景技术

介质阻挡放电是指在正负电极间插入绝缘介质后放电空间出现的非平衡态气体放电的现象。介质阻挡放电能够在大气压或者高于大气压下获得低温等离子体，不用真空设备就可以在较低的温度下获得化学反应过程中需要的活性粒子。目前，介质阻挡放电在工业领域应用广泛，是气体放电的研究热点之一。

由于电介质表面电导率很低，介质阻挡放电产生的带电粒子到达介质后不会由于电传导而消失，而会沉积在介质表面，形成表面电荷。表面电荷产生的电场会对原气隙电场产生畸变，进而影响放电形态的演变过程。工业应用中，往往需要通过均匀的介质阻挡放电产生大量均匀的等离子体。介质阻挡放电中介质表面电荷的动态变化，对于放电形态在丝状放电和均匀放电之间的转化具有重要的调控作用。不同实验条件通过影响表面电荷在介质表面的二维动态分布，来影响放电形态和放电的均匀性。因此，在不同实验条件下，实时观测介质阻挡放电中表面电荷动态分布及其对放电特性的影响具有重要的研究价值和意义。

介质表面电荷测试方法有粉末图形法、探针扫描法和电光效应法。粉末图形法和探针扫描法都无法实现放电过程中介质表面电荷的动态测量。目前，用于表面电荷动态测量的方法主要是电光效应法。电光效应法利用偏振光通过电光晶体时产生的Pockels效应来进行表面电荷的实时动态测量。表面电荷产生的电场会使电光晶体的折射率发生改变，进而影响光强。记录光强信息的变化，通过计算即可得到表面电荷密度的二维动态分布。电光效应法分为透射法和反射法。基于Pockels效应透射法的表面电荷二维动态测量系统，利用透过电介质的光强来算得表面电荷的二维分布。该方法只能测量透明绝缘膜的表面电荷分布，而且介质的光学性质对测量精度有较大影响。反射法通过记录反射光的信息计算表面电荷二维分布，不需要光透过电介质，因此反射法对介质的透光性能没有要求。反射法具有透射法非接触和非破坏性动态测量等优点的同时，还使得一些不透明介质的表面电荷测量成为可能。

发明内容

本发明的目的在于克服粉末图形法、探针扫描法和Pockels效应透射法的技术缺点，提供一种基于Pockels效应反射法的介质阻挡放电中电荷动态分布测量系统及方法，具有非接触非破坏性、动态实时测量、对阻挡介质的透光性能没有要求等优点。本发明能够实现不同气氛、不同气压下，介质阻挡放电中介质表面电荷的二维动态分布测量，能够满足介质表面电荷研究对测量方法的所有要求。本发明通过测量表面电荷二维动态分布，来提供表面电荷积聚和消散的信息，有助于从表面电荷动态分布的角度对介质阻挡放电形态演变和放电均匀性进行深入的机理性研究。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种介质阻挡放电中表面电荷动态分布测量系统，该测量系统包括平板电极结构放电单元、He-Ne激光源、光束放大器、光阑、1/8波片、偏振分束器、凸透镜、小孔、高速摄像机，He-Ne激光源之后器件的排放顺序依次为光束放大器、光阑、偏振分束器、1/8 波片、平板电极结构放电单元，凸透镜的中心、小孔和高速摄像机镜头的中心在一条水平线上，该水平线与光学导轨垂直，且凸透镜正对偏振分束器，所述平板电极结构放电单元包括BSO测量单元、高压电极、尼龙支架、绝缘支架和地电极，绝缘支架和地电极胶合在一起，并对BSO测量单元进行固定，高压电极由尼龙支架固定，所述光阑、偏振分束器、1/8波片被固定在同一光学导轨上，凸透镜之后依次是小孔和高速摄像机。

所述BSO测量单元包括20×20×0.16mm的BSO晶体、20×20×0.8mm的BK7玻璃和ITO透明电极，BSO晶体胶合在BK7玻璃上，BK7玻璃的另一面镀有ITO透明电极。

所述高压电极为铜电极，该电极由尼龙支架固定。

所述绝缘支架所用材料为聚乙烯，与地电极胶合在一起，中间开有圆形通孔。

所述地电极为铜电极，中间有圆形通孔。

所述He-Ne激光源产生波长为632.8mm的稳定线偏振光，激光束直径为1mm，光束经过光束放大器和光阑后得到直径十几毫米的光束，并将高压电极完全照亮。