[发明专利]一种基于脉冲汤逊法的实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于脉冲汤逊法的实验装置及方法，包括真空腔体、光学系统、真空系统和测量系统四个部分；其中，真空腔体由真空腔室、第一薄膜规气压计、第二薄膜规气压计、微水含量检测仪、微氧含量检测仪、电极支座、电极绝缘连接件、真空位移台、罗戈夫斯基电极、光阴极镀膜玻璃、高压线缆和绝缘套筒组成；光学系统包括纳秒激光器、分光镜、扩束镜、光电二极管；真空系统包括机械泵、分子泵、质量流量计、电磁阀；测量系统包括高压直流电源、限流电阻、高压探头、稳压电容、增益可调跨阻放大器、示波器和计算机；本发明可以快速、准确的控制测量气体的类型，实现对其放电参数的精确测量，并通过有效电离速率系数确定其临界击穿场强。

【技术领域】

本发明属于等离子体物理和气体放电领域，尤其涉及一种基于脉冲汤逊法的实验装置及方法。

【背景技术】

六氟化硫气体有良好的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于中高压气体绝缘设备中；同时，该气体也是等离子体工业领域常用的气体介质。然而，六氟化硫是一种极强的温室效应气体，因此其使用逐渐被限制或者替代。为了探索跟中新型绝缘气体的应用，准确测量气体中电子群参数是很有效的方法。气体中电子群参数是单一气体和混合气体放电性质的重要表征，同时也是低温等离子体中各物理过程的统计体现。

因此，准确测量气体中电子群参数对研究气体的绝缘性能、电子输运参数和碰撞截面等基础性质有着重要意义。

脉冲汤逊法(Pulsed Townsend Method，以下简称PT)是一种准确测量气体中放电参数的实验方法，PT实验是基于脉冲激光聚焦于光阴极表面由光电效应释放出一定数量的初始电子，通过测量初始电子在均匀电场和待测气体环境下运动产生的位移电流波形，从而达到测量气体中电子群参数的实验方法。

传统的PT实验往往采用激光从测量观察窗入射至光阴极表面，这样激光通路对待测气体造成一定的影响，从而导致实验精度下降。

其次，传统的PT实验装置在电极间距的控制上往往采用传统的机械结构，导致电极距离设定的精度和可重复性不高，同样会造成实验精度受到影响。

再者，传统的PT实验方法对测量所得的位移电流波形采用相对简单的数学物理模型进行分析，无法充分提取所测电流信号中的信息，获得完整的气体中电子群参数数据。

目前，还没有一种实验装置和实验方法能自动、高效地开展实验，并从实验波形中获取高精度、完整的气体放电参数。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有技术中传统的PT实验装置在电极间距的控制上往往采用传统的机械结构，导致电极距离设定的可重复性不高，同样会造成实验精度受到影响的问题，提供一种基于脉冲汤逊法的实验装置及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于脉冲汤逊法的实验装置，包括真空腔体、用于真空腔体接收光电效应释放实验所需初始电子的光学系统、用于保证真空腔体内气体压力和成分不变的真空系统以及用于测量真空腔体内电场均匀度的测量系统；

所述真空腔体包括真空腔室、电极支座、电极绝缘连接件、真空位移台、罗戈夫斯基电极、光阴极镀膜玻璃、高压线缆以及绝缘套筒；

所述电极支座位于在真空腔室内，

所述电极支座的下方通过真空位移台滑动连接；

所述罗戈夫斯基电极包括静电极和动电极；

所述真空位移台上设置有用于动电极做往复运动的真空伺服电机；

所述真空伺服电机上设置有用于控制静电极和动电极之间间距的光栅尺；

所述光阴极镀膜玻璃与静电极连接，所述动电极与电极绝缘连接件连接；