[发明专利]多朗缪尔探针电离层电子密度快速探测方法及应用

说明书

本公开涉及等离子体诊断技术领域，具体为多朗缪尔探针电离层电子密度快速探测方法及应用，所述方法包括：将至少两个朗缪尔探针安置在电离层等离子体中，探针上施加的电压为在电子饱和区内不同值，根据探针上采集电流值、探针表面积和施加电压的差值就可以得到电子密度。该方法不依赖于完整的I‑V特性曲线和电子温度。针对空间等离子体等快速变化的等离子体探测，大大提高了探测的空间分辨率。

技术领域

本公开涉及等离子体诊断技术领域，具体为多朗缪尔探针电离层电子密度快速探测方法及应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

电离层是地球大气被太阳辐射部分电离的区域，是日地能量传输链中的重要一环，是空间天气的重要组成部分，也是最为贴近空间物理应用层面的地球空间区域。作为人类无线电波传播的主要媒介和航天活动的重要场所，电离层的状态变化能直接影响人类的通讯、导航、遥感定位和航空航天活动等。电离层的状态变化主要体现在其等离子体密度、温度等物理参量的变化上。因此，电离层等离子体密度和温度探测十分重要。

朗缪尔探针由于具有结构简单，结果可靠等优点，已经被广泛运用在电离层等离子体和实验室人工等离子体诊断中。朗缪尔探针的传统诊断方法是将一个金属电极浸入到等离子体中，然后利用控制电路在电极上施加一个扫描电压，同时采集探针上的微电流信号，得到I-V特性曲线，进而结合诊断理论得出等离子的物理参量。无论是在太空环境还是实验室的模拟环境中，朗缪尔探针均可以就位测量等离子体的电子密度(N_e)、电子温度(T_e)等特性参量。

当采用传统诊断方法获得电子密度时，首先需要获得从离子饱和区到电子饱和区完整的I-V曲线，其间需要不断改变探针上施加电压的大小，采集探针电流。为了获得准确的诊断结果，需要获得I-V曲线的精细结构，采集的点数不能过少，一般一条完整的I-V特性曲线采集点数要在100个以上。受硬件采集速度、接口通讯速率和等离子体频率的影响，采集相邻点之间需要一定的时间，这对于相对稳态的等离子体影响不大，但是考虑到当进行空间电离层等离子体诊断时，探针系统搭载的航空平台相对于等离子体环境高速运动，很难保证在采集完一条I-V曲线期间周边等离子体不发生变化，因此，提高空间分辨率对于电离层等离子体探测来说至关重要。

发明内容

为了提高空间分辨率，实现进行空间电离层等离子体诊断时具有较高的准确度，本公开提供了多朗缪尔探针电离层电子密度快速探测方法及应用。基于朗缪尔提出的 OML理论，对电子密度的获取方法做了延伸推导，本公开提供了一种可以利用两个或者多个设置在电子饱和区内不同电压的朗缪尔探针的电子密度高空间分辨率探测方法，使得电子密度的获得不依赖于完整的I-V特性曲线和电子温度。针对空间等离子体等快速变化的等离子体探测，大大提高了探测的空间分辨率。

具体地，本公开的技术方案如下所述：

在本公开的第一方面，多朗缪尔探针电离层电子密度快速探测方法，所述方法包括：将至少两个朗缪尔探针安置在电离层等离子体中，探针上施加的电压为在电子饱和区内不同值，根据探针上采集电流值、探针表面积和施加电压的差值就可以得到电子密度。

在本公开的第二方面，一种等离子体监测方法，所述监测方法包括上述多朗缪尔探针电离层电子密度探测方法。

在本公开的第三方面，上述多朗缪尔探针电离层电子密度快速探测方法或上述等离子体监测方法在能源领域、材料化工领域、环保领域、国防军事领域中的应用。

本公开中的一个或多个技术方案具有如下有益效果：