[发明专利]一种大气压等离子体电子密度的诊断方法

说明书

本发明的一种大气压等离子体电子密度的诊断方法，基于测量装置，所述测量装置包括依次通讯连接的信号捕捉单元、信号采集单元及计算单元，包括以下步骤，S1、通过信号捕捉单元捕捉正离子振荡辐射的电磁波信号；S2、通过信号采集单元采集正离子振荡辐射的电磁波信号；S3、基于采集的信号波形，获得信号的振荡频率即大气压等离子体振荡辐射电磁波信号频率；S4、根据所述的电磁波信号频率，计算出大气压等离子体的电子密度，并建立电子密度随时间的变化关系。本发明的大气压等离子体电子密度的诊断方法，其通过测量等离子体中正离子振荡辐射电磁波的振荡频率，计算得到等离子体的电子密度，具有对诊断设备要求低、测量效率高等优点。

技术领域

本发明涉及等离子体密度诊断技术领域，具体涉及一种大气压等离子体电子密度的诊断方法。

背景技术

低温等离子体的产生与控制是低温等离子体技术工程应用的基础，其应用与发展，取决于对等离子体物理过程和工艺的控制，而控制的前提是必须有可靠的检测技术作为保证，尤其是实时、原位、无扰动的检测技术。因此，对放电等离子体特征参量的准确测量成为放电等离子体实验研究和工程应用中亟需解决的问题之一。

电子密度是表征等离子体性质和状态的主要特性参数之一，目前常用的郎缪探针、发射光谱、激光诱导荧光、吸收光谱、质谱、微波透射等方法进行诊断。但由于等离子体种类复杂、产生的方式各异，电子密度分布范围极广，因此，到目前为止还没有一种方法适用于所有放电等离子体的诊断，只能依据具体情况采用不同的诊断方法。

朗缪尔探针对电子密度的诊断结果得到普遍认可，但朗缪尔探针诊断法存在着适用范围过窄，一般应用于低气压等离子体的诊断，对等离子体易产生扰动和污染，易受射频电场干扰等问题，也限制了其在放电等离子体工艺中的应用。光学发射光谱法中，斯塔克展宽准确地解决了电弧放电等高密度等离子体的诊断问题，但对密度稍低的非平衡态等离子体，其线形、线宽变化不明显，应用范围受到限制。相比之下，光学发射光谱法中的斜率法尽管对被诊断的等离子体也存在局域热平衡要求，但测量时考察的是易被测量的辐射波长和相对辐射强度，对其进行适当的方法修正后可以在很宽范围内实现对放电等离子体进行实时、原位，无扰动地测量。微波瑞利散射法主要应用于高密度等离子体的诊断，一般需要等离子体密度大于10¹⁸/m³。

发明内容

本发明提出的一种大气压等离子体电子密度的诊断方法，可解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种大气压等离子体电子密度的诊断方法，基于测量装置，所述测量装置包括依次通讯连接的信号捕捉单元、信号采集单元及计算单元，包括以下步骤，

S1、通过信号捕捉单元捕捉正离子振荡辐射的电磁波信号；

S2、通过信号采集单元采集正离子振荡辐射的电磁波信号，并获得信号的实时波形；

S3、基于采集的信号波形，获得信号的振荡频率即大气压等离子体振荡辐射电磁波信号频率；

S4、根据所述的电磁波信号频率，计算出大气压等离子体的电子密度，并建立电子密度随时间的变化关系。

进一步的，所述S4具体包括：

获得信号的振荡频率，基于采集到的电磁波振荡频率近似等于等离子体中的正离子振荡频率，依据正离子振荡频率与正离子密度关系式：其中n_i，e，ε₀，M_i分别表示正离子的密度、基本电荷、真空介电常数、正离子的质量，获得正离子密度；

基于等离子体中电子密度与正离子密度近似相等，从而得到电子密度的数值；

根据采集电信号振荡频率随时间的变化，计算得到电子密度随时间的变化关系。