[发明专利]基于发射光谱法的等离子体电子密度三维联合诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于发射光谱法的等离子体电子密度三维联合诊断方法，包括：获得等离子体发射光谱系数的投影图像，并利用微波干涉在预设路径上诊断第一电子密度积分值；通过三维重建算法，从投影图像中得到发射光谱系数的三维分布；利用静电探针诊断预设路径上的电子密度相对分布，并确定第二电子密度积分值；利用第一电子密度积分值及第二电子密度积分值，修正电子密度相对分布，得到预设路径的电子密度一维分布；从发射光谱系数的三维分布中提取出发射光谱系数一维分布，并计算标定公式；根据标定公式和发射光谱系数的三维分布，获得电子密度的三维分布。本发明可诊断获得等离子体电子密度的三维分布，在诊断精度和时空分辨率方面均具有优势。

技术领域

本发明属于等离子体诊断技术领域，具体涉及一种基于发射光谱法的等离子体电子密度三维联合诊断方法。

背景技术

等离子体电子密度的三维空间分布对研究电磁波与等离子体的相互作用机理有重要作用。等离子体复杂的内部结构以及动态变化快的特性对等离子体电子密度诊断技术提出了较高的要求。

目前，等离子体电子密度的诊断方法主要有静电探针法、干涉法和光谱法。静电探针法可以达到一百微米量级的空间分辨率和微秒量级的时间分辨率，具有简单、经济的优点，但是探针只能完成对等离子体定点或者定线的测量，且接触式测量会影响待测流场的分布，很难保证得到准确的电子密度信息。干涉法常见的为激光干涉诊断法和微波干涉诊断法，干涉法作为一种非接触式诊断技术，优点在于可以实现无干扰检测，诊断误差较小，但其缺点是必须仔细考虑等离子体流场的空间布局，而且只能得到传播路径上的第一电子密度。光谱法可以分为吸收光谱法和干涉光谱法，通过光谱信息诊断电子密度是一种非接触式诊断技术，但通常只能用于斯塔克(stark)效应明显的等离子体诊断中，而且光谱仪很难进行绝对校准，并且光谱诊断法获得是透镜汇聚光线范围内的等离子体整体电子密度分布。

可见，现有的诊断方法大多是单点、单线的诊断，很难对等离子体电子密度的三维空间进行整体分析。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于发射光谱法的等离子体电子密度三维联合诊断方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供一种基于发射光谱法的等离子体电子密度三维联合诊断方法，包括：

利用光学相机获得等离子体发射光谱系数的投影图像，并利用微波干涉在预设路径上诊断等离子体的第一电子密度积分值；

通过三维重建算法，从所述投影图像中得到等离子体发射光谱系数的三维分布；

利用静电探针诊断所述预设路径上的电子密度相对分布，并根据所述电子密度相对分布确定静电探针诊断的预设路径上的第二电子密度积分值；

利用所述第一电子密度积分值和所述第二电子密度积分值，修正预设路径上静电探针诊断的电子密度分布，得到预设路径的电子密度一维分布；

从所述发射光谱系数的三维分布中提取出与所述预设路径的电子密度一维分布具有时间一致性和空间一致性的发射光谱系数一维分布，并计算标定公式；

根据所述标定公式和所述等离子体发射光谱系数的三维分布，获得该等离子体电子密度的三维分布。

在本发明的一个实施例中，所述通过三维重建算法，从所述投影图像中得到等离子体发射光谱系数的三维分布的步骤，包括：

对所述投影图像进行滤波处理之后，采用面层析算法或体层析算法对所述等离子体的发射光谱系数进行三维重建，得到其发射光谱系数的三维分布。

在本发明的一个实施例中，所述利用静电探针诊断所述预设路径上电子密度的相对分布，并对所述电子密度分布积分，确定各预设位置点的电子密度积分的步骤，包括：

利用静电探针逐点诊断预设路径的电子密度相对分布；