微波共振探针诊断高气压或大气压辉光放电等离子体方法研究

提出一种利用微波共振探针诊断高气压或大气压辉光放电等离子体参数的方法即从矢量网络分析仪测量探针反射回来的微波频谱特征如反射谱的半高宽，反射的最小值及其频率位置等信息中提取等离子体参数。采用电磁场模拟与实验结合的方法，研究探针几何尺寸和形状对探针微波反射频谱特征的影响并对探针进行优化设计；研究表面防护与鞘层修正；完善高气压或大气压辉光放电等离子体密度和电子温度实验诊断技术，为应用高气压或大气压辉光放电等离子体源提供一种简便的等离子体测量技术。

大气压等离子体尤其大气压等离子体射流在材料表面处理、生物以及医学等方面都有广泛的应用，因而有必要发展一些可能的等离子体参数诊断方法。本项目主要研究内容是基于传输线理论，使用微波共振探针获得探针共振谱中的特征信息，由此得到大气压等离子体射流电子密度方法。.首先仿真和实测方法对Hairpin探针进行改进，选择最佳的探针结构（包括耦合方式与探针几何尺寸）；探讨了放电器对探针测量的干扰问题，分析了造成此种现象的原因，找到了解决方案；在AtomfloTM250型等离子体射流源上，实验验证了探针微波共振谱的特征（共振频率与办高宽）与大气压等离子体射流源功率（或电子密度）的关系：共振频率不随等离子体密度的变化而漂移，而共振谱的半高宽与功率或电子密度成正比，并借助发射光谱估算了等离子体射流中的电子温度，得到大气压He等离子体射流的电子密度。.其次针对大多数线状射流的诊断问题进行了初步探索，提出了一种同轴微波共振探针（CRP）的方法。利用仿真和实测方法对CRP探针进行了改进，方法之一是在同轴探针底部添加合适的介质圆环，探针的共振品质因子（Q值）明显增加，提高了探针对等离子体参数变化的灵敏度；方法二是减少探针外导体长度，而将内导体由直圆柱体做成螺旋形状，一方面共振频率不随长度的减小而增加，提高仪器使用成本；其二是是考虑到射流长度内参数的不均匀性，尽量减小实际与理论模型的差异（假设探针长度内等离子体参数均匀分布）。