【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及射频参数测量，具体涉及一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置及方法。
技术介绍
1、要想获得具有详细等离子体特性的、更好的等离子体性能，就必须从多方面采用各种测量方法。因此必须在实验中根据目标开始测量之前考虑需要哪些参数(例如电子密度、电子温度，以及电场和磁场)。
2、在射频(rf)实验(包括螺旋波放电实验)中，主要使用电学和磁学测量方法。现有技术的探针分为两个部分：静电探针以及磁探针。静电探针主要测量电子温度、电子密度以及等离子体悬浮电位；磁探针主要测量等离子体中磁感应强度。由于实验过程中，直线装置的窗口是有限的，特定的窗口位置只能放置一种探针，这样会导致等离子体诊断的不充分、不完备。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置及方法，不仅可以测量等离子体参数还可以测量磁场参数以及波数。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，包括：
4、安装架；
5、升降结构，安装在所述安装架的底部，用于控制所述安装架在竖向方向的高度；
6、磁探针阵列，包括若干均匀间隔设置在所述安装架上表面的磁探针组，每个磁探针组均设有用于探测水平方向的磁场参数的磁探针以及探测竖向方向的磁场参数的磁探针；
7、静电探针阵列，包括若干个用于测量等离子体参数的静电探针，相邻两个磁探针组之间的安装架上表面垂直安装有一个静电探针，且所
8、信号传输结构，分别与所述磁探针阵列和静电探针阵列连接，用于将所述磁探针阵列和静电探针阵列的测量信号传输给后端终端。
9、作为优化，所述安装架呈空心管结构。
10、作为优化，所述磁探针包括金属壳体，所述金属壳体内设置有横向的陶瓷柱，所述陶瓷柱外均匀缠绕有漆包线，所述漆包线沿所述陶瓷柱的轴向成螺纹缠绕；所述金属壳体的下端固定在所述安装架上，且所述金属壳体的下端设置有伸入所述安装架内的sma接口，所述漆包线的两端与所述sma接口连接；所述金属壳体上设置有条形的开口，且所述磁探针阵列中每对两个磁探针开口均设置在所述金属壳体的顶端，其中一个开口的长度方向与所述陶瓷柱的轴线水平，另一个开口的长度方向与所述陶瓷柱的轴线垂直。
11、作为优化，所述金属壳体的底部设置有竖向的导管，所述导管与sma接口连接，所述漆包线的两端穿过所述导管与所述sma接口连接。
12、作为优化，所述金属壳体的顶部的内壁上设置有陶瓷板。
13、作为优化，所述静电探针包括两端设有陶瓷管和钨棒，所述陶瓷管内设置有钨棒且所述钨棒伸出所述陶瓷管的顶端，所述钨棒通过压接工艺与所述陶瓷管的顶端连接，所述陶瓷管的底端插接有空心的连接管，位于所述陶瓷管内的所述连接管与位于所述陶瓷管内的所述钨棒固定连接，延伸出所述陶瓷管的底端的所述连接管通过压接工艺套接导线，且所述连接管通过安装座安装在安装架上，连接管可以插接在安装座上，安装座可以固定在安装架上，所述导线穿过所述安装座延伸至所述安装架内；
14、所述信号传输结构包括与导线连接的第一传输线以及与所述sma接口连接的第二传输线。
15、作为优化，所述升降结构包括电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的顶部设置有螺杆连接端，所述安装架的下端设置有连接环，所述连接环与所述螺杆连接端螺纹连接。
16、作为优化，所述电动伸缩杆的中部与底部均套设有稳定环，中部与底部的所述稳定环的圆周方向上均匀设置有支撑杆，所述支撑杆的顶部和底部分别与中部与底部的所述稳定环固定连接。
17、本专利技术还公开了一种测量等离子体参数与磁场参数的方法，使用前述的一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置来进行测量，包括：
18、当磁探针阵列检测到电压信号时，利用任意两个磁探针组测量的电压信号之间存在的时间差δt、放电频率ω得到相位差
19、根据该两个磁探针组之间的安装距离z，计算所述磁探针阵列得到的波数k；
20、根据漆包线在陶瓷柱外缠绕的线圈匝数nc以及缠绕的所述陶瓷柱外表面的面积a1，计算磁场信号强度b；
21、利用静电探针阵列测量等离子体参数：电子电流ie、等离子体电流ip。
22、作为优化，所述相位差的公式为：
23、
24、所述波数k的公式为：
25、
26、所述磁场信号强度b的公式为：
27、
28、
29、v＝-nca1ωbcosωt；
30、其中，nc为漆包线在陶瓷柱外缠绕的磁探针线圈的匝数，v为磁探针测量的电压信号，ω为放电频率，e为等离子体电场，s为被积曲线，t为磁探针测量的时间，表示梯度算子，b表示待测磁感应强度。
31、所述电子电流ie的公式为：
32、
33、所述等离子体电流ip的公式为：
34、
35、其中，a2为静电探针的集流表面积，te为电子温度，vb为静电探针偏置电位，vp为等离子体空间电位，kb为玻尔兹曼常数，iis为离子饱和电流，ie为电子电流，me为电子质量，e为电子电荷，ip为等离子体电流，ne表示电子密度。
36、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
37、本专利技术不仅可以测量等离子体参数还可以测量磁场参数以及波数，并且只使用了一个窗口，节省了位置。
38、本专利技术设计的探针能同时测量电子温度、电子密度、等离子体悬浮电位以及磁场参数和波数。
39、磁探针阵列都安装在不锈钢杆管上，不锈钢杆管下部有升降装置来调整高度，探针在径向的位置移动。八个磁探针两两正交，分别对各自开口方向的来波敏感，能对等离子体中的波进行解耦。每个磁探针之间的间隔由待测波的波长决定，这样能够测量出待测波的实际波数。静电探针分别安装在磁探针之间的空隙处，由于静电探针之间也存在着距离，不仅能够测量等离子体参数还能够测量等离子体湍流。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，其特征在于，所述安装架呈空心管结构。
3.根据权利要求1所述的一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，其特征在于，所述磁探针包括金属壳体，所述金属壳体内设置有横向的陶瓷柱，所述陶瓷柱外均匀缠绕有漆包线，所述漆包线沿所述陶瓷柱的轴向成螺纹缠绕；所述金属壳体的下端固定在所述安装架上，且所述金属壳体的下端设置有伸入所述安装架内的SMA接口，所述漆包线的两端与所述SMA接口连接；所述金属壳体上设置有条形的开口，且所述磁探针阵列中每对两个磁探针开口均设置在所述金属壳体的顶端，其中一个开口的长度方向与所述陶瓷柱的轴线水平，另一个开口的长度方向与所述陶瓷柱的轴线垂直。
4.根据权利要求3所述的一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，其特征在于，所述金属壳体的底部设置有竖向的导管，所述导管与SMA接口连接，所述漆包线的两端穿过所述导管与所述SMA接口连接。
5.根据权利要求3所述的一种测量等离子体参
6.根据权利要求3所述的一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，其特征在于，所述静电探针包括两端设有陶瓷管和钨棒，所述陶瓷管内设置有钨棒且所述钨棒伸出所述陶瓷管的顶端，所述钨棒通过压接工艺与所述陶瓷管的顶端连接，所述陶瓷管的底端插接有空心的连接管，位于所述陶瓷管内的所述连接管与位于所述陶瓷管内的所述钨棒固定连接，延伸出所述陶瓷管的底端的所述连接管通过压接工艺套接导线，且所述连接管通过安装座安装在安装架上，所述导线穿过所述安装座延伸至所述安装架内；
7.根据权利要求1所述的一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，其特征在于，所述升降结构包括电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的顶部设置有螺杆连接端，所述安装架的下端设置有连接环，所述连接环与所述螺杆连接端螺纹连接。
8.根据权利要求7所述的一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，其特征在于，所述电动伸缩杆的中部与底部均套设有稳定环，中部与底部的所述稳定环的圆周方向上均匀设置有支撑杆，所述支撑杆的顶部和底部分别与中部与底部的所述稳定环固定连接。
9.一种测量等离子体参数与磁场参数的方法，使用权利要求1-8任一所述的一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置来进行测量，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的一种测量等离子体参数与磁场参数的方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，其特征在于，所述安装架呈空心管结构。
3.根据权利要求1所述的一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，其特征在于，所述磁探针包括金属壳体，所述金属壳体内设置有横向的陶瓷柱，所述陶瓷柱外均匀缠绕有漆包线，所述漆包线沿所述陶瓷柱的轴向成螺纹缠绕；所述金属壳体的下端固定在所述安装架上，且所述金属壳体的下端设置有伸入所述安装架内的sma接口，所述漆包线的两端与所述sma接口连接；所述金属壳体上设置有条形的开口，且所述磁探针阵列中每对两个磁探针开口均设置在所述金属壳体的顶端，其中一个开口的长度方向与所述陶瓷柱的轴线水平，另一个开口的长度方向与所述陶瓷柱的轴线垂直。
4.根据权利要求3所述的一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，其特征在于，所述金属壳体的底部设置有竖向的导管，所述导管与sma接口连接，所述漆包线的两端穿过所述导管与所述sma接口连接。
5.根据权利要求3所述的一种测量等离子体参数与磁场参数的探针阵列装置，其特征在于，所述金属壳体的顶部的内壁上设置有陶瓷板。
6.根据权利要求3所述的一种测量等离子体参数与磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢凌峰，李智，苌磊，张淮清，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。