同轴介质阻挡放电发生器介质层等效电容和负载特性研究-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．18(2014)185208同轴介质阻挡放电发生器介质层等效电容和负载特性研究冰赵凯牟宗信十张家良(三束材料改性教育部重点实验室(大连理工大学)，大连理工大学物理与光电工程学院，大连116024)(2014年3月27日收到；2014年5月6日收到修改稿)大气压介质阻挡放电fDBD)可以在常压下产生非平衡等离子体，已经成为热点研究领域．通过脉冲或交变电源激发放电，研究电源输出特性、电源与放电发生器负载间的匹配和外界条件对放电的影响对于理解放电现象和提高放电效

2、率具有重要意义．本文采用LissajOUS图形法，分别研究了驱动电压、气流速率等因素影响同轴DBD发生器介质层等效电容及负载幅频特性的规律．结果表明，气流速率和驱动电压等外界条件影响DBD发生器的负载特性：介质层等效电容随气流速率增大而减小，随驱动电压增大而增大；幅频特性曲线均表现出RLC回路谐振现象，谐振频率随气流速率增大而增大，随驱动电压增大而减小．通过对比发现，介质层等效电容随频率的变化曲线与幅频特性曲线具有一致的特征，介质层等效电容是影响电路谐振频率动态变化的主要因素．提出了一种有关介质层等效电容的形

3、成机制．关键词：介质阻挡放电，负载特性，阻抗匹配，等离子体PACS：52．80．Tn，52．80．Mg，52．25．MqDOI：10．7498／aps．63．185208He亚稳态数目．根据不同气流速率条件下产生的下游区域等离子体射流长度的差异，Li等[12]将其1引言划分为层状模式、过渡模式与湍流模式．Akishev大气压介质阻挡放电fDBD)是产生非热平衡等I3]指出，快速气流抑制了放电过程中的热电离等离子体的便捷手段，已被广泛地用在臭氧发生不稳定性，使得空气环境中的辉光放电更加稳定．器、CO2激光器、准

4、分子紫外光源、污染物控制与脱Luo等[14]发现，大气压氦气DBD放电电流随着流除及材料表面改性等领域【．为获取大面积均匀低速的增加先减小后增大，并指出这是由于氮分子对温等离子体，研究放电条件诸如驱动电压、驱动频氦亚稳态的猝灭作用所致．董丽芳等[15]研究了氩率、气隙间距、介质成分与厚度、气流、工作压强等气和空气混合气体介质阻挡放电中放电丝结构随因素影响放电特性的机制成为近年来DBD领域的外加电压及气压的变化过程，提出了相变的概念．研究热点【2_101．江南等[16]在氦等离子体射流研究中发现，外加电外界条件

5、能够显著影响DBD发生器的放电特压不同可呈现类streamer放电和类辉光放电模式．性和放电模式，对于其作用机制的研究已经得到学Liu等[17]利用一维流体模型模拟了不同驱动频率者的关注．Nersisyan和Graham[11】发现，在大气压下氩等离子体放电模式转变．放电条件的改变导DBD放电中控制He气流速在一定范围之内，即可致放电模式的改变，因而可影响放电电路的谐振特实现稳定的均匀放电模式，其原因是载入的He气性．将电源与DBD发生器构成的电路系统进行等流量降低了击穿电压，可同时达到最高放电效率及效模型化

6、，是研究放电条件与等效电路电气特性之国家自然科学基金(批准号：21173110，11375041)资助的课题．t通讯作者．E-mail：mzongxin@d1ut．edu．an@2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietytp：／／wulixb．hy．ac．cw,185208．1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．18(2014)185208间联系的有效方法．子体实验电源(Coronalab公司生产)，产生频率为提高DBD发生器的放电效率，改善等离子l一60kHz的准正弦

7、高压，施加在DBD发生器的驱体的均匀性，通常采用的措施是实现电源与负载之动电极上．采用Tektronix公司生产的P6015A型间的阻抗匹配[18,19】，使得电源输出的能量更多地(带宽75MHz，分压比1：1000)高压探头和Pear—耦合到发生器中，降低了发生器对电源的反射功son6585型f可用上升沿时间1．5ns)的电流探头率．但是研究发现，在DBD过程中，驱动电压、气流对放电进行电学诊断．用Siglent公司生产的SD—速率等外界条件可能导致放电系统的电气特性发S1022C型数字存储示波器采集电压、

8、电流信号．生动态变化，影响阻抗匹配的效果．DBD通常采用为测量DBD放电电极之间的迁移电荷Q，文方波脉冲电源或者准正弦的脉冲电源，其过程中经献f211中大多采用一个积分电容与DBD模块串联历了等离子体点火、熄灭和亚稳态激发、复合过程，以测量放电发生器中流过的电荷量Q．但是这种以及电荷在空间迁移和壁面吸附等复杂的宏观、微方式会增加被测电路的容性和提高位移电流，也可观过程；DBD的放电气体和放电方式也会