Способ измерения параметров плазмы
Патент 342521
Классы МПК
Способ измерения параметров плазмы
Иллюстрации
Реферат
342521
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социал исти иеских
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”
Заявлено 18.Y.1970 (№ 1438979/26-25) с присоединением заявки №вЂ”
Приоритет
Опубликовано 31.Х.1972. Бюллетень № 33
Дата опубликования описания 1.11.1973
М. Кл. G Оlп 23/24
G O1n 27/02
Комитет по делом изобретений и открытий при Совете Министров
СССР
-Л™ удквбамвтймА
1ЛТЮТ1;0библио e" "
Авторы изобретения
H. Л. Колесников, Б. С. Лсбедев и E. В. Карташев
Заявитель
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ
Предлагаемый способ может быть использован для исследования параметров плазмы в лабораторных условиях, для исследования плазмы ионосфер Земли и других планет, межпланетной и космической плазмы.
Известен способ измерения параметров плазмы с помощью радиочастотных зондов, заключающийся в получении кривой зависимости выходного измерительного сигнала от частоты зондирующего поля пь По положению максимума и ширине экспериментальной кривой определяют параметры плазмы. Недостатком указанного способа является его трудоемкость: на единичное измерение требуется большое число опросов по телеметрическому каналу, так как нужно построить кривую, чтобы получить одно измерение.
Такой вид передачи информации не рационален, особенно при межпланетных и космических исследованиях, когда информация передается кодом, на формирование которого требуется довольно много времени, причем измерительный сигнал во время формирования кода должен оставаться постоянным.
Предлагаемый способ измерения параметров плазмы свободен от указанного недостатка и заключается в следующем; зонд любой конструкции, являющийся неотъемлемой частью электрической колебательной системы, погружают в исследуемую плазму. Зонд поочередно запитывают зондирующим синусоидальным напряжением постоянной амплитуды, но различной частоты, т. е. напряжением
Esine1t и Ез1ппт / (см. фиг. 1). Частоты От> и
5 тп> выбирают такими, чтобы они ложились симметрично на линейных участках резонансной кривой колебательной системы, в которую включен зонд. При воздействии на зонд реактивной и активной компонент плазмы резо10 нансная кривая сдвигается вправо (пунктирная кривая), так как диэлектрическая проницаемость плазмы е„(1 и максимум напряжения при резонансной частоте понижаются (в систему вносятся диэлектрические потери).
15 Напряжения UI и U2, возникающие на зонде при зондировании плазмы и соответствующие частотам roI и тп, различны по абсолютной величине. Эти напряжения усиливаются до определенного значения, затем детектиру20 ются, в результате измерительный сигнал получает форму прямолинейных штрихов (см. фиг. 2). Разность уровней напряжения сосед.них штрихов является функцией измеряемых параметров.
25 При такой форме записи измерительного сигнала для единичного измерения достаточно снять информацию лишь по одной точке с двух соседних штрихов. Очевидно, что в этом случае не требуется высокая опросность теле30 метрии. Кроме того, прямолинейно штрихо34252l а
a=
= 2,82 10-г оЛр
= 3,2 10
Со р где
25
U(s) Й вЂ” 1
Л = — =3,2 10 —, Сц v вая форма записи измерительного сигнала удобна для формирования и передачи информации кодом.
:Таким образом, предлагаемый способ позволяет освободиться от быстродействующей радиотелеметрии, высвободить ряд телеметрических каналов для записи других параметров.
Расшифровка записи измерительного сигнала и получение данных о параметрах плазмы выполняются следующим образом. В общем случае можно записать:
U, = U, — UH — U(R) — U(B), U, = U, — UA — U (R) + U (), где УЯ) — изменение выходного сигнала от начального значения U, обусловленное шунтированием зонда активным сопротивлением;
У(е) — изменение выходного сигнала, обусловленное уменьшением диэлектрической проницаемости плазмы.
В низкочастотном случае (о1« и ог« ), где v — частота столкновений электронов величины активного сопротивления R и приращения диэлектрической проницаемости Ле не зависят от зондирующей частоты и одинаковы для а и аг. Поэтому, а также потому, что система работает на линейных участках ветвей резонансной кривой, 2 2 U1 — г
ИЯ) =
На фиг. 3 и 4 приведены тарировочные графики системы соответственно по сопротивлению и емкости.
Определив U(R) и У(е) по тарировочному графику фиг. 3, находят величину Rx, а затем по R, и У(в) определяют по графикам фиг. 4 величину приращения емкости зонда C„. Зная
R, и С„по известным формулам определяют электронную концентрацию и, и эффективную частоту соударений электронов v
a= =282 10- —, 1х где а — постоянная зонда (определяется в лабораторных условиях);
Co — рабочая емкость зонда.
В высокочастотном случае о1) и аг), поэтому компоненты U(R) и U(e) зависят от зондирующей частоты и не равны друг другу
U (R) Uq(R); U<(e) Уг(е). Но частоты u)i и вг выбирают такими, чтобы они отличались не более чем на 1О/о. Следовательно, такого
10 же порядка будут иметь погрешность величины R и С„полученные при расшифровке записи измерительного сигнала. Погрешность порядка 1 — 5% при исследовании параметров плазмы вполне допустима. Рассчетные форму 5 лы для получения параметров плазмы при
co)v имеют вид: резонансная частота системы, В сильно разреженной плазме компоненты
U(R) оказываются пренебрежимо малыми, в этом случае расшифровка измерительного сиг30 нала упрощается: U(в) = U (е) Uг Я.
Значение С определяют из фиг. 4 по кривой Rp.
Предмет изобретения
Способ измерения параметров плазмы с помощью радиочастотного зонда, на который поочередно подают синусоидальное напряжение
40 с различной частотой, отличающийся тем, что, с целью сокращения избыточности информации при автоматических измерениях с кодированием и передачей информации по телеметрическому каналу, определяют резонансную
45 кривую зонда без плазмы, а при измерениях в плазме поочередно подают на зонд напряжение с двумя фиксированными частотами, которые отвечают симметричным точкам резонансной кривой, причем напряжение с зонда
50 детектируют и преобразуют в сигнал прямоугольной формы, по глубине модуляции когорого судят о параметрах плазмы.
342521
Ro х н
Составитель E. Громов
Техред T. Миронова
Корректор О. Тюрина
Редактор T. Орловская
Типография, пр. Сапунова, 2
Заказ 61/4 Изд. № 1848 Тираж 406 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5