Способ измерения импеданса плазмы

Способ измерения импеданса плазмы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ВСЕСОЮЭНА 4М

)11д зт „° г У лблиатеиа МБ;, ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетсльства— (22) Заявлено 21.07,72 (21) 1812646/26-25 с присоединением заявки Хе— (32) Приоритет—

Опубликовано 30.01.75, Бюллетень хЪ 4

Дата опубликования описания 14.08.75

"> 458749

Союз Советских

Социалистических

Республик (51) М.1хл. G 01п 23 24

G 0ln 27/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УД1х 533.9.08 (088.8) (72) Авторы изобретения

Н. Л. Колесников, Б. С. Лебедев и Е. В. Карташев (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПЕДАНСА ПЛАЗМЫ

Изобретение может быть использовано для исследования плазмы, например, в газодинамических, ударных, МГД и других лабораторных установках, а также при исследовании плазмы ионосферы и космического пространства.

С помощью используемых в настоящее время импедансных (емкостных) радиозондов одновременно независимо измеряют активную и реактивную составляющую импеданса зонда, погруженного в плазму, причем время, необходимое для измерения, достаточно велико, что ограничивает возможности такого способа при исследовании быстропротекающих процессов.

По известному способу на импедансный зонд поочередно подают синусоидальное напряжение двух частот, соответствующих при напряжении Up симметричным точкам от1 и

kg на линейных участках частотной характеристики зонда.

Прп погружении зонда в плазму его частотная характеристика деформируется и сдвигается вправо, так как диэлектрическая проницаемость плазмы меньше единицы и максимум напряжения при резонансе понижается из-за активных потерь. Напряжения, возникающие на зонде и соответствующие частотам (oi и ое, различны по величине. Эти напряжения усиливаются до определенного значения, затем детектируются, в результате измерительный сигнал получается в виде прямолинейных штрихов с периодом Т=1/F, где

F — частота манипуляции от частоты о1 к «1е и обратно. Разница в уровнях напряжения соседних штрихов является функцией пмпеданса плазмы.

Описанный выше способ не может быть применен для исследования кратковременных плазменных течений, например ударных волн, а также быстропеременных процессов в плазме.

Цель изобретения — повышение экспресспостп измерений и расширение области приме15 пения импедансного радиозонда.

Достигается это использованием двух идентичных зондов, иметощих пересекающиеся частотные: арактеристики, причем резонансные системы обоих зондов настраиваются таким

2о образом, что точка пересечения их частотных характеристик совпадает с зондирующей частотой ото. Искомую величину определяют по сумме и разности напряжений на зондах.

На фиг. 1 представлены частотные характе25 ристикп двух идентичных зондов; на фиг 2— эпюры измерительных сигналов прп реализации предлагаемого способа.

Правая ветвь частотной характеристики 1 и левая ветвь частотной характеристики 2, вза30 им 10 дополняя одна другую, заменяют одну

458749 частотную характеристику по известному способу. Однако поскольку зондирующий спнусоидальный ток 1(/) = — Ip sin apl подаетсЯ на оба зонда независимо и непрерывно, также непрерывно регистрируется и измерительный сигнал.

Напряжения, снимаемые с зондов при отсутствии плазмы, одинаковы и равны Up. При погружении зондов в исследуемую плазму обе частотные характеристики сдвигаются вправо на величину Лк, определяемую диэлектрической проницаемостью плазмы. Одновременно максимумы напряжений Ui., и 11.; на резонансных частотах понижаются вследствие вносимых актив III потерь, и поскольку чувствительности обоих зондов к изменению нмпеданса плазмы для удобства выбирают одппаковымп, то 1/.;»; =11 .;

Новые положения резонансных кривых показа lbl на фпг. 1 пунктиром. Точка пх пересечения определяет сигнал с зондов без учета влияния сдвига частотных характеристик.

Уровень сигнала в точке пересечения (UI+U )/2 зависит лишь от активного сопротивления, шунтпрующего зонд.

Разность сигналов с зондов Ul — U определяется величиной сдвига частотных характеристик Лсо, который зависит от емкостной составляющей пмпеданса плазмы.

Напряжения Ul u Uq усиливаются одинаковым образом до определенного значения, затем детектируются, в результате регистрируемые измерительные сигналы получаются в виде постоянных напряжений (фпг. 2. точка tp — момент погружения зондов в плазму).

Информация об изменении пмпедапса плазмы поступает непрерывно, и временное разрешение предлагаемого способа определяетсн постоянной времени при детектировании сигнала.

В ряде случаев можно обойтись и без детектирования сигнала, что улучшает временное разрешение, которое зависит в этом случае от постоянной времени резонансных систем зондов. При этом регистрируют переменные сигналы с частотой со, которую выбирают из конкретных условий: требуемого временного разрешения и диапазона изменения импеданса плазмы. Практически зондирующая частота

10 ао находится в пределах 105 — 10 гц.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно расширить область применения импедансного радиозонда для исследования быстропеременпых процессов в плаз15 ме, а также кратковременных плазменных течений.

Расшифровка записи зарегистрированных измерительных сигналов аналогична расшифровке по известному способу и выполняется

20 путем построения градуировочных кривых при включении в цепь зондов известных емкостей и активных сопротивлений.

25 Предмет изобретения

Способ измерения импеданса плазмы с помощью импедансного радиозонда, включаюций операцию измерения величины напряжеЗ0 пия на указан ном зонде при наличии и отсутствии плазмы для фиксированного значения зондового тока, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения нмпедансного радиозонда и повышения экспресспости, измерения величины напряжения проводят на двух зондах, имеющих пересекающиеся частотные характеристики, при частоте, соответствующей точке пересечения этих характеристик, а искомую величину определяют ю !Io сумме и разности напряжений на зондах.

458749

Фиг 2

Составитель В. Сошников

Редактор И. Орлова

Техред А. Камышннкова Корректор В, Брыкснна

Обл. тип. Костромского управления издательств, по.чпграфии и книжной торгов.чи

Заказ 1558 Изд. № 1043 Тираж 903 Подписное

Ц11ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5