常压空气亚微秒脉冲DBD高速摄影研究

为研究亚微秒脉冲激励常压空气介质阻挡放电(DBD)时空演化规律,采用高速摄影相机(ICCD)在ns量级时间曝光范围内,分别在单次及连续放电(500Hz)情况下研究放电等离子体的发光性质及放电发展过程。结果表明:在亚微秒高压脉冲平行板结构放电条件下,起始阶段放电表现出不均匀性,随着电流增大发光增强并变得均匀,在回路电流最强位置时放电达到均匀状态,并且放电均匀性在回路电流下降阶段明显好于其上升沿阶段,放电发光强度与电流波形可以很好的吻合。在一定外界参数条件下,二次放电的存在受到电源重复频率、电压幅值等参数的影响。在单次放电条件下可以明显观测到二次放电的存在,相较于一次放电,二次放电更加均匀;连续状态放电模式下几乎观察不到二次放电。

常压空气亚微秒脉冲多层介质阻挡实验研究

多层介质阻挡放电可在纵向空间增大放电等离子体的体积及其与材料相互作用的表面积,在实际工业生产中将有广泛的应用前景。为此采用单极性重复频率高压亚微秒脉冲功率源,激励多层介质阻挡放电,在大气压空气中直径130 mm区域,获得3层介质2层间隙分别为2 mm、2 mm以及5层介质4层间隙分别为1 mm、1 mm、1 mm、2 mm的均匀放电等离子体,采用普通相机(曝光时间1/17 s)对放电图像进行拍摄,不能分辨放电细丝的存在。采用ICCD对三层介质挡板两层2 mm间隙放电过程进行高速摄影实验,在曝光时间5 ns情况下对放电等离子体进行拍摄,发现上下两层间隙放电发光均匀分布在整个放电间隙,并且两层发光强弱保持良好的一致性,表明多层介质阻挡放电击穿具有同时性。

常压空气亚微秒脉冲多层介质阻挡的实验研究

采用单极性重复频率高压亚微秒脉冲功率源，激励多层介质阻挡放电，在大气压空气中获得均匀的放电等离子体。采用高速摄影相机（ICCD）对3层介质挡板、2层2mm气隙放电过程进行了研究，在曝光时间为5ns的情况下对放电等离子体进行拍摄，结果发现：上、下2层间隙放电等离子体的发光均匀分布，并且2层发光强弱保持良好的一致性。说明多层介质阻挡放电击穿具有同时性。

自制亚微秒脉冲幅值测试仪

单个脉冲或一系列重复脉冲是电子爱好者常见的电信号之一,通常用示波器显示脉冲波形,并测定其幅值。但是对于亚微秒脉冲的测量,由于其频率高,要求示波器的带宽更宽;市售的脉冲示波器价格较贵,对电子业余爱好者来说是件奢侈品。本文介绍一款适合自制的亚微秒脉冲幅值测试仪,电路原理如附图所示(见第22页)。该仪器只需连接一台普通的万用表,就可以很方便地测出单个脉冲和一系列重复脉冲的幅值。该仪器能测试最小脉宽0.1μs,幅值最大为100V的亚微秒脉冲信号。对脉宽的最大值没有特殊要求,只需两个脉冲之间的时间间隔大于100μs。

亚微秒脉冲表面介质阻挡放电等离子体诱导连续漩涡的研究

使用粒子激光图像测速技术对亚微秒脉冲激励表面介质阻挡放电激励器连续产生诱导漩涡进行了实验研究,给出了包含脉冲重复频率和漩涡频率的双频率激励模式的具体形式.实验过程中出现了原发型与继发型两类示踪粒子空白区,前者由放电释热的微爆炸作用造成,使得诱导流动远离壁面,能够减小壁面摩擦阻力的作用;以暴露电极左侧继发型空白区被完全吹除作为重复启动激励的临界点.为提高控制效果应采用尽可能高的脉冲重复频率,漩涡时间内脉冲数量应大于10,最大诱导速度随脉冲数量增大而增大,但动量传递效率降低.使用亚微秒脉冲激励具备释热、体积力两种作用机理.

基于磁隔离驱动的亚微秒高压脉冲电源

为满足不可逆电穿孔对高压纳秒脉冲电源的需求,并且突破电源模块耐压的限制,提出了一款以正极性Marx为主电路、具有ns级前沿的高重复频率的亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源使用光纤传输信号,经过驱动芯片放大信号后,利用磁芯变压器传递驱动信号给MOSFET。磁芯变压器给电路提供了磁隔离,使驱动电路不会受高压输出的影响,提高了电路的耐压水平。驱动电路设计简单,所需元器件较少,可提供负压偏置,使开关管可靠关断,提高电路的抗电磁干扰能力,保障电路稳定运行。此电源由16级电路构成,实验表明:在10 kΩ纯阻性负载上,当输入电压为630 V时,即可得到10 kV的高压输出。其最小脉宽为300 ns,频率1 Hz~10 kHz可调。该脉冲电源结构紧凑,能够做到输出电压、脉宽、频率可调。研究了磁芯材料和匝数对驱动脉宽的影响。结果表明:匝比的增加会影响信号脉宽,在一定的条件下,单匝电感量的差异和磁芯材料的不同对信号脉宽的影响较小。

空气中三介质层脉冲DBD对聚四氟乙烯的亲水性改善

为了研究多层脉冲介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)对聚四氟乙烯薄膜表面亲水性改善的影响,采用3层介质层阻挡的结构,在大气压空气中使用亚微秒级重复频率单极性脉冲电源驱动产生放电低温等离子体。在一定的处理时间条件下,通过改变薄膜所处介质层方式、施加电压幅值、电源频率及气隙间距进行聚四氟乙烯薄膜表面处理实验,并测量处理前后薄膜的表面水接触角。结果显示当3层介质层上均贴有薄膜样品时水接触角变化最大,处理效果较好;随电压幅值及频率的增加薄膜表面水接触角减小并趋于饱和,气隙间距1 mm时薄膜表面水接触角从118°变化最小可到72°左右;而对处理后薄膜进行酒精清洗,发现频率过大或过小时、气隙间距过大或过小时薄膜表面处理效果不明显,在电压40 k V、频率500 Hz、气隙间距1 mm时的薄膜表面亲水性改善效果最佳,清洗后其表面水接触角最小可达85°左右,并可进行多层薄膜同时处理。与双层介质层放电等离子体表面效果相比,该放电结构具有很好的PTFE薄膜亲水性改善效果,能够增加薄膜处理面积,为实际应用提供了可靠的数据参考及可行路线。

大气压氦气多路低温等离子体射流

为了研究大气压低温等离子体多路射流阵列的放电特性,设计一个实现7路低温等离子体射流的放电装置,采用单电极放电结构,在开放的大气环境下通入氦气。采用高压窄脉冲重复频率电源激励驱动该放电装置,电源脉冲宽度约230ns,脉冲上升沿约为120ns。在重复频率为500Hz的条件下,通过高速摄影初步发现放电电流脉宽约为110ns,且无反向放电。试验结果表明:平均射流长度随电压幅值增加而增加,在一定电压幅值时射流长度有达到饱和的趋势,这是由于射流通道尾部有空气进入,电压幅值已不再是主要原因;只有在合适的气体流量值时,才能够获得较长的平均射流长度,这是由于气体流量过大或过小时射流均不足以维持形成的放电通道;此外,中心电极放电射流长度受气体流量影响较大,气体流量在一定值时可以观察到中心电极有较长的射流,射流放电强度较弱,气体流量过大或过小时中心电极几乎无放电,这是由于四周电极更易形成放电射流,削弱了中心电极放电。