Диссертация (1150471), страница 8
Текст из файла (страница 8)
После подачи напряжения науправляющую сетку лампа начинает закрываться, при этом увеличивается напряжение на ееаноде. Это растущее напряжение через делитель (5) подается на блок (2), которыйсравнивает его с эталонным и выдает напряжение ошибки. В результате на аноде лампынапряжение растет так же, как эталонное.Рис.2.3 Условное изображение схемы, выдающей линейно растущее напряжение.Запускающие импульсы, как и в первой схеме, подавались с цифрового генератора 18(рис.2.2). Крутизна фронта импульсов менялась в диапазоне от 5∙105 до 108 В/с. Для обеихсхем длительность импульсов составляла 10 мс от момента приложения напряжения.
Периодповторения одиночных импульсов варьировался от 15 мс до 10 с. Максимальное напряжение,которое использовалось в экспериментах, составляло 3,6 кВ. Также была изготовленатранзисторная схема, позволявшая генерировать импульсы линейно растущего напряженияотрицательной полярности амплитудой до 3,6 кВ. Диапазон наклонов был примерно такимже, как и для положительного напряжения.
Примеры осциллограмм пробойных импульсовпредставлены на рис.2.4. Обе схемы были сконструированы и изготовлены А.В.Мещановым.Система регистрации данных включала устройства для диагностики электрическихвеличин (токи в цепях заземленного и высоковольтного электродов и напряжение наразрядной трубке) и оптических измерений (интенсивность излучения разряда). В первомслучае производилось осциллографирование сигналов с делителя Tektronix P6013A(5) ирезистора R1 для контроля напряжения на трубке и тока в цепи заземленного электрода, атакже регистрировался сигнал схемы измерений тока в цепи высоковольтного электрода.Оптическая часть диагностирования состояла в записи осциллограмм сигнала ФЭУ‒79,33детектировавшего интегральное излучение разряда, измеряемое поперек трубки.
Для этихцелей к ФЭУ был подключен световод, на второй конец которого при помощикороткофокусной линзы собиралось излучение от разряда. Линза была вмонтирована вкапролоновое полукольцо, закрепленное на трубке.Припомощиописаннойсхемытакжепроизводилисьспектроскопическиеисследования излучения из фронта ВИ. Для изучения спектрального состава излученияиспользовались монохроматор 14 (рис.2.2) с дифракционной решѐткой 1200 штрихов/мм,фотоумножитель ФЭУ-106 (15), формирователь импульсов (16) и многоканальныйреверсивныйсчетчикимпульсов(17)(разработкаГ.В.ЖувикинаиВ.А.Иванова).Спектральная чувствительности системы регистрации в диапазоне 300 ‒ 850 нм былаполучена с помощью эталонной лампы накаливания.
Излучение разрядной трубкипередавалось на входную щель монохроматора с помощью световода (11). Оптическийсигнал регистрировался фотоумножителем в режиме счета фотонов. Импульсы с ФЭУ послепрохождения усилителя и формирователя поступали на многоканальный счетчик (временноеразрешение до 1 мкс, число каналов до 256). Управление счетчиком производилось скомпьютера через плату ввода/вывода, она же использовалась для передачи данных вкомпьютер.Работойсчетчикаимпульсовможнобылоуправлятьпрограммно‒устанавливать число каналов счета, их ширину, время счета, запускать счетчик,останавливать его, а также просматривать данные и сохранять их в файл.Измерение токов в цепи высоковольтного электрода производилось с применениемпояса Роговского и схем с емкостной, трансформаторной и резисторной развязкой.
В ходеэксперимента наиболее надежные результаты были получены двумя последними схемами.2.2 Методика измеренийИзмерение динамического напряжения пробоя производилось по регистрируемымосциллограммам напряжения на трубке. Пробойным потенциалом считался тот уровеньнапряжения, после которого наблюдался резкий спад на осциллограмме. На рис.2.4горизонтальными линиями отмечена точка, в которой измерялось напряжение, эта точкаотвечала максимальному значению. В каждом измерении производилась запись 20 – 50осциллограмм, усреднение по результатам их обработки давало значение динамическогопробойногонапряжения.РазработанноеА.В.Мещановымпрограммноеобеспечениепозволяло производить запись и обработку результатов автоматически, при этом для каждойсерии производились 5 контрольных измерений вручную. Отклонение измеренных вручную34величин от значений, полученных с применением программы, в большинстве случаев непревышало 1%.2,0UbUb1,82,01,61,41,5Uтруб., кВUтруб., кВ1,21,00,81,00,60,50,40,20,00,00100200300400050010001500t, мксt, мкс(а)(б)200025003000Рис.
2.4 Примеры осциллограмм фронтов разрядных импульсов. р = 1 Торр,балластноесопротивление 260 кОм. а) схема (1): напряжение источника 2,8кВ, RC = 26 мкс. б) схема(2): напряжение источника 3,6 кВ, крутизна фронта 5∙106 В/с.Исследованиеэффектапамяти.Дляэтойцелипробойпроизводилсяпоследовательностью пар импульсов напряжения, следующих с частотой 4,5 Гц.
Эффектпамяти детектировался как зависимость динамического напряжения пробоя от промежуткавремени после окончания предыдущего импульса пары (Δt). Величина Δt варьировалась от0,5 мс до 70 мс. Во всех случаях задержка по времени начала первого импульса следующейпары от окончания второго импульса предыдущей пары было не менее 200 мс. На рис.2.5схематично изображен сигнал с управляющего генератора.Рис.2.5 Вид управляющих импульсов с генератора в эксперименте с парами импульсовИсследование волны ионизации.
Оптические измерения позволяли наблюдатьдвижение фронта излучения, порождаемого волной ионизации. Установив два световода наизвестном расстоянии l друг от друга, можно определить среднюю скорость волны поформуле vВИ = l/(t2 – t1), где t1 и t2 – моменты времени, в которые ФЭУ фиксировалоптический фронт волны. Наблюдаемые скорости лежали в диапазоне от ~10 6 до ~108 см/с.35Примеры осциллограмм излучения из фронта ВИ, снятые схемой с двумя световодами,приведены на (рис.2.6 а,б).0,12ВИВИ0,04интенсивность, отн.ед.интенсивность, отн.ед.0,100,080,060,040,020,030,020,010,000,001020301040121416182022242628303234363840t, мксt, мксРис.2.6 Примеры осциллограмм оптического сигнала при пробое. р =1 Торр.Оптическая схема, помимо определения скорости ВИ, позволяла производитьспектроскопические исследования излучения оптического фронта ВИ..
На рис.2.7 приведеныпримеры спектрограмм полос второй положительной (C3u , v' = 0 → B3g , v" = 2) и первойотрицательной (B2u+, v' = 0 → X2g+, v" = 0) систем азота, полученные в ходе эксперимента.Яркость, отн. ед.2а)б)41200379380, нм381388390o, нм392Рис.2.7 Спектрограмма полос (0, 2) 2 п.с. (а) и (0, 0) 1 о.с. (б), излучаемых фронтом волныионизации. р = 1 Торр, i0 = 4 мА, заземленный катод.На основе измерений излучения полос второй положительной и первой отрицательнойсистем можно оценить величину приведенного поля E/N в области фронта волны ионизации.Из соотношения констант возбуждения состояний N2(С3Пu) и N2+(B2u+) и факторов ФранкаКондона соответствующих переходов можно было рассчитано отношение интенсивностейполос 2+(0,2) и 1-(0, 0) как функцию E/N. При этом использовалась функция распределенияэлектронов по энергиям, рассчитанная по программе, разработанной в ТРИНИТИ[http://fr.lxcat.net/].Результаты расчета приведены на рис.2.8.
На рис.2.9 показана полученнаяэкспериментальноразверткавовремениинтенсивностейисследуемыхполос(в36относительных единицах). Волне ионизации отвечает первый узкий пик интенсивностей.Определяя отношение интенсивностей, можно найти приведенное поле из первого графика.Проделанные таким образом вычисления дают для ВИ значение E/N ≈ 1000 Тд. Отметим, чтопри этом в стационарном разряде в этих условиях E/N ≈ 80Тд.Рис.2.8 Отношение интенсивностей полос 1о.с.(0, 0) и 2 п.с.(0, 2) в зависимости отзначения приведенной напряженности электрического поля.Рис.2.9 Зависимости от времени относительных интенсивностей полос первойотрицательной и второй положительной систем азота. 1 Торр, U0 = 3.75 кВ, Rб = 210 кОм,период повторения импульсов 23 мс, их длительность 3 мс.37Глава 3.
Исследование «темной фазы» развития положительного столбаразряда в азоте3.1. Вводные замечанияВ начальной стадии формирования стационарного разряда, следующей за стадиейпробоя в азоте, а также в аргоне, гелии и их смесях с молекулярными газами в широкомдиапазоне условий наблюдается пауза свечения разряда после первоначального всплескаинтенсивности. Длительность этой паузы в зависимости от условий могла варьироваться отдесятков микросекунд до нескольких миллисекунд. Это явление получило название «темнаяфаза» (ТФ); лишь по ее истечению начинает формироваться свечение стационарного разряда.Первые наблюдения этого эффекта описаны в работе [47].
При проведенииспектроскопических исследований разряда He-СО было обнаружено, что, если напряжениеисточника питания достаточно велико, то есть разрядный ток определяется, главнымобразом, величиной балластного сопротивления, а не сопротивлением разряда, то визлучении плазмы наблюдается ряд особенностей. На переднем фронте разрядного импульсапосле короткого и интенсивного пика излучения наблюдается период почти полногоотсутствия свечения всех спектральных линий и полос. В зависимости от условий, егодлительность составляла от десятков микросекунд до нескольких миллисекунд. Затемяркость излучения выходила на стационарный уровень, причем, как правило, посленескольких осцилляций.
При этом разрядный ток, контролируемый величиной балластногосопротивления, оставался практически неизменным в течение всего импульса.Дальнейшее изучение этого эффекта было продолжено в работе [48], в которойизучалась начальная стадия развития положительного столба тлеющего разряда в смесяхгелия с азотом и в чистом гелии (в этой работе и был введен термин «темная фаза»). Былообнаружено, что при уменьшении концентрации примеси увеличивалась длительность иглубина провала ТФ. Так, например, в смеси He+0.2%N2 еѐ длительность была 150-200 мкс, априуменьшениисодержанияпримесидо0.02%ТФдостигаламиллисекунднойдлительности.
Также была обнаружена зависимость эффекта от параметров цепи. Егодлительность существенно увеличивалась при увеличении напряжения источника питанияи/или балластного сопротивления. При снижении давления эффект ослабевал. Как и в работе[47], наблюдались колебания интенсивности излучения при выходе из ТФ.В этой же работе ТФ наблюдалась в чистом гелии, при этом ее длительностьдостигала 2,5 мс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
