本發(fā)明涉及一種等離子體表征系統(tǒng)，具體涉及一種等離子體原位表征系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

等離子體是由帶電粒子和各種中性粒子組成的集合體，其正負(fù)電荷的電量相等，因此宏觀上呈電中性。等離子體是除固體、液體、氣體以外的第四種物質(zhì)存在形態(tài)。宇宙中超過99％的物質(zhì)都是以等離子體狀態(tài)存在的。人工等離子體可通過氣體或液體放電的方式獲得。放電方式包括介質(zhì)阻擋放電、電暈放電、火花放電、輝光放電和弧光放電等。等離子體的獨(dú)特之處在于它能通過高能電子活化分子。

目前，等離子體技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，如核聚變發(fā)電、噴涂、材料的表面改性、薄膜沉積與刻蝕、微粒材料的制備等。隨著人們對等離子體科學(xué)技術(shù)的研究不斷深入，等離子體技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于化學(xué)合成領(lǐng)域，成為創(chuàng)造新物質(zhì)的重要手段之一。

由于等離子體中含基態(tài)原子、基態(tài)分子、激發(fā)態(tài)原子、激發(fā)態(tài)分子、自由基和活性基團(tuán)等多種粒子，其中許多粒子的壽命很短，部分粒子的壽命甚至僅在毫秒或納秒級別；例如，在很短的時間內(nèi)激發(fā)態(tài)的原子或分子就退激發(fā)為基態(tài)的原子或分子，正離子與自由電子復(fù)合生成中性粒子，因此對于涉及等離子體的反應(yīng)而言，其反應(yīng)過程的監(jiān)測和描述十分困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中等離子體的狀態(tài)表征困難的問題，本發(fā)明提供一種等離子體原位表征系統(tǒng)。

一種等離子體原位表征系統(tǒng)，包括等離子體放電反應(yīng)器和用于表征等離子體的發(fā)射光譜儀、高速圖像捕捉系統(tǒng)、數(shù)字示波器與在線質(zhì)譜儀。發(fā)射光譜儀的光纖探頭置于等離子體放電反應(yīng)器的放電核心區(qū)域；高速圖像捕捉系統(tǒng)的第一圖像采集器同樣置于等離子體放電反應(yīng)器的放電核心區(qū)域；數(shù)字示波器的電壓探頭附屬高壓極與等離子體放電反應(yīng)器的高壓極相連，數(shù)字示波器的電壓探頭附屬接地極與地線相連；數(shù)字示波器的電流探頭與等離子體放電反應(yīng)器相連；在線質(zhì)譜儀的進(jìn)樣管與等離子體放電反應(yīng)區(qū)出口相連。

優(yōu)選的，還包括紅外成像儀，紅外成像儀的第二圖像采集器朝向等離子體放電核心區(qū)域。

上述一種等離子體原位表征系統(tǒng)，其中發(fā)射光譜儀對等離子體放電過程中可以退激發(fā)輻射出光子的活性物種進(jìn)行在線監(jiān)測，一方面可以通過發(fā)射光譜中的譜峰位置定性的描述等離子體中活性物種的種類，另一方面可以通過譜峰的強(qiáng)度定量的描述等離子體中活性物種的數(shù)量。高速圖像捕捉系統(tǒng)用以實時記錄等離子體的放電狀態(tài)。數(shù)字示波器實時監(jiān)控等離子體放電狀態(tài)和等離子體電子密度。在線質(zhì)譜儀實時測定等離子體放電區(qū)中存在的各種中性粒子及分子的種類和數(shù)量。當(dāng)安裝有紅外成像儀時，還可以通過紅外成像儀實時監(jiān)控等離子體區(qū)的溫度分布。

上述一種等離子體原位表征系統(tǒng)，各部件協(xié)同配合，可全方位實時監(jiān)測等離子體活性物種的種類和數(shù)量、等離子體放電狀態(tài)、電流電壓波形、等離子體電子密度、等離子體區(qū)溫度分布和產(chǎn)物組成等，可對等離子體放電過程進(jìn)行原位表征。從而實現(xiàn)對等離子體放電反應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行全面的監(jiān)控和表征，為等離子體的定性和定量描述提供必要的系統(tǒng)設(shè)備。

附圖說明

圖1是一種等離子體原位表征系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

1發(fā)射光譜儀；2高速圖像捕捉系統(tǒng)；3數(shù)字示波器；4紅外成像儀；5在線質(zhì)譜儀。

具體實施方式

下面結(jié)合圖1對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

一種等離子體原位表征系統(tǒng)，包括等離子體放電反應(yīng)器和用于表征等離子體的發(fā)射光譜儀1、高速圖像捕捉系統(tǒng)2、數(shù)字示波器3、紅外成像儀4與在線質(zhì)譜儀5。發(fā)射光譜儀1的光纖探頭置于等離子體放電反應(yīng)器的放電核心區(qū)域，對等離子體放電過程中可以退激發(fā)輻射出光子的活性物種進(jìn)行在線監(jiān)測，一方面可以通過發(fā)射光譜中的譜峰位置定性的描述等離子體中活性物種的種類，另一方面可以通過譜峰的強(qiáng)度定量的描述等離子體中活性物種的數(shù)量。高速圖像捕捉系統(tǒng)2的第一圖像采集器同樣置于等離子體放電反應(yīng)器的放電核心區(qū)域，用以實時記錄等離子體的放電狀態(tài)。數(shù)字示波器3的電壓探頭附屬高壓極與等離子體放電反應(yīng)器的高壓極相連，數(shù)字示波器3的電壓探頭附屬接地極與地線相連，數(shù)字示波器3的電流探頭與等離子體放電反應(yīng)器相連；能夠?qū)崟r監(jiān)控等離子體放電狀態(tài)和等離子體電子密度。紅外成像儀4的第二圖像采集器朝向等離子體放電核心區(qū)域；用以實時監(jiān)控等離子體區(qū)的溫度分布。在線質(zhì)譜儀5的進(jìn)樣管與等離子體放電反應(yīng)區(qū)出口相連，可以實時測定等離子體區(qū)中存在的各種中性粒子及分子的種類和數(shù)量。

上述一種等離子體原位表征系統(tǒng)，各部件協(xié)同配合，可全方位實時監(jiān)測等離子體活性物種的種類和數(shù)量、等離子體放電狀態(tài)、電流電壓波形、等離子體電子密度、等離子體區(qū)溫度分布和產(chǎn)物組成等，可對等離子體放電過程進(jìn)行原位表征。從而實現(xiàn)對等離子體放電反應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行全面的監(jiān)控和表征，為等離子體的定性和定量描述提供必要的系統(tǒng)設(shè)備。

當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。