专利名称：一种狭缝放电等离子体动态均匀性的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种狭缝放电等离子体动态均匀性的检测方法，属 于等离子体检测技术领域。
技术背景
众所周知，气体放电等离子体技术已广泛应用于众多工业领域。 在很多应用(如材料处理、薄膜生长及刻蚀)中，为了达到更好的材 料处理结果，通常要求等离子体是均匀的。但是，在大多数情况下 放电产生的等离子体不均匀，尤其在大气压下更是难以实现均匀放 电，只在某些特殊情况下(例如微间距的狭缝放电)能出现均匀放 电。目前，对于放电均匀性的检测，通常的方法是肉眼观察或者用 相机拍照。对于交流气体放电来说，这样得到的结果，实际上是一 段时间积分的效果，并不能代表在每个外加电压周期内的放电情况。 因此，这些方法不能用来检测动态均匀性。
发明内容
本发明的目的在于利用光电倍增管来检测狭缝放电等离子体的 动态均匀性，通过分析放电的光脉冲数来确定在某一放电的区域内 放电是否达到均匀。
本发明的目的是这样实现的这种狭缝放电等离子体动态均匀 性的检测方法，其特征包括如下步骤A、 一个狭缝放电装置产生放电等离子体；
B、 放电等离子体发出的光经透镜成像后，用带有孔径为a的光 阑的接收屏接收；
C、 光阑后设置光电倍增管，来探测等离子体区域面积的发光信 号，光信号转换成电信号后由数字示波器记录；
所述的离子体区域面积S《Xa/A，其中S:离子体区域面积，a: 光阑孔径，A:成像放大倍数，L:等离子体区的宽度；
D、 根据记录的光信号，计算在放电电压每半周期内，放电的次
数，分析发光的等离子体区的放电丝鞞与放电面积的关系来确定等 离子体是否达动态的均匀。
所述的狭缝放电等离子体动态均匀性的检测方法，步骤A所述
的狭缝放电装置的基本结构是对称设置的两个密闭的管状电介质容 器，里面充满水，容器内设置放电电极作为水电极，两个电介质容器 柱面相对，留有放电狭缝，在电极上加上驱动电压，当升高电压， 两个电极之间将发生击穿，在狭缝处形成等离子体区，产生放电等
离子体。 、
所述的狭缝放电等离子体动态均匀性的检测方法，步骤A所述 的狭缝放电装置狭缝大小的选择范围为100 300微米。
所述的狭缝放电等离子体动态均匀性的检测方法，步骤A所述 的狭缝放电装置电介质容器内设置是形状对应的闭合环路放电电极 引线，并与高压电源的高压端和接地端分别连接，放电频率选择 40kHz，电压选择5. 8 6. 8kV。所述的狭缝放电等离子体动态均匀性的检测方法，步骤A所述 的狭缝放电装置两个电介质容器用螺旋测微计相连以调节放电狭缝。
本发明所涉及的狭缝放电等离子体动态均匀性的检测方法，是 通过检测一个小的放电等离子体区内的放电丝能否布满放电区域来 实现的。根据理论值，大气中每一次放电持续时间大约是几个纳秒，
每个放电的流注，即放电丝的直径约为O. lram。因为介质阻挡放电中 新的放电丝的出现都是在两个旧的放电丝之间产生，这样如果检测 的放电丝数目如果超过这一个区域能够容纳的数目的话，就认为放 电丝在空间上达到了均匀分布。此种检测方法装置简单、易制作、 好维护、使用方便且在工业领域具有广泛的应用前景。
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图1是狭缝放电等离子体动态均匀性的检测方法及装置的示意图 图2是图1中电介质容器的截面图
图中
1、电介质容器 2、水 3、放电电极 4、螺旋测微计
5、电源6、等离子体区 7、透镜8、成像
9、带有光阑的接收屏10、光电倍增管(PMT) 11、信号传输线
12、数字示波器 '
S、离子体区域面积 a、光阑孔径 A、成像放大倍数
L、等离子体区的宽度
具体实施方本发明图中所示，放电装置是由两个圆柱形玻璃(或石英)管 状电介质容器1引入金属导线并在里面充满水2充当水电极3;两个 玻璃(或石英)管用螺旋测微计4连接，以此来调节放电时狭缝的
大小；从容器中引出的金属导线与电源5的两极连接，构成闭合的 回路；当升高电压，两个电极之间将发生击穿，在狭缝处形成等离 子体区6。当电压升高到一定程度时狭缝为100微米时，电压为 5.8kV;狭缝为200微米时，电压为6. 1kV;狭缝为300微米时，电 压为6. 8kV，放电的等离子体区将呈现均匀放电。
此时将等离子体区6通过透镜7得到放大A倍的等离子体区的 像8;然后用带有孔径为a光阑的接收屏9接收等离子体区的成像， 在光阑的后面放置光电倍增管(PMT) 10，用PMT来探测等离子体区 某一个小区域内发光信号；本发明给出的实施例离子体区域面积 S=LXa/A，其中S:离子体区域面积，a:光阑孔径，A:成像放大倍
数，L:等离子体区6的宽度； -
发光信号通过信号传输线11导入数字示波器12，用示波器记录 放电电压的波形及PMT接收到的光脉冲信号。
通过记录的到波形及光脉冲信号，计算在放电电压每半周期内， 放电的次数。根据放电丝在大气中的理论值，每一次放电持续时间 大约是几个纳秒，每个放电的流注，即放电丝的直径约为O. lmm，那 么在这个小的放电区域将会容纳S/0. 1个放电丝，即在驱动电压的 每半个周期之内的放电次数等于S/0.1'个时，放电丝将均匀排列在 放电区域。如果检测到的每半周的放电丝数目大于S/0. 1时，放电区将达到动态的均匀，如果检测到的每半周的放电丝数目小于S/0. 1 时则认为是不均匀。
上述实施例中，光电倍增管(PMT)对光的灵敏度和时间响应都 很高，采用光电倍增管(PMT)探测放电等离子体发出的光，将光信 号转换为电信号后用数字示波器记录，这样就可以得到放电等离子 体动态的发光特性。根据放电丝的理论值对记录下的信号进行分析， 就可以得到某一小的区域内等离子体内部的放电次数(放电丝数 目)，进而可以推断出放电等离子体在这一区域是否达到动态的均匀 模式，对微等离子体在工业方面的应用,具有重要意义。
本发明列举的实施例旨在更进一步地阐明这种狭缝放电等离子 体动态均匀性的检测方法、组合装置及应用方向，而不对本发明的 保护范围构成任何限制。
权利要求
1、一种狭缝放电等离子体动态均匀性的检测方法，其特征包括如下步骤A、一个狭缝放电装置产生放电等离子体；B、放电等离子体发出的光经透镜(7)成像(8)后，用带有孔径为a的光阑的接收屏(9)接收；C、光阑后设置光电倍增管(10)，来探测等离子体区域面积的发光信号，光信号转换成电信号后由数字示波器(12)记录；所述的离子体区域面积S＝L×a/A，其中S离子体区域面积，a光阑孔径，A成像放大倍数，L等离子体区的宽度；D、根据记录的光信号，计算在放电电压每半周期内，放电的次数，分析发光的等离子体区的放电丝数与放电面积的关系来确定等离子体是否达动态的均匀。
2、 '根据权利要求1所述的狭缝放电等离子体动态均匀性的检测 方法，其特征包括:步骤A所述的狭缝放电装置的基本结构是对称设 置的两个密闭的管状电介质容器(l)，里面充满水(2)，容器内设置放 电电极(3)作为水电极，两个电介质容器柱面相对，留有放电狭缝， 在电极上加上驱动电压，当升高电压，两个电极之间将发生击穿，在 狭缝处形成等离子体区，产生放电等离子体。
3、 根据权利要求2所述的狭缝放电等离子体动态均匀性的检测 方法，其特征包括:步骤A所述的狭缝放电装置狭缝大小的选择范围为100 300微米。
4、 根据权利要求2所述的狭缝放电等离子体动态均匀性的检测 方法，其特征包括:步骤A所述的狭缝放电装置电介质容器内设置是 形状对应的闭合环路放电电极引线，并与高压电源的高压端和接地端 分别连接，放电频率选择40kHz，电压选择5.8 6.8kV。
5、 根据权利要求2所述的狭缝放电等离子体动态均匀性的检测 方法，其特征包括:步骤A所述的狭缝放电装置两个电介质容器用螺 旋测微计(4)相连以调节放电狭缝。
全文摘要
本发明涉及到一种狭缝放电等离子体动态均匀性的检测方法，其特征包括如下步骤A.一个狭缝放电装置产生放电等离子体；B.放电等离子体发出的光经透镜成像后，用带有孔径为a的光阑的接收屏接收；C.光阑后设置光电倍增管，来探测等离子体区域面积的发光信号，光信号转换成电信号后由数字示波器记录；D.根据记录的光信号，计算在放电电压每半周期内，放电的次数，分析发光的等离子体区的放电丝数与放电面积的关系来确定等离子体是否达动态的均匀。本发明的检测方法对微等离子体在工业方面的应用具有重要意义。
文档编号G01R31/00GK101576596SQ20091007470
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者张彦召, 董丽芳 申请人:河北大学