发射光谱法研究无极灯等离子体参数分布

头接收光的部位 ，以实现定点测量 发射光谱谱 线强 度。高频 发生器输出频率约为 ２ ６ ． ５ＭＨｚ 左右 ，且可实 现阻抗的 自动 匹配。高压探头 （ ｅ ｔ ｎｘＰ ０ ５ Ｔ ｋｒ ｉ ６ １Ａ，１０ １ 用来测量 高频 ｏ ０ ０： ） 发生器的输出 电压 。 合器线 圈 电流通 过 电流探头 （ ｋｒ— 耦 Ｔｅｔｏ
用 外 径 为 ４Ｉ ｎ ｒ ，内 径 为 ２ ５ｍｍ 的 刚 玉 陶 瓷 管 控 制 光 纤 探 ｎ ．
无 极 灯 中等 离 子 体 参 数 的 分 布 规 律 的 研 究 较 少 ｌ 。但 近 年 ＿ ４ ］ 来 ， 于能源危机和环境恶化等 问题 ， 能环保 的无 极灯重 由 节 新 引起 ＿人 们 的重 视 ［ 。 『 ５ ］
发 射 光 谱 法 研 究 无 极 灯 等 离 子 体 参 数 分 布
王长全 ，张贵新 ，王新新 ，邵 明松 ，董 晋阳，王赞基
清华大学电机工程与应用电子技术系 ， 京 北 １０ ８ ００ ４
摘
要
使 用 电感 耦 合 放 电 装 置 和 拍 型 明 泡 ，以氩 一 混 合 气 体 作 为 工 作 气 体 ，在 低 气 压 下 点 亮 了 无 极 灯 。 汞
子体 （ ｄ ｃｉｅ ｏ ｐｅ ｌ ｍａ Ｃ ） 电 机 理 方 面 ，而 对 ｉ ｕｔ ｌ ｃ ｕ ｌ ｐａ ｎ ｖｙ ｄ ｓ ，Ｉ Ｐ 放
流器） 生 ２ ６ 产 ． ５ＭＨｚ 右的 高频 电流 ， 电流 通过 高频馈 左 该 线（ 同轴 电缆 ） 流过耦合器线 圈，产生的 电磁场激 发泡体 内的 Ａｒ 混 合气 体放电产生等离子体 。实验中 ， － Ｈｇ 泡体 内填充 １ ８ Ｐ ａ的氩气 和少量 的 Ｂ— － ｉｎＨｇ高温 汞齐。为防止荧 光粉对放 Ｉ 电的影响 ，实验 中采用未涂荧光粉 的透 明泡 体进行 实验 。 采
Ｄ Ｉ ０ ３ ６／．ｓｎ １ ０ —５ ３２ １ ）９２ ３—３ Ｏ ：１． ９ ４ ｊｉ ． ０ ００ ９ （０ １ ０—５ ３０ ｓ
引 言
无极灯 由于具有高光 效 、长寿命 、无频 闪等 优点 ，已被 应 用于道 路 照 明、分 析 化 学 、灭 菌 消 毒 及 污 染 控 制 等 领 域 ＿ｊ 】 。关于无极灯 的研 究 ，以往 主要 集 中在 电感 耦合 等 离 。
电子温度和 电子密度是等 离子体的重要参 数 ， 定着等 决
离 子体 的应 用 领 域 和 等 离 子 体 加 工 的 效 果 。以 往 测 量 无 极 放 电 的等 离 子 体 参 数 常 使 用 Ｌ ｎ ｍｕｒ 针 和 吸 收 光 谱 的 方 法 ａｇ ｉ探 直 接 测 量ｌ 。 ６】 。但 Ｌ ｎ ｍｕｒ 针 会 对 等 离 子 体 产 生 干 扰 造 ａｇ ｉ探
ｎｘＴ Ｐ ０ ，ｌ０ＭＨｚ获得 。电压和电流信 号 由数字示波 ｉ Ｃ Ａ３０ Ｏ ）
器 （ Ｐ ２ ３ Ｔｅｔｏ ｉ） 录 并 存 储 。 电 等 离 子 体 发 出 的 Ｔ Ｓ １ ， ｋｒｎｘ 记 放
成测量误差 ，而且某些 商业设 备或 产 品无 法 采用探 针测 量 ； 吸收光谱 可采用激光器 的方法测 量无极灯等 离子体参数 ， 但 是需要较复杂 的光路控 制设备 且测 量的等离子体参数 范围较 窄。凶此采用发射 光 谱法 诊 断等 离 子体 参数 获得广 泛 的应 用 Ｌ 。。目前 还 未 见 采 用 发 射 光 谱 法 对 无 极 灯 等 离 子 体 参 数 ８ 进行 诊断分析 的报道 ，因此本工作 采用光谱 法 ，研究 ｒ无极 灯泡体 内等离子体 电子温度和 电子 密度随轴 向和径 向位置 的
变化规律 。
１ 实 验 装 置
试验装置如 图 ｌ 示 。市 电通过 高频 发生器 （ 电子镇 所 或
收 稿 日期 ： ０ ０１ １ 修 订 日期 ：２ １—３２ ２ １－卜Ｏ 。 ０ １０ —５
Ｆｉ １ Ｓｃ ｍ ａ ｉ ｉｇｒ ｍ ｆｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔ ｌｓ ｔ ｇ． ｈｅ ｔｃ ｄ ａ ａ ｏ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅｕｐ
第３卷 ， ９ １ 第 期
２０ １１年 ９月
光
谱
学பைடு நூலகம்
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ
Ｖｏ． １ Ｎｏ ９ ｐ ２ ３ — ５ ５ １３ ， ． ， ｐ ５ ３ ２ ３ Ｓ ｐｅ ｂｒ ０ １ ｅ ｔｍ ｅ ，２ １
离增加时 ，电子温度先缓慢增加后减少再迅 速增加 而后减 少 ，电子密度 先迅 速增加 后快速减 少再缓 慢增加
而后减少 ；当径向距离增加时 ，电子温度先增加到平稳 区而后再 增加 ，电子 密度逐渐 减少。
关 键 词 无 极 灯 ；电 子 温 度 ；电 子 密 度 ； 射 光 谱 发 中 图 分类 号 ： Ｍ８ ５ ４ ０４ ３ １ Ｔ ３ ． 。 ３ ． 文献 标 识 码 ： Ａ
基 金 项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 项 目 （０ ７ ０ ５ 和 中 国 博 士 后 科 学 基 金 项 目 （０ ０ ４ ０ ５ ） 助 ５４７０） ２ １０ ８ ２ ５ 资 作 者 简 介 ：王 长全 ，１ ７ 生 ，清华 大 学 电机 系 博 士 后 ９ ３年 ｅ ｉ： ｎ ｃ ａｇ ｕ ｎ ｔｉｇ ｕ ． ｒ．ｎ － ｌ ｗａ ｇ ｈｎ ｑ ａ＠ ｓｎ ｈ ａ ｏｇ ｃ ，ｗａｇ ｈ ４ ＠ １ ３ ｃｒ ｍａ ｎ ｃｑ ８ ６ ．ｏ ｎ
利用发射光谱法 ， 究 了无极灯点灯 ５ 时 的电子温度 和电子密度 随轴 向和径 向位置 的变 化规律 。等离子体 研 ｓ
电子温度变化通过分 析 Ａｒ 原子 ４ ５ ９和 ７ ０ ４ｎ ２． ５． ｍ谱 线强度 比值 获得 ，等离子体 电子密 度的变化通过分析 Ａｒ 原子 ７ ０４ｒ ５ ． ｍ谱线 强度 变化得到 。 ｉ 实验发现泡体 内的不 同位置等离子体电子温度和密度不 同。当轴 向距