[發明專利]一種等離子體鞘套地面模擬電磁實驗裝置及使用方法

有效

• 申請號: 202011367717.1
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112333909B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 包為民;劉彥明;劉東林;李小平;張佳;孫超;白博文
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H05H1/00
• 分類號: H05H1/00
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 閔媛媛

1.一種等離子體鞘套地面模擬電磁實驗裝置，其特征在于，包括：

等離子體發生器（1），用于將中性氣體電離產生高溫等離子體；

噴管（4），用于將等離子體利用氣動力學原理進行加速，并對真空暗室（16）內等離子體射流的截面進行塑形；

等離子體診斷系統，通過非接觸的方法對等離子體射流的電子密度進行實時診斷，并反饋給綜合控制器（10），綜合控制器（10）根據實測的電子密度大小與預設的電子密度值進行比較，通過反饋調節等離子體發生器（1）的電源輸出功率實現等離子體射流的電子密度連續穩定控制；

所述噴管（4）的出口通過磁控段（5）與真空暗室（16）連接，磁控段（5）的截面與噴管（4）的出口截面保持一致，磁控段（5）的外壁圍繞有至少兩組獨立的激勵線圈（18），通過磁控電源（13）為激勵線圈（18）施加電流，任意兩組激勵線圈（18）的電流流向同向或反向；磁控電源（13）與綜合控制器（10）電性連接，控制磁控電源（13）的輸出功率，通過調節不同激勵線圈（18）的電流大小調節磁場位形，調控真空暗室（16）內不同電子密度分布，從而調節等離子體電子密度的非均勻分布狀態。

2.根據權利要求1所述的一種等離子體鞘套地面模擬電磁實驗裝置，其特征在于，所述等離子體發生器（1）的出口通過注入段（2）連接混合段（3），混合段（3）的出口與噴管（4）連接，沿等離子體的流向混合段（3）的截面尺寸逐漸增大，堿金屬注入裝置（12）通過注入口（17）與注入段（2）內部連通，將混合有堿金屬粉末的氣體注入到高溫等離子體中；堿金屬注入裝置（12）與綜合控制器（10）電性連接，通過反饋調節堿金屬注入量實現等離子體射流的電子密度控制。

3.根據權利要求1所述的一種等離子體鞘套地面模擬電磁實驗裝置，其特征在于，所述真空暗室（16）為臥式圓柱形結構，等離子體射流兩側的真空暗室（16）側壁開設有對稱的光學窗口，光學窗口的外部安裝有遠紅外激光等離子體診斷系統（14），遠紅外激光等離子體診斷系統（14）的激光光路與光學窗口垂直并穿過等離子體射流中心；遠紅外激光等離子體診斷系統（14）、等離子體鞘套下的傳輸天線分別正對等離子體射流的不同區域；遠紅外激光等離子體診斷系統（14）通過非接觸的方法對等離子體射流的電子密度進行實時診斷，然后根據標校過的數據得出天線實際位置處的電子密度，并反饋給綜合控制器（10）。

4.根據權利要求1所述的一種等離子體鞘套地面模擬電磁實驗裝置，其特征在于，所述等離子體發生器（1）的外壁饒有螺旋線圈，螺旋線圈與高頻電源（11）連接，通過電磁感應加熱的方式，在等離子體發生器（1）中將中性氣體電離產生高溫等離子體，高頻電源（11）與綜合控制器（10）連接，通過反饋調節高頻電源（11）的輸出功率實現等離子體射流的電子密度連續穩定控制。

5.根據權利要求1所述的一種等離子體鞘套地面模擬電磁實驗裝置，其特征在于，所述真空暗室（16）的出口與擴壓器（6）連接，擴壓器（6）分為收縮段和直管段，其中收縮段是喇叭形狀，喇叭形狀的大口與真空暗室（16）連接，喇叭形狀的小口與直管段連接，直管段的末端與冷卻器（7）連接，擴壓器（6）用于將高溫的等離子體射流進行收集，然后送入冷卻器（7）。

6.根據權利要求5所述的一種等離子體鞘套地面模擬電磁實驗裝置，其特征在于，所述冷卻器（7）的出口與真空泵組（9）連接，冷卻器（7）將高溫等離子體射流冷卻到接近室溫的溫度，并還原成為未電離的普通氣體，送入真空泵組（9）；真空泵組（9）將冷卻后的氣體排出到大氣中，對整個裝置進行抽吸，以維持低氣壓環境。

7.根據權利要求6所述的一種等離子體鞘套地面模擬電磁實驗裝置，其特征在于，所述等離子體發生器（1）的進口與供氣系統（8）連接，用于給等離子體發生器（1）供給純凈的中性氣體；供氣系統（8）、真空泵組（9）分別與綜合控制器（10）電性連接，綜合控制器（10）對供氣系統（8）的進氣量、真空暗室（16）內的真空度進行采集，并通過控制供氣系統（8）的進氣量和真空泵組（9）的抽速使得真空暗室（16）內的氣壓達到動態平衡，模擬臨近空間不同高度下的背景氣壓。