等离子体鞘层是等离子体物理中一个古老且重要的问题，最初由Langmuir在1929年对等离子体鞘层的基本特性作了阐述。至此，鞘层的基本理论已经比较完善，关于鞘层诊断已经有一些相关研究工作。但总体而言实验研究仍然比较少，之前的实验诊断针对简单的稳态鞘层，并未研究壁表面在高速离子流轰击情况下的二次电子发射效应。很早之前就已经研究表明，任何材料的靶表面在高能离子轰击下都有非常强的二次电子发射。在这种情况下等离子体鞘层内部会呈现新的结构。因此，关于有离子流时鞘层的实验诊断，无论对工业应用还是在推动等离子体基础研究中都有重要的意义。此外在有流速的非磁化等离子体中，平面马赫探针模型存在争议，上下游收集离子流会出现反常现象，而对此现象的实验研究也甚少。　　 本文在改进型双等离子体装置中，引入两个隔离栅网，通过两隔离栅网的偏压控制实验区离子能量，由此研究金属平板或小栅网上下游鞘层中二次电子引起的虚阴极结构及其与等离子体状态的关系，并研究去边缘效应的马赫探针上下游收集离子流的反常现象。主要结论如下：　　 1、在源区真空室、阳极、隔离栅网接地，实验室真空室负偏压(-45V)情况下，实验区隔离栅网的偏压对实验区等离子体状态有效大影响。实验区隔离栅网负偏压增大将导致等离子体密度和空间电位的降低。靶栅网越负，右室等离子体的密度越低；靶栅网越负，右室等离子体的空间电位越低;　　 2．在上述情况下，去边缘效应的平面马赫探针诊断表明，在实验区隔离栅网负偏压较小或效大时均会出现上下游收集离子流的反常现象，即下游离子流比上游大。这一现象与Hutchinson的有关数值模拟结果定性一致，定量需深入研究。　　 3．对置于实验区中央的平板上下游鞘层的诊断表明，平板附近存在较深的虚阴极结构。出现虚阴极的原因是离子流轰击平板产生的二次电子造成的。实验区隔离栅网负偏压越大，离子能量越大，离子激发金属平板上的二次电子越多，虚阴极的深度和宽度也越大；　　 4．气压通过碰撞影响虚阴极结构。气压越高，离子碰撞平均自由城越小，离子能量损失越大，离子流到达金属平板时的流速小，进而离子流激发金属平板上的二次电子越少，虚阴极的深度越浅和宽度也越窄。　　 5．通过对比平板和小栅网附近的鞘层结构表明，小栅网由于透射离子，二次电子产额小，其附近的虚阴极结构不明显。　　 6．本底等离子体密度对鞘层中虚阴极结构的影响：本底等离子体密度越大，二次电子所占的相对份额越小，鞘层中虚阴极结构中虚阴极的深度和宽度就越小。