辉光放电等离子体等效电路模型建立及验证

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对于低气压辉光放电等离子体特性的研究,广大科研工作者一般采用专业的多物理场仿真软件进行仿真模拟以辅助理论研究。仿真模拟能够有效的帮助全面分析物理模型,及其里面各种场相互作用,粒子的碰撞等等。然而仿真模拟也存在无法收敛的风险和计算时间过长的不足,而且仿真的可靠性严重依赖于参数设置的精确度以及化学反应式的正确与否。本文提出一种新的方法,首先测量得到装置的电压、电流波形,然后通过电路仿真的方法匹配得出等离子体等效电路模型中的元器件参数,最后根据等离子体的等效电路理论利用元器件参数进一步求得等离子体的主要参数。本文做了以下几部分工作:1.介绍了辉光放电等离子体特性。将辉光放电分为正柱区和鞘层来分析,总结了各自的特点,为电路等效打下理论基础;2.深入分析低气压辉光放电原理,研究了等效电路模型基础理论,结合实验室等离子体装置的放电过程建立了辉光放电等离子体等效电路模型。实验装置可以分为放电区和扩散区进行等效;3.等效电路模型的元器件参数根据具体放电条件来匹配。通过获取多组实验电压电流数据,匹配出元器件参数。再结合等离子体的等效电路理论,推导出等离子体参数,并与静电探针实测数据进行对比分析。结果表明:使用该等效电路理论得出的等离子体电子密度与电子温度和静电探针法得出的参数误差在半个数量级以内,在等离子体的允许误差范围内。建立的等效电路模型可以正确反映等离子体参数的变化规律,对于等离子体参数控制具有理论指导作用,同时提供了一种等离子体参数快速诊断方法。
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