高压放大器在棒—环射流的放电特性研究中的应用

实验名称：棒—环射流的放电特性研究

测试设备：高压放大器、信号发生器、示波器、电压探头、相机等。

实验过程：

图1：I型棒-环射流的实验装置图

图2：II型棒-环射流的实验装置图

图1给出了I型棒-环射流装置图，即棒电极放置在导气管内的情况。一根钨棒(长度12cm，直径1.5mm)同轴放置在一个玻璃材质的导气管(内径7.0mm，外径9.0mm)中，且棒端与管口对齐。利用直径为1.0mm的铜线制成环电极(内径4.0cm)，将其同轴放置在导气管口处，使得棒端与环中心重合。需要指出的是，为了避免两电极间的火花放电，使得外加电压的调节范围更大，所以环电极的直径要远大于导气管的直径。图2给出了II型棒-环射流装置图，即棒电极放置在导气管外的情况。一根钨棒(长度12cm，直径1.0mm)与一个铜环(内径5.0cm，外径5.2cm)同轴放置，且棒端固定在环中心。导气管(内径1.5mm，外径3.0mm)管口到棒端的距离大约为3.0mm。棒电极(电场方向)与导气管(流场方向)的夹角α可以在5°-85°的范围内调节。对于这两种放电装置，氩气(纯度99.99%)作为工作气体通过管口流入到空气环境中。氩气的流量通过流量计控制。利用信号发生器可以产生不同波形的信号(直流、正弦波、三角波和方波)，然后通过高压放大器放大2000倍后作为高压信号。该高压信号与环电极相连接。钨棒电极接地。利用小电阻(100Ω)分压的方式或者利用电流探头测量回路中的电流。利用电压探头对棒-环电极间的外加电压进行测量。放电区域的发光信号利用透镜由光电倍增管探测。利用示波器同时观察和记录外加电压、电流和发光信号。利用数码相机和ICCD拍摄放电照片。利用光谱仪通过光纤采集放电区域的发射光谱。

实验结果：

图2：放电丝移动速度测量原理示意图

子弹传播速度的测量方法：通过曝光时间为纳秒级的ICCD拍摄的等离子体羽高速照片，可以看出等离子体羽是由一系列快速传播的等离子体子弹组成。等离子体子弹的传播速度可以利用高速照片测得，其测量原理如图2所示。图中给出了两张不同时刻拍摄的高速照片。假定在曝光时间内，子弹没有向前移动。利用两张照片中子弹传播的距离差D除以两张照片的时间差(t2-t1)，即可得到等离子体子弹的传播速度。

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图：ATA-7100高压放大器指标参数

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审核编辑 黄宇