低气压针板电极中频放电的实验诊断研究

作     者：张希霞 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李雪春

授予年度：2020年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：针板电极中频放电 帕邢曲线 低气压 火星标准气体 实验诊断 

摘      要：火星表面与地球类似,也笼罩着大气层,但是火星表面的大气层在组分、气压和温度等方面都与地球表面环境不同,因此火星表面探测器设备的运行要求相对于地球表面设备的运行要求更高。火星表面探测器的各种电子设备在到达火星表面及使用的过程中会经历剧烈的环境变化,从而会引起电子元器件性能的快速恶化,甚至出现电荷积累击穿放电,烧坏电子元器件。在低温低气压条件下,电极之间的放电击穿遵循帕邢定律,即气体击穿瞬间的电压只与气压和电极间距的乘积有关。本论文针对火星表面探测器设备表面的焊接点设计了不同截面积的针电极,通过实验观察针板电极在不同的工作气体(火星标准气体、氦气、氮气和二氧化碳)下和在低气压中频的条件下的放电击穿电压、击穿后的维持电压和放电电流、以及等离子体发射光谱的二维分布。研究发现:在低气压针板电极放电的过程中,气体种类、气压、放电的针板间距以及针型等方面会对击穿电压产生影响。通过分析氦气、氮气、二氧化碳和火星标准气体放电击穿后维持电压和放电电流的变化现象,发现二氧化碳和火星标准气体在气压较低条件下放电击穿时,维持电压和放电电流都出现正向击穿的现象;而在气压较高的条件下击穿电压和电流则出现反向击穿的现象。此外,本文还根据气体击穿后的等离子体发光强度的空间变化分析了气体击穿后由辉光放电转化到弧光放电的现象以及形成条件。简要比较了不同种类的气体击穿后等离子体发光的二维发射光谱图像的异同和特点,分析了氦气、氮气、二氧化碳和火星标准气体,这四种不同种类气体击穿后等离子体发光强度的空间变化,简要描述了二氧化碳和火星标准气体在气压增大时由辉光放电转化成弧光放电的现象。实验发现二氧化碳和火星标准气体在气压600 Pa和900 Pa时,会随着针板间距的增大,产生的等离子体的发光区域会缩小,发光强度在增大,并由弥散的辉光放电转化成弧光放电。文章最后简单介绍了火星标准气体击穿后针电极型状对于等离子体发光强度的影响。