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Published by掌戌 荣 Modified 8年之前
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初探磁探针 —— 等离子诊断课堂报告 程时葵 李孟婷 吴启鑫 王雅琴 唐桧波
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目录 磁探针及应用 原理及积分电路 磁探针优缺点,测量误差 罗柯夫斯基线圈,米尔诺夫线圈 位移探针:对称探针,余弦探针 参考文献
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磁探针及应用 1957 年,俄罗斯学者 L.A. Artsimovich 等首次提出了磁 探针的测量方法。 磁探针可以测量磁场,电流等。 磁探针主要用于脉冲放电、磁镜装置、高温受控核聚变装 置、射频螺旋波等离子体中、等离子体射流发生器、低温 射频感性耦合等离子体源。
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磁探针的结构 线圈绕在由绝缘材料做成的骨架上,然后将其固定在一个 支撑管上,整个线圈和支撑管再套在绝缘管内。常用的绝 缘材料是石英、氧化铝陶瓷和硬玻璃。当将探针接到实验 室上时,绝缘套和放电室是密封的。在绕制线圈时,应尽 量减少引出线所形成的杂散面积,引线的一端经过回线槽 和另一端合并,用双绞线从支撑管内引出。
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原理及积分电路(一) 根据法拉第电磁感应定律: 当探测线圈所在空间的磁场发生变化时,线圈两端产生磁 感应电动势 其中
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原理及积分电路(二) 当积分常数 RC 相当大时, 输出电压 U 与输入电压 相比是一个小量可以忽略。 于是,我们积分得到
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磁探针优缺点 优点:磁探针测量是一种非接触性测量,可以避免由于大 电流放电引起实验中地电位抬高而导致测量仪器被损坏。 缺点:对线圈的要求比较高 1 ,要有高的灵敏度。这要求线圈的匝数多,面积大; 2 ,要对等离子体干扰小,如果放在真空室内的话,要有 好的空间分辨率。这又要求线圈的体积小; 3 ,要有快的响应时间。这要求匝数少。 显然这样几点要求是彼此矛盾的,所以选择合适的线圈是 一个难点。
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误差 1. 公示转换误差 忽略小项引起的误差,所以必须适当选择 RC 值,一般 在所测时间周期的几倍左右。 2. 测量误差:测量的实质是探针截面内的平均磁场。 3. 噪声误差,探针用不锈钢做静电屏蔽,并封装在石英或者 氧化铝内可以缓解。
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罗柯夫斯基线圈(一) 应用范围: 大电流测量,等离子体电 流、供电电流等 测量原理: 设其截面面积 A 是均匀的, 每单位长度匝数 n ,在一 匝范围内磁场变化很小, 通过这个螺线管的磁通可 写为 它实际上是一个头尾相联成环状的螺线管
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罗柯夫斯基线圈(二) 由 从而得到
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Mirnov 线圈(米尔诺夫) Mirnov 线圈用于探测磁流体力学不稳定性 MHD 扰动信号可以表示为: 在一个截面上分布 16 个线圈。 测量极向磁场的扰动,也可测 量径向场的扰动
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对称探针 对称探针是指由一对参数相同的磁探针所组成的系统,这 两个探针相对于环的小截面几何中心对称的分布在赤道面 上。用于测量等离子体水平位移。 没有导电壳,且等离子体为直圆柱 分布情况下:长线电流的磁场为 两个探针输出经过积分的信号和差分别为
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正、余弦探针 余弦探针沿环的线密度是按照余弦分布的,即 或 式中 b 为线圈的大半径, N 为匝数, 为最大绕线密度, 为负号时线圈的绕线方向相反, m 表示 m 阶余弦探针。它们用来测 量角向磁场的各阶傅里叶分量 (?) 。 B
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正、余弦探针
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余弦探针的近似模型: 由麦克斯韦方程组: 得:
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正、余弦探针
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参考文献 马滕华,胡希伟,陈银华. 等离子体物理原理,2011 袁国玉. 可调谐射频磁探针的研究 [D]. 大连理工大学, 2008. 龚兴根. 脉冲强磁场测量 [J]. 爆轰波与冲击波, 2000, 2: 68-68. 徐敏, 陈林, 姜巍, 等. 用于等离子体断路开关中的磁探针诊断技术 [J]. 爆轰波与冲击波, 2004 (3): 114-117. 邹积岩, 段雄英. 罗柯夫斯基线圈测量电流的仿真计算及实验研究 [J]. 电工技术学报, 2001, 16(1): 81-84.
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Thanks ! 特别鸣谢:王彦鹏
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