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. 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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1 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

2 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

3 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。

4 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。

5 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

6 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

7 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。

8 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。

9 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

10 罗柯夫斯基线圈（二） 由 从而得到

11 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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13 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

14 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

15 正、余弦探针

16 余弦探针的近似模型： 由麦克斯韦方程组： 得：

17 正、余弦探针

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21 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.

22 Thanks ! 特别鸣谢：王彦鹏