СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ Советский патент 1972 года по МПК G01N22/00 

Предлагаемый способ может быть иснользоваи для исследования параметров плазмы в лабораторных условиях, для исследования плазмы ионосфер Земли и других планет, межпланетной и космической плазмы.

Известен способ измерения параметров плазмы с помощью радиочастотных зондов, заключающийся в получении кривой зависимости выходного измерительного сигнала от частоты зондирующего поля о). По положению максимума и щирине экспериментальной кривой определяют параметры плазмы. Педостатком указанного способа является его трудоемкость: на единичное измерение требуется большое число опросов по телеметрическому каналу, так как нужно построить кривую, чтобы получить одно измерение.

Такой вид передачи информации не рационален, особенно при межпланетных и космических исследованиях, когда информация нередается кодом, на формирование которого требуется довольно много времени, причем измерительный сигнал во время формирования кода должен оставаться постоянным.

.Предлагаемый способ измерения параметров плазмы свободен от указанного недостатка и заключается в следующем: зонд любой конструкции, являющийся неотъемлемой частью электрической колебательной системы, погружают в исследуемую плазму. Зонд поочередно запитывают зондирующим синусоидальным напряжением постоянной амплитуды, но различной частоты, т. е. напряжением Esintiiit и Esmutzt (см. фиг. 1). Частоты coi и 0)2 выбирают такими, чтобы они ложились симметрично на линейных участках резонансной кривой колебательной системы, в которую включен зонд. При воздействии на зонд реактивной и активной компонент плазмы резонансная кривая сдвигается вправо (пунктирная кривая), так как диэлектрическая проницаемость нлазмы и максимум напряжения при резонансной частоте понижаются (в систему вносятся диэлектрические потери).

Папряжения f/i и 2, возникающие на зонде при зондировании плазмы и соответствующие частотам (Oi и (ог, различны но абсолютной величине. Эти напряжения усиливаются до определенного значения, затем детектируются, в результате измерительный сигнал получает форму прямолинейных штрихов (см. фиг. 2). Разиость уровней напряжения сосед-них штрихов является функцией измеряемых параметров.

При такой форме записи измерительного сигнала для единичного измерения достаточно снять информацию лишь по одной точке с двух соседних штрихов. Очевидно, что в этом случае не требуется высокая онросность телеметрии. Кроме того, прямолинейно штрихевая форма записи измерительного сигнала удобна для формирования и передачи информации кодом. Таким образом, предлагаемый способ позволяет освободиться от быстродействующей радиотелеметрии, высвободить ряд телеметрических каналов для записи других параметров. Расшифровка записи измерительного сигнала и получение данных о параметрах плазмы выполняются следующим образом. В общем случае можно записать: U,U,-Uti-U((B), U U.-Ut.-U(R) + U(), где U(R) - изменение выходного сигнала от начального значения И, обусловленное щунтированием зонда активным сопротивлением; изменение выходного сигнала, обусловленное уменьщением диэлектрической проницаемости плазмы. В низкочастотном случае ( и ), где V - частота столкновений электронов величины активного сопротивления R и приращения диэлектрической проницаемости Ае не зависят от зондирующей частоты и одинаковы для coi и (02- Поэтому, а также потому, что система работает на линейных участках ветвей резонансной кривой, ///04- 2f/.-2f/H-f/i-t/, и (J) - и(.) -. На фиг. 3 и 4 приведены тарировочные графики системы соответственно по сопротивлению и емкости. Определив U(R) и t/(e) по тарировочному графику фиг. 3, находят величину R, а затем по х и и (в) определяют по графикам фиг. 4 величину приращения емкости зонда Сх. Зная и Ci, по известным формулам определяют электронную концентрацию Пе и эффективную частоту соударений электронов v 2,82.10-2., ЯхV Ае ,2.10.-, Соч где а - постоянная зонда (определяется в лабораторных условиях); Со - рабочая емкость зонда. В высокочастотном случае и , поэтому компоненты U(R) и U(г) зависят от зондирующей частоты и не равны друг другу U(R)IJ(R); Ui(B)U2(e). Но частоты ш, и 0)2 выбирают такими, чтобы они отличались не более чем на 1%. Следовательно, такого же порядка будут иметь погрещность величины и Сх, полученные при расшифровке записи измерительного сигнала, Погрещность порядка 1-5% при исследовании параметров плазмы вполне допустима. Рассчетные формулы для получения параметров плазмы при имеют вид: - 2,82-10-2 As ,2-10, MI + (Bj резонансная частота сиВ сильно разреженной плазме компоненты и (R) оказываются пренебрежимо малыми, в этом случае расшифровка измерительного сигнала упрощается: ()(е) ii/i(e) «(72(е). Значение С определяют из фиг. 4 по кривой; о. Предмет изобретения Способ измерения параметров плазмы с помощью радиочастотного зонда, на который поочередно подают синусоидальное напряжение с различной частотой, отличающийся тем, что, с целью сокращения избыточности информации при автоматических измерениях с кодированием и передачей информации по телеметрическому каналу,определяют резонансную кривую зонда без плазмы, а при измерениях в плазме поочередно подают на зонд напряжение с двумя фиксированными частотами, которые отвечают симметричным точкам резонансной кривой, причем напряжение с зднда детектируют и преобразуют в сигнал прямоугольной формы, по глубине модуляции которого судят о параметрах плазмы.

со

u), 0 Z

сриг 1

U2

W; I

W2

и)2 1 I

I Сс);

W,

ОСх CH

Фиг.З

игЛ