等離子體綜合實驗儀

　　本儀器為組合探針等離子管低氣壓放電等離子體特性綜合測量實驗裝置，應(yīng)用于等離子體物理領(lǐng)域教學(xué)實驗，涉及物理類及空間物理、電子信息等相關(guān)專業(yè)。

　　等離子體是一種復(fù)雜的放電物質(zhì)聚集態(tài)，是地球直至外空間天體普遍存在的物質(zhì)形態(tài)，研究等離子體特性及其測量手段是現(xiàn)代科學(xué)和高等教育雙重發(fā)展的要求，上海大學(xué)物理系秉承開設(shè)等離子體物理實驗的傳統(tǒng)，于07-09年間，由三位長期從事實驗教學(xué)的老師完全自主設(shè)計、制作了全新理念的“等離子體綜合實驗儀”。李明老師主要負責(zé)研制組合探針低氣壓等離子體放電管;耿在斌老師主要負責(zé)電子測控系統(tǒng);王葉老師主要負責(zé)光譜測量系統(tǒng)。

　　儀器架構(gòu)

　　1.組合探針等離子體管

　　插入式靜電探針(單、雙Langmuir 探針)、磁探針(霍爾效應(yīng))和縱向可移動光纖探針。

　　2.電子合并監(jiān)測系統(tǒng)

　　程控高、低壓電源實現(xiàn)管體點亮和維持、自動測量和掃描顯示，計算機數(shù)據(jù)采集。

　　儀器特點

　　1.氬、汞混合低氣壓放電管，冷陰極;

　　2.密封單平面探針工藝，面積精度高;

　　3.圓柱形空心陽極，陽極溫度低;

　　4.放電穩(wěn)定，測量精度高，使用壽命長;

　　5.平臺化設(shè)計，可擴展開設(shè)多個實驗;

　　6.主機采用模塊化結(jié)構(gòu)，總線規(guī)劃，易于升級和維護;

　　7.全數(shù)字化控制和測量，控制精度和測量精度高;

　　8.大屏幕彩色液晶顯示，硅橡膠輕觸按鍵，美觀耐用;

　　9.含計算機通訊接口，提供計算機自動測量軟件;

　　實驗內(nèi)容

　　1.Langmuir 單探針測量電子溫度和電子密度

　　2.Langmuir 雙探針測量電子溫度和電子密度

　　3.霍爾效應(yīng)法測量電子密度和電子遷移速度

　　4.等離子體發(fā)射光譜測量

　　5.光纖定位光譜法測量原子激發(fā)溫度

　　6.微波探針等離子體診斷(另配微波組件)

　　在等離子體實驗教學(xué)上，等離子體一般設(shè)計為封閉型和開放型兩類，開放型的優(yōu)點是等離子體的一些物理條件，如氣壓等，可以設(shè)計和改變，對實驗的研究性是有利的，但儀器的集成度和綜合實驗性能有欠缺;封閉型等離子體的優(yōu)點是狀態(tài)穩(wěn)定和便于儀器集成，在一定的教時內(nèi)，能夠進行穩(wěn)定和綜合的定量測量以及可靠的數(shù)據(jù)分析。

　　根據(jù)傳統(tǒng)、經(jīng)驗和教學(xué)發(fā)展，我們對新型等離子體實驗設(shè)備和教學(xué)改革的要求是：將現(xiàn)代傳感與儀器技術(shù)加入到各種等離子測量方法中，研制組合探針等離子體管，根據(jù)實驗測量得到的多層面數(shù)據(jù)，綜合分析取得對等離子性質(zhì)的認識。封閉型等離子體適合綜合測量手段的同時運用，等離子體本身的可設(shè)計性通過不同的等離子體管實現(xiàn)，形成系列化。

　　本儀器在研制、試驗、前期教學(xué)使用過程中，通過走訪國內(nèi)院校、撰寫論文等過程了解國內(nèi)等離子體物理實驗現(xiàn)狀、接受專家建議，不斷改進設(shè)計，又通過技術(shù)升級(如微型光譜儀等)使儀器不斷成熟和先進化，終成目前形式。

　　自09年以來，本儀器應(yīng)用于上海大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)(光物理)、微電子和應(yīng)用物理(凝聚態(tài)物理)專業(yè)三年級本科學(xué)生的“近代物理實驗”課程，同名實驗論文發(fā)表于2009年11期的《物理實驗》雜志，2011年，基于該儀器的“低溫等離子體溫度和密度測量”實驗編入由上海大學(xué)出版社出版的《近代物理實驗》(第二版)，2012年，該儀器被山東大學(xué)空間科學(xué)與物理學(xué)院“等離子體物理”教學(xué)實驗采用(6組套)。2014年7月，本儀器在第八屆全國高等學(xué)校物理實驗教學(xué)研討會會議期間進行展示。

　　作品名稱：等離子體綜合實驗儀

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