[go: up one dir, main page]

RU2029967C1 - Device for recording development phases of wave and current surface discharge structures - Google Patents

Device for recording development phases of wave and current surface discharge structures Download PDF

Info

Publication number
RU2029967C1
RU2029967C1 SU4922043A RU2029967C1 RU 2029967 C1 RU2029967 C1 RU 2029967C1 SU 4922043 A SU4922043 A SU 4922043A RU 2029967 C1 RU2029967 C1 RU 2029967C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
discharge
electrode
recording
substrate
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
О.А. Журавлев
А.В. Кислецов
А.Л. Муркин
Original Assignee
Самарский государственный аэрокосмический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самарский государственный аэрокосмический университет filed Critical Самарский государственный аэрокосмический университет
Priority to SU4922043 priority Critical patent/RU2029967C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2029967C1 publication Critical patent/RU2029967C1/en

Links

Landscapes

  • Printers Or Recording Devices Using Electromagnetic And Radiation Means (AREA)

Abstract

FIELD: physical facilities for analyzing gas discharges. SUBSTANCE: device has high-voltage electrode 1, grounding electrode 2, both mounted on insulating substrate 3, and photorecording optical system 7 mounted above effective surface of substrate. High-voltage electrode is connected via switch 5 to voltage source and to first lead of energy storage capacitor 4 whose second lead is connected to grounding electrode 2. Matching resistor 6 inserted between high-voltage and grounding electrodes has resistance value R for incomplete stage of discharge found from equation
Figure 00000004
, where L is discharge circuit inductance; C is energy storage capacitor value; Cg is distributed capacitance of insulating substrate 3 carrying recording layer; for completer stage of discharge resistance R is found from equation
Figure 00000005
, where Rп is ohmic resistance of plasma channels. EFFECT: improved informative capacity due to shaping of aperiodic-waveform high-voltage pulse. 1 dwg

Description

Изобретение относится к физическим средствам для исследования газовых разрядов, а конкретно к устройствам для записи фаз развития поверхностных электроразрядных процессов, например скользящих разрядов, формируемых при электрическом пробое газа вблизи поверхности диэлектрика, и может быть использовано для получения и изучения пространственно-временных волновых и токовых структур скользящего разряда (СА). Развиваясь по поверхности раздела твердого и газообразного диэлектриков в резконеоднородном электрическом поле, когда другая сторона поверхности твердого диэлектрика малой толщины покрыта токопроводящим слоем, СР характеризуется многообразием и сложностью физических механизмов. Только в начальной стадии развития незавершенный СР проходит последовательно лавинную, стримерную и лидерную фазы, которые в завершенной стадии обеспечивают условия для замыкания промежутка сильноточным каналом. The invention relates to physical means for studying gas discharges, and in particular, to devices for recording the phases of development of surface electric discharge processes, for example, sliding discharges formed during electric breakdown of a gas near the surface of a dielectric, and can be used to obtain and study spatio-temporal wave and current structures Sliding discharge (SA). Developing along the interface between solid and gaseous dielectrics in a strongly inhomogeneous electric field, when the other side of the surface of a solid dielectric of small thickness is covered with a conductive layer, SR is characterized by the variety and complexity of physical mechanisms. Only in the initial stage of development does an incomplete superlattice pass through the successively avalanche, streamer, and leader phases, which in the completed stage provide conditions for closing the gap with a high-current channel.

Известны устройства для записи пространственно-временных токовых структур СР, содержащие высоковольтный и заземленный электроды, расположенные на поверхности диэлектрической подложки, а также импульсный источник питания на основе кабельного трансформатора и оптическую систему фоторегистрации над поверхностью подложки (Андреев С.И., Зобов Е.А., Сидоров А.Н. Метод управления развитием и формированием системы параллельных каналов скользящих искр в воздухе при атмосферном давлении. - ЖПМТФ, 1976, N 3, с. 12-17). Known devices for recording the spatio-temporal current structures of superlattices containing high-voltage and grounded electrodes located on the surface of the dielectric substrate, as well as a switching power supply based on a cable transformer and an optical photo-recording system above the surface of the substrate (Andreev S.I., Zobov E.A. ., Sidorov AN A method for controlling the development and formation of a system of parallel channels of moving sparks in air at atmospheric pressure. - ZhPMTF, 1976, N 3, p. 12-17).

Недостатком этих устройств является невозможность записи волновых структур незавершенной фазы развития СР, поскольку импульс напряжения, формируемый с помощью кабельного трансформатора, имеет колебательную форму (с периодом несколько микросекунд), что обуславливает наложение и затушевывание начальных фаз разряда. The disadvantage of these devices is the impossibility of recording wave structures of the incomplete phase of development of superlattices, since the voltage pulse generated by a cable transformer has an oscillatory shape (with a period of several microseconds), which causes the superposition and shading of the initial phases of the discharge.

Известно также устройство для записи пространственно-временных волновых и токовых структур скользящего разряда, содержащее высоковольтный и заземленный электроды, расположенные на поверхности диэлектрической подложки, оптическую систему фоторегистрации, установленную над поверхностью подложки, емкостной накопитель энергии, коммутатор и индуктивность, подключенную параллельно разрядному промежутку [1]. A device for recording spatially temporary wave and current structures of a sliding discharge is also known, which contains high-voltage and grounded electrodes located on the surface of the dielectric substrate, an optical photographic recording system mounted above the surface of the substrate, a capacitive energy storage device, a switch, and an inductance connected in parallel with the discharge gap [1 ].

Недостатком известного устройства является малая информативность процесса записи волновых структур, поскольку из-за колебательной формы импульса энерговклада в момент перехода через ноль на диэлектрической подложке формируется стадия обратного лидера, нейтрализующая поверхностный заряд, вынесенный предшествующими фазами развития разряда, и приводящая к повторным вспышкам излучения на подложке. Это не позволяет использовать для записи волновых структур другие высокоинформативные методы регистрации, например основанные на визуализации остаточных зарядовых и потенциальных рельефов (Журавлев О.А., Кислецов А.В., Кусочек А.П. и др. Электрографическая визуализация структуры фронта скользящего разряда. - Письма в ЖТФ, 1988, т. 14, N 21, с. 1933-1938; авт.св. N 1562833, кл. G 01 N 27/60, 1987). Колебательная форма импульса питания обусловлена наличием индуктивности Lз, подключенной параллельно разрядному промежутку и используемой для резонансной зарядки емкостного накопителя С. Значение Lз выбирается из условий:
f=1/

Figure 00000006
,
L = U Δ tт/Ig, где f - частота следования разрядных импульсов; U - их амплитуда; Δ tт - время, требуемое для деионизации коммутатора (тиратрона); Ig - остаточный ток коммутатора (тиратрона).A disadvantage of the known device is the low information content of the process of recording wave structures, because due to the vibrational shape of the energy input pulse at the moment of transition through zero, a reverse leader stage is formed on the dielectric substrate, which neutralizes the surface charge carried by the previous phases of the discharge development and leads to repeated bursts of radiation on the substrate . This does not allow the use of other highly informative registration methods for recording wave structures, for example, based on the visualization of residual charge and potential reliefs (Zhuravlev O.A., Kisletsov A.V., Kusochok A.P. et al. Electrographic visualization of the structure of the front of a moving discharge. - Letters to the ZhTF, 1988, v. 14, No. 21, pp. 1933-1938; ed. St. N 1562833, class G 01 N 27/60, 1987). The oscillatory shape of the power pulse is due to the presence of an inductance L s connected in parallel with the discharge gap and used for resonant charging of the capacitive storage device C. The value of L s is selected from the conditions:
f = 1 /
Figure 00000006
,
L = U Δ t t / I g , where f is the pulse repetition rate; U is their amplitude; Δ t t is the time required for deionization of the switch (thyratron); I g - residual current of the switch (thyratron).

Цель изобретения - повышение информативности за счет формирования высоковольтного импульса напряжения апериодической формы. The purpose of the invention is to increase information content due to the formation of a high-voltage voltage pulse of an aperiodic form.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для записи фаз развития волновых и токовых структур скользящего разряда, содержащем высоковольтный и заземленный электроды, расположенные на поверхности диэлектрической подложки, и оптическую систему фоторегистрации, установленную над рабочей поверхностью подложки, при этом высоковольтный электрод через коммутатор соединен с источником напряжения и с первым выводом емкостного накопителя энергии, второй вывод которого подключен к заземленному электроду, между высоковольтным и заземленным электродами подключен согласующий резистор, величина сопротивления R которого для незавершенной стадии разряда определяется соотношением
R>2

Figure 00000007
, где L - индуктивность разрядного контура, С - емкость накопителя энергии, Сg - распределенная емкость диэлектрической подложки с регистрирующим слоем, а для завершенной стадии разряда величина сопротивления R определяется соотношением
R>2R
Figure 00000008
(R
Figure 00000009
), где Rп - омическое сопротивление плазменных каналов.This goal is achieved by the fact that in the device for recording the phases of the development of wave and current structures of a sliding discharge, containing high-voltage and grounded electrodes located on the surface of the dielectric substrate, and an optical photographic system installed above the working surface of the substrate, while the high-voltage electrode is connected via a switch to a voltage source and with the first output of a capacitive energy storage device, the second output of which is connected to a grounded electrode, between the high voltage and the straightening electrodes connected resistor, the resistance value R for which incomplete discharge stage is determined by the relation
R> 2
Figure 00000007
where L is the inductance of the discharge circuit, C is the capacity of the energy storage device, C g is the distributed capacity of the dielectric substrate with the recording layer, and for the completed stage of the discharge, the resistance value R is determined by the ratio
R> 2R
Figure 00000008
(R
Figure 00000009
), where R p - ohmic resistance of the plasma channels.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство. The drawing schematically shows the proposed device.

Устройство содержит высоковольтный 1 и заземленный 2 электроды, расположенные на поверхности диэлектрической подложки 3, емкостный накопитель энергии 4 и коммутатор (разрядник) 5. Параллельно разрядному промежутку подключен согласующий резистор 6, обеспечивающий апериодическую форму высоковольтного импульса напряжения. Над рабочей поверхностью подложки установлен оптический фоторегистратор 7 (фотоаппарат, телекамера, ПЗС-матрица). The device contains a high-voltage 1 and a grounded 2 electrodes located on the surface of the dielectric substrate 3, a capacitive energy storage 4 and a switch (spark gap) 5. A matching resistor 6 is connected in parallel with the discharge gap, providing an aperiodic shape of the high-voltage voltage pulse. An optical photorecorder 7 (a camera, a television camera, a CCD) is installed above the working surface of the substrate.

Устройство работает следующим образом. На емкостном накопителе энергии 4 устанавливается величина зарядного напряжения -Uзар, не превышающая напряжения пробоя разрядного промежутка между высоковольтным 1 и заземленным 2 электродами. Это соответствует режиму исследования пространственно-временных структур незавершенного СР. После зарядки емкостного накопителя энергии 4 срабатывает разрядник 5 и на высоковольтном электроде 1 формируется импульс напряжения. Апериодическая форма импульса напряжения с замедленным экспоненциальным спадом обеспечивается выполнением соотношения
R>2

Figure 00000010
, где L - индуктивность разрядного контура; С - емкость накопителя энергии 4; R - сопротивление согласующего резистора 6. Сg ≈ ε εo S/d - распределенная емкость диэлектрической подложки 3; где ε - диэлектрическая проницаемость; εо = 8,85 ˙ 10-12 Ф/м - диэлектрическая постоянная; d - толщина диэлектрика; S - площадь, занимаемая СР в незавершенной фазе.The device operates as follows. On the capacitive energy storage device 4, the value of the charging voltage -U zar is set , not exceeding the breakdown voltage of the discharge gap between the high-voltage 1 and the grounded 2 electrodes. This corresponds to the study regime of the spatiotemporal structures of an incomplete superlattice. After charging the capacitive energy storage 4, the arrester 5 is activated and a voltage pulse is generated on the high-voltage electrode 1. The aperiodic shape of the voltage pulse with a slow exponential decay is ensured by the fulfillment of the relation
R> 2
Figure 00000010
where L is the inductance of the discharge circuit; C is the capacity of the energy storage 4; R is the resistance of the terminating resistor 6. With g ≈ ε ε o S / d is the distributed capacitance of the dielectric substrate 3; where ε is the dielectric constant; ε about = 8.85 ˙ 10 -12 F / m is the dielectric constant; d is the thickness of the dielectric; S is the area occupied by the SR in the incomplete phase.

В результате с высоковольтного электрода 1 в сторону заземленного электрода 2 по поверхности диэлектрика 3 развиваются токовые каналы незавершенного СР, проходящие последовательно ряд стадий (лавинную, стримерную и прямого лидера) и выносящие на подложку 3 заряженные частицы. Замедленный экспоненциальный спад импульса напряжения, а также высокоомный характер диэлектрической подложки 3 способствует длительному сохранению поверхностных зарядов, что позволяет получить контрастные электрографические структуры токовых каналов незавершенного СР. As a result, from the high-voltage electrode 1 to the side of the grounded electrode 2, the channels of an incomplete superlattice develop on the surface of the dielectric 3, passing successively a series of stages (avalanche, streamer, and direct leader) and carrying charged particles onto the substrate 3. Slowed down exponential decay of the voltage pulse, as well as the high-resistance nature of the dielectric substrate 3 contributes to the long-term conservation of surface charges, which allows to obtain contrasting electrographic structures of the current channels of an incomplete superlattice.

При установке на емкостном накопителе энергии 4 зарядного напряжения, превышающего напряжение пробоя разрядного промежутка, реализуется режим исследования пространственно-временных структур завершенного СР. В этом случае апериодическая форма импульса напряжения обеспечивается выполнением соотношения
R>2R

Figure 00000011
/(Rп-2
Figure 00000012
), где Rп ≃ l/π а2N σ - омическое сопротивление плазменных каналов; l - расстояние между электродами; а - средний радиус токового канала; N - число токовых каналов; σ - электропроводность плазмы в канале.When 4 charging voltages exceeding the breakdown voltage of the discharge gap are installed on a capacitive energy storage device, the study mode of the spatio-temporal structures of the completed superlattice is implemented. In this case, the aperiodic shape of the voltage pulse is ensured by the fulfillment of the relation
R> 2R
Figure 00000011
/ (R p -2
Figure 00000012
), where R p ≃ l / π a 2 N σ is the ohmic resistance of the plasma channels; l is the distance between the electrodes; a is the average radius of the current channel; N is the number of current channels; σ is the electrical conductivity of the plasma in the channel.

В обоих режимах предлагаемое устройство позволяет использовать осциллографические методы исследования вольт-амперных характеристик разряда, термооптическую запись токовых каналов (при использовании в качестве подложки ХСП-пленок), акустические и оптические методы регистрации газодинамических возмущений при развитии СР. In both modes, the proposed device allows the use of oscillographic methods for studying the current – voltage characteristics of the discharge, thermooptical recording of current channels (when using CGS films as a substrate), and acoustic and optical methods for recording gasdynamic disturbances during the development of superlattices.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с прототипом большую информативность, поскольку форма питающего разряда напряжения устраняет возможность нейтрализации зарядовых структур (обусловленных начальными фазами СР) и позволяет проводить их анализ, а также использовать комплекс методов диагностики, способствующих построению адекватной физической модели развития скользящего разряда. The use of the proposed device provides greater information in comparison with the prototype, since the shape of the supply voltage discharge eliminates the possibility of neutralizing the charge structures (due to the initial phases of the superlattice) and allows them to be analyzed, as well as to use a set of diagnostic methods that contribute to the construction of an adequate physical model for the development of a sliding discharge.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПИСИ ФАЗ РАЗВИТИЯ ВОЛНОВЫХ И ТОКОВЫХ СТРУКТУР СКОЛЬЗЯЩЕГО РАЗРЯДА, содержащее высоковольтный и заземленный электроды, расположенные на поверхности диэлектрической подложки, и оптическую систему фоторегистрации, установленную над рабочей поверхностью подложки, при этом высоковольтный электрод через коммутатор соединен с источником напряжения и первым выводом емкостного накопителя энергии, второй вывод которого подключен к заземленному электроду, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности путем формирования высоковольтного импульса напряжения апериодической формы, между высоковольтным и заземленным электродами подключен согласующий резистор, величина R сопротивления которого для незавершенной стадии разряда определяется соотношением
Figure 00000013

где L - индуктивность разрядного контура;
C - емкость накопителя энергии;
Cд - распределенная емкость диэлектрической подложки с регистрирующим слоем,
а для завершенной стадии разряда величина R сопротивления определяется соотношением
Figure 00000014

где Rп - омическое сопротивление плазменных каналов.
DEVICE FOR RECORDING PHASES OF DEVELOPMENT OF WAVE AND CURRENT STRUCTURES OF SLIDING DISCHARGE, containing high-voltage and grounded electrodes located on the surface of the dielectric substrate, and an optical photo-recording system installed above the working surface of the substrate, while the high-voltage electrode is connected through the switch to the first voltage source and energy, the second output of which is connected to a grounded electrode, characterized in that, in order to increase information content by forming a high-voltage voltage pulse of an aperiodic form, between the high-voltage and grounded electrodes a terminating resistor is connected, the resistance value R of which for an incomplete discharge stage is determined by the ratio
Figure 00000013

where L is the inductance of the discharge circuit;
C is the energy storage capacity;
C d - the distributed capacity of the dielectric substrate with a recording layer,
and for the completed stage of the discharge, the resistance value R is determined by the relation
Figure 00000014

where R p - ohmic resistance of the plasma channels.
SU4922043 1991-03-26 1991-03-26 Device for recording development phases of wave and current surface discharge structures RU2029967C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4922043 RU2029967C1 (en) 1991-03-26 1991-03-26 Device for recording development phases of wave and current surface discharge structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4922043 RU2029967C1 (en) 1991-03-26 1991-03-26 Device for recording development phases of wave and current surface discharge structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2029967C1 true RU2029967C1 (en) 1995-02-27

Family

ID=21566691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4922043 RU2029967C1 (en) 1991-03-26 1991-03-26 Device for recording development phases of wave and current surface discharge structures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2029967C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Борисов В.М., Высикайло Ф.И. и др. Скользящий импульсно-периодический разряд. Квантовая электроника, 1983. т.10, N 10, с.2110-2112. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1562833, кл. G 01R 27/60, 1987. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sigmond The residual streamer channel: Return strokes and secondary streamers
US4100411A (en) Biasing arrangement for a corona discharge device
Lesaint et al. Investigations on transient currents associated with streamer propagation in dielectric liquids
Lisitsyn et al. Streamer discharge reactor for water treatment by pulsed power
Cabrera et al. On the mechanism of space charge generation and neutralization in a coaxial cylindrical configuration in air
Blom High-power pulsed corona
KR930008356B1 (en) Discharge exciting pulse laser apparatus
Chalmers et al. The development of electrical leader discharges in a point-plane gap in SF6
RU2029967C1 (en) Device for recording development phases of wave and current surface discharge structures
Fischer et al. Observations on Pulsed Spark Chambers
DE3216285C2 (en) Pulse generator with a DC voltage source
Abdel-Salam et al. Discharges in air from point electrodes in the presence of dielectric plates-Experimental results
JPH05114496A (en) Static eliminating device
Manabe et al. Formation mechanism of surface corona on dielectric plates under negative impulse voltage in atmospheric air
Gupta et al. Design and construction of double-Blumlein HV pulse power supply
Bondiou et al. Electromagnetic radiation associated with the formation of an electric breakdown in air at atmospheric pressure
Malashin et al. Volume-surface barrier discharge in dried air in three-electrode system fed by impulse high voltage with nanosecond rise time
Román et al. A comparative study of corona discharges in a coaxial cylinder using electric field impulses generated by electrically floating electrodes
SU807410A1 (en) Pulsed spark chamber for converting x-ray radiation into visible one
SU911688A1 (en) Twin forming line
Xu et al. Micro-Gap Discharge Phenomena in Air and SF6 Gas
Lusignan A Study of High-Voltage Flashovers
Viljoen Flashover performance of a rod-rod gap containing a floating rod under switching impulses with critical and near critical times to crest
SU785826A1 (en) Device for measuring ionization energy loss of charged particles
Kunhardt Nanosecond pulse breakdown of gas insulated gaps