用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统

本发明涉及等离子体物理，尤其涉及一种用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统。

背景技术：

1、在现今全球石化资源面临短缺的情况下，磁约束核聚变被视为在未来最有希望解决人类能源的终极方案。但是在聚变装置中，装置的第一壁表面会与边界等离子体发生相互作用(plasma wall interaction,pwi)，在这过程中，轰击壁表面的等离子体密度最高可达到约1024m-2s-1,导致在pwi中会不可避免地发生大量且复杂的物理化学过程。因此对第一壁材料进行诊断研究极其重要，但是受限于装置运行成本和实验难度等问题，在实验室利用大面积高密度等离子体束流辐照复现pwi过程是比较常用的手段。

2、“空间环境地面模拟装置”是国家“十二五”重大科技基础设施，为模拟空间环境离子辐射与材料、器件及生命体的相互作用提供先进的实验平台。其中，构建近地空间和临近空间等离子体模拟环境，探索再入航天器表面等离子体鞘套与电磁波相互作用的物理过程，是一个重要的科研课题。

3、在上面列出的国家重大科研装置研制领域，迫切需要能够产生大体积高密度稳态等离子体的等离子体源。七通道级联弧等离子体源能够解决这一关键问题。七通道级联弧等离子体源包括七个通道，空间布局上满足d6h点群对称性，每个通道在放电过程中，工作气体从阴极流向阳极，在阴极和阳极之间施加高电压进行引弧，形成电弧等离子体，电弧等离子体和未被电离的气体受热膨胀，形成单通道等离子体射流，7个射流通道在喷口下游扩散融合最终形成稳态大体积且均匀对称等离子体。

4、由于七通道级联弧等离子体源在放电过程中，电弧等离子体需要穿过放电通道，从而在整个放电过程中通道内部温度非常高，即使设有水冷通道实时散热，以及在放电通道处内嵌由耐高温金属(例如：钼、钨等)制成的放电通道芯，但是长时间的热腐蚀仍然会影响放电通道芯部的结构，进而对喷出的等离子体射流稳定性以及空间对称等重要指标产生影响。此外，如果出现冷却水温

5、度过高或者水冷通道堵塞等突发事件，会直接导致放电通道变形、损坏以及装5置烧毁等严重后果，甚至影响到实验人员安全。然而现有的级联弧等离子体源

6、缺乏对放电通道芯部温度实时监测手段，装置运行过程中无法获取芯部温度数据，难以更好地调控期望的等离子体形态参数。

技术实现思路

1、0本发明主要解决现有技术的七通道级联弧等离子体源缺乏对放电通道芯

2、部温度实时监测手段，装置运行过程中无法获取芯部温度数据的技术问题，提出一种用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统，以实时快速监测装置运行过程中六个放电通道温度变化，进而保障等离子体源运行的安全稳定。

3、本发明提供了一种用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统，包括：5供电系统、数据采集系统、温度采集模块和通信系统；

4、所述供电系统，分别与数据采集系统、温度采集模块和通信系统电连接，用于为温度监测系统供电；

5、所述数据采集系统分别与温度采集模块和通信系统信号连接，用于读取温度采集模块采集的温度数据，并与温度采集模块和通信系统进行通信；0所述温度采集模块，用于通过六路热电偶传感器，采集七通道级联弧等

6、离子体源环状阳极中六个钼芯放电通道的温度数据，并将温度数据传输至数据采集系统；

7、所述温度采集模块，包括：12芯航空插头以及6个k型热电偶传感器；

8、所述12芯航空插头与数据采集系统信号连接，所述12芯航空插头与65个热电偶插座分别信号连接；每个热电偶插座对接一个k型热电偶传感器；

9、6个k型热电偶传感器分别插入到七通道级联弧等离子体源环状阳极内的六个钼芯放电通道；

10、所述通信系统与计算机信号连接，用于与外接计算机进行信息交互。

11、优选的，所述供电系统，用于将220v交流电转换为24v的直流电。

12、优选的，所述供电系统，包括：第一2p空气开关、第一24v+接线端子、第一24v-接线端子、第一接地接线端子和24v直流开关电源。

13、优选的，所述数据采集系统，包括：第二2p空气开关、第二24v+接线端子、第二24v-接线端子、第二接地接线端子和dam-3138模拟量读取模块；

14、所述dam-3138模拟量读取模块与温度采集模块信号连接。

15、优选的，每个k型热电偶传感器具有一正一负接线端子，每个接线端子分别通过0.5mm2信号线与12芯航空插头相连。

16、优选的，所述6个k型热电偶传感器的温度探测范围为-40℃～+300℃。

17、优选的，所述通信系统包括：第三2p空气开关、第三24v+接线端子、第三24v-接线端子、第三接地接线端子和采用网络连接设备。

18、本发明提供的一种用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统，通过安插到七通道级联弧等离子体源阳极法兰盘内的六个钼芯放电通道的k型热电偶传感器，可以实时快速监测装置运行过程中六个放电通道温度变化，不仅可以对调控实验期望的大体积、稳态且空间对称的等离子体起到数据参考的重要作用；同时也可以避免由于电弧等离子体引起的长时间热腐蚀对放电通道芯部结构的改变，导致所喷出的等离子体形态偏差，最后保障了等离子体源运行的安全稳定，也为实验人员提供了更加安全和便捷的远程操作环境。

19、本发明对六个钼芯放电通道的温度监测，可以在等离子体源脉冲放电引弧运行过程中，实时掌握各个通道内部钼芯温度状况，避免由于通道内电弧等离子体引起的热腐蚀导致的放电通道变形甚至损坏等严重后果。此外钼芯放电通道的温度可以直接影响由喷口喷出的等离子体射流的空间形态，因此温度监测系统对实现稳态大体积且空间对称等离子体射流起到重要作用。本发明在“空间环境地面模拟装置”具有较好的应用前景。

技术特征：

1.一种用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统，其特征在于，包括：供电系统(1)、数据采集系统(2)、温度采集模块(3)和通信系统(4)；

2.根据权利要求1所述的用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统，其特征在于，所述供电系统(1)，用于将220v交流电转换为24v的直流电。

3.根据权利要求2所述的用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统，其特征在于，所述供电系统(1)，包括：第一2p空气开关(101)、第一24v+接线端子(102)、第一24v-接线端子(103)、第一接地接线端子(104)和24v直流开关电源(105)。

4.根据权利要求1所述的用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统，其特征在于，所述数据采集系统(2)，包括：第二2p空气开关(201)、第二24v+接线端子(202)、第二24v-接线端子(203)、第二接地接线端子(204)和dam-3138模拟量读取模块(205)；

5.根据权利要求1所述的用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统，其特征在于，每个k型热电偶传感器(302)具有一正一负接线端子，每个接线端子分别通过0.5mm2信号线与12芯航空插头(301)相连。

6.根据权利要求5所述的用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统，其特征在于，所述6个k型热电偶传感器(302)的温度探测范围为-40℃～+300℃。

7.根据权利要求1所述的用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统，其特征在于，所述通信系统(4)包括：第三2p空气开关(401)、第三24v+接线端子(402)、第三24v-接线端子(403)、第三接地接线端子(404)和采用网络连接设备(405)。

技术总结
本发明涉及等离子体物理技术领域，提供一种用于七通道级联弧等离子体源的温度监测系统，包括：供电系统、数据采集系统、温度采集模块和通信系统；所述供电系统，分别与数据采集系统、温度采集模块和通信系统电连接，用于为温度监测系统供电；所述数据采集系统分别与温度采集模块和通信系统信号连接，用于读取温度采集模块采集的温度数据，并与温度采集模块和通信系统进行通信；所述温度采集模块，用于通过六路热电偶传感器，采集七通道级联弧等离子体源环状阳极中六个钼芯放电通道的温度数据，并将温度数据传输至数据采集系统。本发明能够实时快速监测装置运行过程中六个放电通道温度变化，进而保障等离子体源运行的安全稳定。

技术研发人员：丁洪斌,刘晨,李裕,石劼霖,门柏良,冯春雷,李聪
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12