Локальная диагностика неоднородной плазмы с помощью автоматизированного спектрометрического комплекса

• Автор: Екимов, Константин Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

1. СПЕКТРОСКОПИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА НЕОДНОРОДНОЙ ПЛАЗМЫ

1.1 Цель и методы диагностики

1.2 Современные технические средства для эмиссионной спектроскопии неоднородной плазмы

1.3 Радиальные преобразования

1.4 Исключение аппаратных искажений

2. АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

2.1 Метод г лавных компонент

2.2 "Коллективная" обработка массивов отсчетов в локальной спектроскопии плазмы

3. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ - АРМ «СВЕТ»

3.1 Структура программно-аппаратного комплекса
3.2 Спектрометр ДФС-
3.3 Фотоприемник и регистрирующая система
3.4 Модули КАМАК
3.5 Управление и программное обеспечение. Основные возможности программы Spectrum
3.6 Общие сведения об основных модулях программы Spectrum
3.6.1 Модуль сканирования спектра по длинам волн
3.6.2 Модуль пространственного сканирования
3.6.3 Модуль сканирования по заданной программе
3.6.4 Модуль отображения одновременно нескольких спектров из файлов
3.6.5 Модуль загрузки спектра
3.6.6 Модуль градуировки спектрометра по длинам волн
3.6.7 Модуль градуировки чувствительности
3.6.8 Модуль сервера удаленного доступа и управление через программу Spectrum
3.7 Вспомогательные модули программы
3.7.1 Модуль фазовой регистрации
3.7.2 Модуль радиального преобразования
3.7.3 Модуль исключения аппаратных искажений
3.7.4 Модуль пересчета данных из относительных единиц, в единицы спектральной энергетической яркости
4. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА
4.1 Проверка линейности регистрирующей системы
4.2 Временные параметры регистрирующей системы

4.3 Градуировка спектрометра по длинам волн
4.4 Градуировка шага блока пространственного сканирования
4.5 Градуировка чувствительности регистрирующей системы
4.6 Регистрация аппаратного контура
4.7 Реализация системы относительного позиционирования по длинам волн
5. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛОГАЛОИДНОЙ ЛАМПЫ (МГЛ)
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКЦИОННОЙ ЛАМПЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ SPECTRUM
1 Главное меню программы
2 Модуль сканирования спектра по длинам волн
3 Модуль пространственного сканирования
4 Модуль точного позиционирования на максимум линии
5 Модуль сканирования по заданной программе
6 Модуль отображения одновременно нескольких спектров из файлов
7 Модуль загрузки спектра
8 Модуль исключения аппаратных искажений
9 Модуль градуировки спектрометра по длинам волн
10 Модуль градуировки чувствительности
11 Модуль сервера удаленного доступа и управление через программу Spectrum
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ ПО ПРОГРАММНО-АППАРАТНОМУ КОМПЛЕКСУ
СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ - АРМ «СВЕТ»
1 Спектрометр ДФС-
2 Электрические схемы программно-аппаратного комплекса - АРМ "СВЕТ"
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ИНСТРУКЦИЯ ПО ПОЛЬЗОВАНИЮ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫМ КОМПЛЕКСОМ -
АРМ "СВЕТ"
1 Назначение и состав программно-аппаратного комплекса
2 Подготовка к эксперименту
3 Порядок включения МГЛ
4 Порядок включения АРМ "СВЕТ"

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы:
Развитие физики плазмы и ее приложений тесным образом связаны с успехами в разработке методик, средств диагностики и контроля физических условий в составе компонентов плазмообразующих сред. Особое значение имеют бесконтактные, не вносящие искажений оптические и спектрометрические методы. Использование этих методов актуально для астрофизики, плазмохимии, плазменной металлургии, физики и техники газоразрядных источников света, включая газовые лазеры, приложений плазмы в микроэлектронике, биологии, и других областях науки и техники, круг которых постоянно расширяется.
Возрастающая сложность и разнообразие разрабатываемых и изучаемых плазменных объектов, сопряжена с необходимостью сбора больших массивов первичной информации и их сложной математической обработкой.
Возрастающая потребность в сокращении времени и трудозатрат для сбора и обработки информации, сопряжена с необходимостью управления объектами по результатам диагностики в реальном времени.
Для решения задач фундаментальной и прикладной физики также требуются объективные, высокоэффективные методы спектроскопического анализа характеристик неоднородных гетерогенных сред.
Все это делает создание и модификацию спектрометрических методов и аппаратуры, актуальной проблемой диагностики неоднородной плазмы.
Цель работы:
Целью данной работы была разработка и создание программно-аппаратного комплекса для автоматизированного сбора и обработки спектроскопической информации, необходимой для определения параметров неоднородной плазмы, с использованием унифицированных модулей управления экспериментом и рациональных алгоритмов обработки данных, уменьшающих влияние шумов эксперимента на конечный результат, и применение комплекса для диагностики конкретных плазменных объектов.
Локальные значения параметров плазмы: концентрации электронов, атомов в основном и возбужденных состояниях, атомной и электронной температуры, могут быть определены на основе известных теоретических моделей, если известны интенсивности и формы контуров спектральных линий, излучаемых различными элементарными объемами плазмы.
jfej spectr.vi □
File Help
3,6E+0-i
5.0E
1.3E-2-'
578.5 580.

Scan Rangej_e0 ee 356,
Radius ч/ __________________ „
NaN I ^|58.200>6ÖÖ.000: *!

586.0 588.0 590.0 592.0 594.
Si Hi Qi So Phi_.
V 0.0150 Й(1.0000 Й10.0184Й10.01501 ^|Fnf 81314 Not Write File _
MetrNum * jspectr.dat

Dispers
Р.00Е+
Description! BeamLer
Graph ^ДД| Scale 0.00000 Lo iQ.OQ )vVave1 ||578.70||2.4ЕП]|Щ
Лл “Jä ^+jL(ax n5:3 Hi jp.OO ||^ave2 1|59ЁЗб1|1.9Е»сР
JTt »»» 6 000Ё-0 1 St£jb INuish 11445.1 3||8.6E-2|D|
Микроплазмотрон, рабочее вещ. - He t II 1)111 >
Рис. 3.7. Просмотр участка спектра, выделенного на рис.3.6 синим и красным курсорами.
На рис.3.6 и 3.7 приведены в качестве примера результаты сканирования спектра гелиевого микроплазмотрона (для медицинских приложений). Поскольку исследование этого объекта только начато и пространственное распределение параметров плазмы не определялось, более подробно этот объект в данной работе не рассматривается.
Результаты сканирования спектра можно записать в файл. При этом, одновременно с файлом данных создается информационный файл, куда записывается вся информация о спектре: дата и время получения спектра, данные текущей калибровки установки по шагам (два массива с шагами и соответствующими им длинами волн), диапазон сканирования в нанометрах, шаг сканирования, число измерений в точке, фаза, к которой относятся результаты, доверительный интервал измеренных значений интенсивности, единицы измерения, в которых был зарегистрирован спектр (отсчеты, относительные единицы или спектральная энергетическая яркость в Вт/(см2*нм*ср)), а также параметры оптической системы (размеры щелей и апертура осветительной системы) и другие описания условий эксперимента, которые пожелает внести пользователь в процессе эксперимента (например, тип источника, ток разряда и т.п.).