グロー放電プラズマの電離度測定装置の開発

辉光放电等离子体电离度测量装置的研制

• 批准号: 15H00368
• 负责人: 三輪 美沙子
• 金额: $ 0.38万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15H00368/
• 关键词: プラズマ; PLC

本開発では、プラズマの生成過程に着目し、より深いプラズマ生成メカニズムの理解を支援するための「プラズマの電離度測定装置」を製作した。具体的には、放電管中に設置したプローブへの印加電圧Vpをスイープさせながらプローブに流れる電流Ipを測定し、得られたVp-Ip特性のグラフを用いてプラズマの電離度を導出する。この実験を行うために必要となる放電管、プローブ、電極、真空計装置、保護抵抗等は、既存の装置を使用した。これらの既存の装置に以下の機構を追加で製作することで、プラズマの電離度測定を学生が安全かつ効率的に行えるようなシステムを構築した。・プラズマ生成用の高圧直流電源の制御システムプラズマ生成用の高圧電源の制御にはプログラマブルロジックコントローラー(PLC)を用いた。電源としては、外部からのOV-10Vの信号で出力電圧および電源のON、OFFを切り替えられるものを使用し、プログラマブルロジックコントローラーのDAC出力値で電圧値の連続的な制御および、10モジュールで電源の出力の切り替えを行うようにすることで、プラズマ生成に関わる電源電圧の制御をPLC経由でパソコンからの操作が可能になった。・ 測定値のデジタル化とオンライン解析プログラムプラズマの電離度の導出は、Vp-lp特性の飽和領域に対して接線を引き、得られたY切片の値を基にいくつかの計算をする必要があるが、放電管内の発光状態を刻々と変化させながら電離度の推移を追いかけることを可能としたかったため、オンライン解析プログラムを製作した。具体的には、PLCのADCモジュールで電源の電流値、電圧値、電源のON ・ OFF等のステータスを断続的に読み込み、得られた測定値のデジタル値を、PLCの通信モジュールを用いてパソコンに転送し、LabViewを用いて製作したプログラムで演算おおびグラフ描画等をさせる。以上のような装置の開発を行い、学生実験用のプラズマ電離度測定装置を製作した。オンライン解析プログラムに関しては、大人数の学生の使用に合わせて、実際の学生の使用に合わせて改良を加える必要がある。

This paper develops an ionization degree measuring device for the understanding of the generation process. Specific settings in the discharge tube include the measurement of the current Ip and the derivation of the ionization degree of the Vp-Ip characteristic. This is the first time that we have used existing devices, such as vacuum tubes, electrodes, vacuum gauge devices, protective resistors, etc. The following mechanisms were added to the existing devices: High voltage DC power supply for power generation The output voltage of OV-10V signal from the power supply and the ON/OFF switching of the power supply are controlled by the DAC output value of the power supply. The output voltage of the power supply is controlled by the PLC. The determination of the value of the ionization degree of the saturation field of the Vp-lp characteristic is necessary for the calculation of the value of the Y slice. The determination of the ionization degree of the ionization degree of the light emission state in the tube is possible. Specifically, PLC ADC current value, voltage value, power ON, OFF, etc. of the state parameters, get the measurement of the state value, PLC communication network use of the state parameters, LabView to create the state parameters, etc. The development of the above device and the manufacture of the ionization degree measurement device for students The analysis of the content of the website is related to the use of large numbers of students, and the use of actual students is necessary to improve it.