1.引言
　　
　　隨著溫度的升高，一般物質(zhì)依次表現(xiàn)為固體、液體和氣體，它們統(tǒng)稱物質(zhì)的三態(tài)。當(dāng)氣體溫度進(jìn)一步升高時(shí)，其中許多，甚至全部分子或原子將由于激烈的相互碰撞而離解為電子和正離子。這時(shí)物質(zhì)將進(jìn)入一種新的狀態(tài)，即主要由電子和正離子（或是帶正電的核）組成的狀態(tài)。這種狀態(tài)的物質(zhì)叫等離子體，它可以稱為物質(zhì)的第四態(tài)。
　　
　　目前，直接測(cè)量等離子體的儀器分為兩大類：一大類是測(cè)量等離子體的密度和溫度，方法又分兩種：一種是根據(jù)落到傳感器上的帶電粒子產(chǎn)生的電流來推算，如法拉第筒、減速勢(shì)分析器和離子捕集器，另一種是探針，通過在探針上加不同電壓引起的電源變化推算；另一大類是測(cè)量等離子體的特征譜線（光譜法），使用光纖探測(cè)等離子體信號(hào)，通過光譜儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，如荷蘭Avantes公司的微小型、高分辨率、多通道光纖光譜儀。下面主要介紹光譜法測(cè)量等離子體。
　　
　　2.實(shí)驗(yàn)部分
　　
　　2.1儀器原理
　　
　　荷蘭Avantes公司的AvaSpec-2048FT快觸發(fā)型光譜儀，采用對(duì)稱式光路設(shè)計(jì)，入射焦距和色散焦距都是75mm；包括光纖接頭（標(biāo)準(zhǔn)SMA接口，也可以選擇其它類型的接口）、準(zhǔn)直鏡、衍射光柵、聚焦鏡和SonyILX554B型2048像素線陣CCD探測(cè)器，波長(zhǎng)范圍200-1100nm，zui高分辨率0.04nm，接口方面提供USB1.1或USB2.0接口、RS-232接口和I/O數(shù)字/模擬接口。
　　
　　圖1光學(xué)平臺(tái)
　　
　　圖2AvaSpec-2048FT快觸發(fā)型光譜儀
　　
　　2.2功能及特點(diǎn)
　　
　　2.2.1外觸發(fā)功能
　　
　　AvaSpec-2048FT快觸發(fā)型光譜儀能夠在接受外觸發(fā)信號(hào)之后僅延遲1.3,s就開始采樣；該光譜儀還可以發(fā)出一個(gè)TTL信號(hào)來觸發(fā)脈沖激光器，而且在AvaSoft軟件中可以設(shè)置采樣開始時(shí)間與該激光脈沖之間的延遲（-42ns至2.7ms，步長(zhǎng)42ns），-42ns的負(fù)延遲采樣時(shí)間的特性對(duì)測(cè)量脈沖激光器非常有用。
　　
　　AvaSpec-2048FT的這些特點(diǎn)使其適用于需要快速響應(yīng)和需要與外觸發(fā)信號(hào)同步的應(yīng)用領(lǐng)域（它的時(shí)間抖動(dòng)只有±21ns），例如傳送帶上的產(chǎn)品檢測(cè)等。而輸出TTL信號(hào)的特性則可使其用于激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）測(cè)量或熒光測(cè)量，這些應(yīng)用都要求激光脈沖發(fā)射一段時(shí)間之后開始采樣。　　　　
　　2.2.2歷史通道功能
　　
　　AvaSpec-2048FT快觸發(fā)型光譜儀可以同時(shí)監(jiān)測(cè)zui多8個(gè)輸出參數(shù)隨時(shí)間的變化，如用戶定義的函數(shù)、積分、峰值（波長(zhǎng)，相對(duì)強(qiáng)度）等。函數(shù)可以用Visual-Basic代碼編寫。時(shí)序測(cè)量的結(jié)果可以被存儲(chǔ)、載入或者打印。縮放和全景顯示功能可以把時(shí)序測(cè)量結(jié)果中感興趣的部分快速放大至全圖顯示。
　　
　　2.2.3獨(dú)立測(cè)量功能
　　
　　AvaSpec-2048FT快觸發(fā)型光譜儀可以配置成進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量工作，而不必使用計(jì)算機(jī)。
　　
　　USB2平臺(tái)的AvaSpec-2048光譜儀添加了藍(lán)牙（-BT）通信以及在板卡上存儲(chǔ)光譜的SDRAM卡選項(xiàng)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量和傳輸（大于300米）以及長(zhǎng)時(shí)間光譜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
　　
　　2.2.4寬光譜范圍內(nèi)的高分辨率
　　
　　對(duì)于等離子體測(cè)量和LIBS測(cè)量，一般都要求光譜儀在較寬的光譜范圍內(nèi)，具有較高的分辨率。
　　
　　AvaSpec-2048FT快觸發(fā)型光譜儀的zui高分辨率可達(dá)0.04nm，而多通道光譜儀可以滿足在200-900nm光譜范圍內(nèi)，分辨率優(yōu)于0.1nm，同時(shí)使用光纖束進(jìn)行探測(cè)（一端為一個(gè)光纖接頭，用于探測(cè)信號(hào);另一端為多個(gè)接頭，連接各個(gè)通道），操作既簡(jiǎn)單，又可以保證探測(cè)位于同一位置的信號(hào)。
　　
　　2.2.5對(duì)稱式光路設(shè)計(jì)
　　
　　對(duì)稱式光路的入射焦距和色散焦距比是嚴(yán)格的1:1關(guān)系，在CCD上成的是的直線象，并且由于不存在光路交叉，使得雜散光的影響被降低到zui小。
　　
　　2.2.6多通道間數(shù)據(jù)同步采樣
　　
　　AvaSpec-2048FT快觸發(fā)型光譜儀可以配置成雙通道或多通道（USB1.1平臺(tái)zui多8個(gè)，USB2.0平臺(tái)zui多128），采用主從電路板控制，各通道間實(shí)現(xiàn)真正意義上的同步數(shù)據(jù)采集。每個(gè)通道均包括一個(gè)獨(dú)立的光學(xué)平臺(tái)。　　　　
　　2.2.7溫度穩(wěn)定性好，熱漂移小
　　
　　AvaSpec-2048光譜儀的光學(xué)元件和底板間采用無應(yīng)力裝配，出廠前經(jīng)過特殊工序處理，因此環(huán)境溫度對(duì)光譜儀影響極小，環(huán)境溫度每變化1℃僅漂移0.1個(gè)像元；的溫度穩(wěn)定性確保了長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量的性和可重復(fù)性。
　　
　　2.3測(cè)量方法
　　
　　實(shí)際上，使用AvaSpec-2048FT光譜儀測(cè)量等離子體的特征譜線的方法很簡(jiǎn)單，如圖5所示。*步：安裝AvaSoft-Full全功能軟件；第二步：將光纖、光譜儀和計(jì)算機(jī)之間連接好，光纖一端固定并對(duì)準(zhǔn)被測(cè)等離子體，然后運(yùn)行軟件；第三步：軟件會(huì)將采集到的數(shù)據(jù)繪成光譜圖。
　　
　　由于光譜儀測(cè)量到的光譜強(qiáng)度是相對(duì)值（電子記數(shù)值，單位Counts），如果要進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)量，可以選擇在荷蘭Avantes公司的定標(biāo)實(shí)驗(yàn)室里對(duì)光譜儀進(jìn)行輻射定標(biāo)，波長(zhǎng)范圍200-1100nm。為了使整個(gè)測(cè)量裝置更加靈活，還可以購買一臺(tái)輻射定標(biāo)光源，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)定。　　　　
　　2.4測(cè)試數(shù)據(jù)及裝置　　
　　上面是AvaSpec-2048FT快觸發(fā)型光譜儀測(cè)量某種等離子體的光譜圖數(shù)據(jù)。　　
　　圖6是AvaSpec-2048FT快觸發(fā)型光譜儀測(cè)量惰性氣體在放電過程中等離子體的實(shí)際裝置。
　　
　　3．典型應(yīng)用及用戶
　　
　　在國內(nèi)，AvaSpec-2048FT快觸發(fā)型光譜儀用于等離子體測(cè)量的單位和應(yīng)用如下：
　　
　　1．中科院等離子體物理研究所，基于托卡馬克（TOKAMAK）的研究；
　　
　　2．清華大學(xué)工程物理系，基于低溫等離子體物理和材料生長(zhǎng)方面的研究；
　　
　　3．北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，基于納米材料的低溫等離子體合成的研究；
　　
　　4．復(fù)旦大學(xué)現(xiàn)代物理研究所，氣體放電過程等離子體光譜測(cè)量；
　　
　　5．哈爾濱工業(yè)大學(xué)等離子體推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，基于外太空環(huán)境下等離子體推進(jìn)測(cè)量技術(shù)的研究；
　　
　　6．西北核技術(shù)研究所，氣體高壓放電過程等離子體研究；
　　
　　7．大連理工大學(xué)等離子體物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，等離子體-催化及等離子體化學(xué)法制備納米催化劑的研究；
　　
　　8．解放軍電子工程學(xué)院，固體燃燒等離子體及等離子體隱身技術(shù)的研究；
　　
　　9．蘇州大學(xué)物理學(xué)院，基于等離子體沉積的研究；
　　
　　10．中北大學(xué)材料學(xué)院，基于電弧等離子體的研究；
　　
　　11．北京服裝學(xué)院，基于低溫等離子體改性技術(shù)的研究；
　　
　　12．北京印刷學(xué)院等離子體物理與材料研究室，基于等離子體沉積的研究；
　　
　　13．北京大學(xué)、核工業(yè)北京地質(zhì)研究院、北方交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)、山西大學(xué)、浙江師范大學(xué)等，基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)的研究；
　　
　　4．結(jié)論
　　
　　使用AvaSpec-2048FT快觸發(fā)型光譜儀進(jìn)行等離子體測(cè)量，具有性價(jià)比高、靈敏度高、測(cè)量精度高、測(cè)量速度快、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，而且體積小巧，方便集成到系統(tǒng)中進(jìn)行在線測(cè)量。