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Characterization of electric propulsion plasma jet by means of Optical Emission Spectroscopy

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Publication date
2017-07
Defense date
2017-07-05
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El objetivo de este proyecto es la creación de una herramienta de cálculo en MATLAB que represente la imagen de un chorro de plasma usando Espectroscopía Óptica con el fin de contribuir al desarrollo de los sistemas de propulsión por plasma. Esta herramienta usa datos obtenidos a partir de simulaciones por ordenador llevadas a cabo en EP2PLUS y datos espectrales de la base de datos NIST Atomic Spectral Database junto con algunos parámetros definidos por el usuario de la herramienta para obtener la imagen deseada en colores reales. Para ello, asumiendo condiciones de equilibrio termodinámico local (LTE), la herramienta usa la distribución de Boltzmann y la ecuación de la emisión para calcular las densidades y emisiones locales del chorro. Una vez obtenidas, se calculan las intensidades proyectadas con el ángulo deseado usando la Transformada de Radon. Después, éstas se filtran usando las curvas de intensidad del ojo humano para descartar las emisiones que no podrán ser detectadas por el ojo. Finalmente, se calcula la fracci on de cada color (rojo, verde y azul) por unidad de superficie y se escala para evitar la saturación de la imagen para acabar mostrando las temperaturas, espectros e imágenes obtenidas en el presente informe de este Trabajo de Fin de Grado.
The aim of this project is to create a computational tool in MATLAB to build the image of a plasma jet by means of Optical Emission Spectroscopy with the objective to contribute to the plasma space propulsion systems development. This tool uses data from computer plasma jet simulations performed in EP2PLUS and spectral data from NIST Atomic Spectral Database together with a few parameters set by the user to build the desired plasma image in real colors. To do so, under the assumption of Local Thermodynamic Equilibrium, the tool uses Boltzmann distribution and the Emission equation to calculate the local densities and emissions in the jet, respectively. Once obtained, the intensities with the desired projection angle are computed by means of the Radon transform. They are then filtered by the human eye intensity curves to discard those emissions which cannot be detected by the human eye. The fraction of each color (Red, Green and Blue) on each projected surface unit is calculated and scaled to avoid image saturation. The resulting temperatures, spectra and images are shown and discussed in this thesis.
Description
Keywords
Optical Emission Spectroscopy, Plasma space propulsion systems, Local Thermodynamic Equilibrium, Matlab
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