利用SDBD和發(fā)射光譜檢測(cè)OH濃度的實(shí)驗(yàn)裝置及方法制造方法及圖紙

一種利用SDBD和發(fā)射光譜檢測(cè)OH濃度的實(shí)驗(yàn)裝置及方法,屬于等離子技術(shù)領(lǐng)域。主要由環(huán)形線?線式SDBD發(fā)生器(1)，電源系統(tǒng)(2)，供氣系統(tǒng)(3)，紫外光源系統(tǒng)(4)，和發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)(5)組成。由納秒脈沖電源激勵(lì)產(chǎn)生沿面介質(zhì)阻擋放電等離子體，利用紫外光源和發(fā)射光譜技術(shù)，檢測(cè)等離子體中OH自由基絕對(duì)濃度的。在檢測(cè)OH絕對(duì)濃度時(shí)，首先檢測(cè)僅紫外光的發(fā)射光譜，再檢測(cè)紫外光通過(guò)放電等離子體區(qū)域后的發(fā)射光譜，最終計(jì)算得到OH自由基的絕對(duì)濃度。本發(fā)明專利技術(shù)可以解決傳統(tǒng)技術(shù)檢測(cè)活性物種絕對(duì)濃度時(shí)，操作復(fù)雜、設(shè)備昂貴等缺點(diǎn)。

Experimental device and method for detecting OH concentration by using SDBD and emission spectrum

The utility model relates to an experimental device and a method for detecting OH concentration by using SDBD and emission spectrum, belonging to the plasma technology field. Mainly by the ring line line type SDBD generator (1), (2) power supply system, gas supply system (3), UV light source system (4), and the emission spectrum diagnosis system (5). The dielectric barrier discharge plasma is excited by nanosecond pulse power source. The absolute concentration of OH radical in plasma is detected by ultraviolet light source and emission spectrum technique. When the absolute concentration of OH is detected, the emission spectrum of ultraviolet light is detected first, and then the emission spectrum of ultraviolet light passing through the discharge plasma region is detected. Finally, the absolute concentration of OH radical is calculated. The invention can solve the defects of complicated operation and expensive equipment when the traditional technique detects the absolute concentration of the active species.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
利用SDBD和發(fā)射光譜檢測(cè)OH濃度的實(shí)驗(yàn)裝置及方法
本專利技術(shù)屬于等離子體
特別是涉及一種由納秒脈沖電源或正弦交流電源，激勵(lì)產(chǎn)生沿面介質(zhì)阻擋放電等離子體，利用紫外光源和發(fā)射光譜技術(shù)，檢測(cè)等離子體中OH自由基絕對(duì)濃度的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。技術(shù)背景近年來(lái)，放電等離子體由于其在材料改性、殺毒滅菌、污染物處理等方面的大量應(yīng)用，得到了廣泛的關(guān)注和研究。在裝置簡(jiǎn)易、應(yīng)用便捷的大氣壓空氣放電中，放電等離子體能夠產(chǎn)生大量的活性氮基團(tuán)和活性氧基團(tuán)，如N2(C)、N2(B)、N2(A)、OH、O、O3等。這些活性物種，尤其是活性氧基團(tuán)中的OH等，在污染物處理和殺毒滅菌中起到了重要作用。因此，對(duì)于活性物種的絕對(duì)濃度檢測(cè)是等離子體應(yīng)用中的重要一環(huán)。活性物種的檢測(cè)手段主要有激光誘導(dǎo)熒光、光腔衰蕩光譜、發(fā)射光譜等，其中，光腔衰蕩光譜則可以探測(cè)等離子體中活性物種的絕對(duì)濃度，而激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)可以利用強(qiáng)激光器使等離子體基態(tài)粒子激發(fā)，從而探測(cè)基態(tài)粒子的存在。激光誘導(dǎo)熒光同樣可以探測(cè)活性物種的絕對(duì)濃度，但在檢測(cè)前需要進(jìn)行復(fù)雜的標(biāo)定。同時(shí)，這兩種技術(shù)存在設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。而發(fā)射光譜技術(shù)是非探入式在線診斷技術(shù)，可以簡(jiǎn)單、便捷的檢測(cè)等離子體中存在的活性物種，且在診斷前并不需要復(fù)雜的光路校準(zhǔn)和標(biāo)定等工作。同時(shí)，OH自由基主要產(chǎn)生于紫外帶，能夠良好的吸收紫外光。因此，本專利技術(shù)旨在提供一種利用發(fā)射光譜技術(shù)和紫外光源，檢測(cè)放電等離子體中OH活性物種絕對(duì)濃度的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。介質(zhì)阻擋放電是產(chǎn)生放電等離子體的一種常見(jiàn)方式，介質(zhì)阻擋放電通常有兩種基本結(jié)構(gòu)，即體積介質(zhì)阻擋放電(VDBD和沿面介質(zhì)阻擋放電(SDBD。VDBD通常由電極、介質(zhì)板、氣體間隙組成，微放電通道從一個(gè)電極產(chǎn)生，穿過(guò)氣體間隙后到達(dá)另一電極，從而形成放電等離子體。而SDBD通常并不存在氣體間隙，高壓電極和地電極分別存在于介質(zhì)材料兩側(cè)，放電沿介質(zhì)板表面產(chǎn)生。由于沿面放電的等離子體區(qū)域集中，比起體積放電，沿面放電具有較高的能量效率，且能夠產(chǎn)生較多的活性物種。同時(shí)，由于沿面放電產(chǎn)生于介質(zhì)板表面，SDBD的放電區(qū)域可以更好地控制。因此，本專利技術(shù)中的待檢測(cè)OH自由基由沿面介質(zhì)阻擋放電等離子體產(chǎn)生。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決檢測(cè)活性物種絕對(duì)濃度技術(shù)復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴、等離子體區(qū)域不集中、不易受控制等問(wèn)題，本專利技術(shù)提出了利用SDBD和發(fā)射光譜檢測(cè)OH濃度的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。本專利技術(shù)提供了一種利用SDBD和發(fā)射光譜檢測(cè)OH濃度的實(shí)驗(yàn)裝置，主要由環(huán)形線式SDBD發(fā)生器，電源系統(tǒng)，供氣系統(tǒng)，紫外光源系統(tǒng)，和發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)組成；放電等離子體由電源系統(tǒng)激勵(lì)，在環(huán)形線式SDBD發(fā)生器中產(chǎn)生，由供氣系統(tǒng)提供放電的氣體氛圍并保持一定的氣體組分和流速，由紫外光源系統(tǒng)提供光源，發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)進(jìn)行在線光學(xué)診斷。環(huán)形線式SDBD發(fā)生器由線型高壓電極，管式地電極，石英介質(zhì)管，和具支管組成；線型高壓電極為金屬圓柱體，長(zhǎng)度小于石英介質(zhì)管；石英介質(zhì)管一端敞開(kāi)，另一端為封閉且?guī)в幸粋€(gè)支出的具支管；石英介質(zhì)管外側(cè)表面開(kāi)有一軸向半圓形凹槽，其直徑與管式高壓電極的直徑一致，管式高壓電極固定于凹槽中；管式地電極長(zhǎng)度與線型高壓電極一致，外徑與石英介質(zhì)管內(nèi)徑一致，與管式高壓電極相對(duì)固定在石英介質(zhì)管的內(nèi)部；管式地電極與管式高壓電極相對(duì)的側(cè)面有一個(gè)深入內(nèi)腔的軸向缺口，缺口兩端間距與線型高壓電極的直徑一致；環(huán)形線式SDBD發(fā)生器的線型高壓電極與電源系統(tǒng)相連，管式地電極接地，供氣系統(tǒng)通過(guò)石英介質(zhì)管的具支管提供氣體氛圍。放電在管式地電極的軸向缺口之間，沿石英介質(zhì)管的內(nèi)表面發(fā)生。供氣系統(tǒng)由氣瓶、質(zhì)量流量計(jì)、水浴鍋、集水瓶組成。反應(yīng)氣的流量和組分由質(zhì)量流量計(jì)控制，反應(yīng)氣由氣瓶提供，反應(yīng)氣經(jīng)過(guò)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)入水浴鍋中的集水瓶的溶液中，再由管路收集集水瓶中的水蒸氣經(jīng)過(guò)具支管通入放電等離子體區(qū)域；水浴鍋一般設(shè)置為70-85℃。紫外光源系統(tǒng)由紫外燈和兩個(gè)光學(xué)透鏡、組成；光學(xué)透鏡、平行放置，紫外燈正對(duì)兩個(gè)光學(xué)透鏡中心，紫外光由光學(xué)透鏡匯聚至光學(xué)透鏡的焦點(diǎn)處，再由光學(xué)透鏡折射為平行紫外光；保持紫外光與環(huán)形線式SDBD發(fā)生器的軸向平行，并由管式地電極的軸向缺口中間位置穿過(guò)整個(gè)放電區(qū)域。發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)由石英透鏡，線型光纖探頭，光纖，高分辨率光柵單色儀，電荷耦合器件，和計(jì)算機(jī)組成；石英透鏡與光學(xué)透鏡、平行放置，保持光學(xué)中心共線，并置于環(huán)形線式SDBD發(fā)生器兩側(cè)，放電等離子體發(fā)出的光信號(hào)通過(guò)石英透鏡匯聚，由線型光纖探頭采集后經(jīng)過(guò)光纖導(dǎo)入高分辨率光柵單色儀分光，分光形成光信號(hào)經(jīng)過(guò)電荷耦合器件轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最終以光譜形式呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上；其中，光柵選擇2400l/m，光譜范圍設(shè)置為305-310nm。線型高壓電極材料可以為白鋼、黃銅等。電源系統(tǒng)既可以是高壓納秒脈沖電源，也可以是正弦交流電源。本專利技術(shù)中的沿面介質(zhì)阻擋放電等離子體，由納秒脈沖電源或正弦交流電源激勵(lì)產(chǎn)生，等離子體的放電氣體氛圍由供氣裝置保證，紫外光則由光源提供。當(dāng)紫外光通過(guò)放電等離子體區(qū)域后，利用發(fā)射光譜技術(shù)診斷OH自由基的絕對(duì)濃度。本專利技術(shù)的有益效果是：(1)通過(guò)環(huán)形線式SDBD發(fā)生器，利用線型高壓電極和帶缺口的管式地電極，在大氣壓中產(chǎn)生了沿面介質(zhì)阻擋放電等離子體；(2)利用線型高壓電極和帶缺口的管式地電極，使得放電沿石英介質(zhì)管內(nèi)壁發(fā)生，并集中于管式地電極的缺口之間，保證了放電產(chǎn)生SDBD等離子體線程長(zhǎng)、區(qū)域集中，有利于紫外光的吸收與檢測(cè)；(3)通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，確定了放電等離子體的軸向線程范圍，保證紫外光具有足夠吸收程的同時(shí)，又足以達(dá)到發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)最低響應(yīng)閾值；(4)利用紫外光源和發(fā)射光譜技術(shù)診斷了放電等離子體中OH的絕對(duì)濃度，解決了傳統(tǒng)檢測(cè)活性物種絕對(duì)濃度時(shí)(如利用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)或光腔衰蕩光譜技術(shù))，操作復(fù)雜、設(shè)備昂貴等缺點(diǎn)。(5)紫外光經(jīng)過(guò)長(zhǎng)程吸收后，會(huì)造成的光路偏差而導(dǎo)致光信號(hào)收集困難，本專利技術(shù)在發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)中，利用了線型光纖探頭擴(kuò)大了光信號(hào)收集范圍，使得光信號(hào)采集過(guò)程便捷易行。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為環(huán)形線式SDBD發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為供氣系統(tǒng)。圖4為紫外光源系統(tǒng)圖5為發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)。圖中：1.環(huán)形線式SDBD發(fā)生器；2.電源系統(tǒng)；3.供氣系統(tǒng)；4.紫外光源系統(tǒng)；5.發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)；101.線型高壓電極；102.管式地電極；103.石英介質(zhì)管；104.具支管；301.氣瓶；302.質(zhì)量流量計(jì)；303.水浴鍋；304.集水瓶；401.紫外燈；402.光學(xué)透鏡A；403.光學(xué)透鏡B；501.石英透鏡；502.線型光纖探頭；503.光纖；504.電荷耦合器件；505.高分辨率光柵單色儀；506.計(jì)算機(jī)。具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)一步說(shuō)明。利用SDBD和發(fā)射光譜檢測(cè)OH濃度的實(shí)驗(yàn)裝置，主要由環(huán)形線式SDBD發(fā)生器1，電源系統(tǒng)2，供氣系統(tǒng)3，紫外光源系統(tǒng)4，和發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)5組成；環(huán)形線式SDBD發(fā)生器1由線型高壓電極101，管式地電極102，石英介質(zhì)管103，和具支管104組成；線型高壓電極101為金屬圓柱體，長(zhǎng)度小于石英介質(zhì)管10310-30cm；石英介質(zhì)管103一端敞開(kāi)，另一端為封閉且?guī)в幸粋€(gè)支出的具支管104)；石英介質(zhì)管103外側(cè)表面開(kāi)有一軸向半圓形凹槽，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
利用SDBD和發(fā)射光譜檢測(cè)OH濃度的實(shí)驗(yàn)裝置，主要由環(huán)形線式SDBD發(fā)生器(1)，電源系統(tǒng)(2)，供氣系統(tǒng)(3)，紫外光源系統(tǒng)(4)，和發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)(5)組成；放電等離子體由電源系統(tǒng)(2)激勵(lì)，在環(huán)形線式SDBD發(fā)生器(1)中產(chǎn)生，由供氣系統(tǒng)(3)提供放電的氣體氛圍并保持一定的氣體組分和流速，由紫外光源系統(tǒng)(4)提供光源，發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)(5)進(jìn)行在線光學(xué)診斷；其特征在于環(huán)形線式SDBD發(fā)生器(1)由線型高壓電極(101)，管式地電極(102)，石英介質(zhì)管(103)，和具支管(104)組成；線型高壓電極(101)為金屬圓柱體，長(zhǎng)度小于石英介質(zhì)管(103)；石英介質(zhì)管(103)一端敞開(kāi)，另一端為封閉且?guī)в幸粋€(gè)支出的具支管(104)；石英介質(zhì)管(103)外側(cè)表面開(kāi)有一軸向半圓形凹槽，其直徑與管式高壓電極(101)的直徑一致，管式高壓電極(101)固定于凹槽中；管式地電極(102)長(zhǎng)度與線型高壓電極(101)一致，外徑與石英介質(zhì)管(103)內(nèi)徑一致，與管式高壓電極(101)相對(duì)固定在石英介質(zhì)管(103)的內(nèi)部；管式地電極(102)與管式高壓電極(101)相對(duì)的側(cè)面有一個(gè)深入內(nèi)腔的軸向缺口，缺口兩端間距與線型高壓電極(101)的直徑一致；環(huán)形線式SDBD發(fā)生器(1)的線型高壓電極(101)與電源系統(tǒng)(2)相連，管式地電極(102)接地，供氣系統(tǒng)(3)通過(guò)石英介質(zhì)管(103)的具支管提供氣體氛圍；放電在管式地電極(102)的軸向缺口之間，沿石英介質(zhì)管(103)的內(nèi)表面發(fā)生。...

【技術(shù)特征摘要】
1.利用SDBD和發(fā)射光譜檢測(cè)OH濃度的實(shí)驗(yàn)裝置，主要由環(huán)形線式SDBD發(fā)生器(1)，電源系統(tǒng)(2)，供氣系統(tǒng)(3)，紫外光源系統(tǒng)(4)，和發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)(5)組成；放電等離子體由電源系統(tǒng)(2)激勵(lì)，在環(huán)形線式SDBD發(fā)生器(1)中產(chǎn)生，由供氣系統(tǒng)(3)提供放電的氣體氛圍并保持一定的氣體組分和流速，由紫外光源系統(tǒng)(4)提供光源，發(fā)射光譜診斷系統(tǒng)(5)進(jìn)行在線光學(xué)診斷；其特征在于環(huán)形線式SDBD發(fā)生器(1)由線型高壓電極(101)，管式地電極(102)，石英介質(zhì)管(103)，和具支管(104)組成；線型高壓電極(101)為金屬圓柱體，長(zhǎng)度小于石英介質(zhì)管(103)；石英介質(zhì)管(103)一端敞開(kāi)，另一端為封閉且?guī)в幸粋€(gè)支出的具支管(104)；石英介質(zhì)管(103)外側(cè)表面開(kāi)有一軸向半圓形凹槽，其直徑與管式高壓電極(101)的直徑一致，管式高壓電極(101)固定于凹槽中；管式地電極(102)長(zhǎng)度與線型高壓電極(101)一致，外徑與石英介質(zhì)管(103)內(nèi)徑一致，與管式高壓電極(101)相對(duì)固定在石英介質(zhì)管(103)的內(nèi)部；管式地電極(102)與管式高壓電極(101)相對(duì)的側(cè)面有一個(gè)深入內(nèi)腔的軸向缺口，缺口兩端間距與線型高壓電極(101)的直徑一致；環(huán)形線式SDBD發(fā)生器(1)的線型高壓電極(101)與電源系統(tǒng)(2)相連，管式地電極(102)接地，供氣系統(tǒng)(3)通過(guò)石英介質(zhì)管(103)的具支管提供氣體氛圍；放電在管式地電極(102)的軸向缺口之間，沿石英介質(zhì)管(103)的內(nèi)表面發(fā)生。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用SDBD和發(fā)射光譜檢測(cè)OH濃度的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，供氣系統(tǒng)(3)由氣瓶(301)、質(zhì)量流量計(jì)(302)、水浴鍋(303)、集水瓶(304)組成；反應(yīng)氣的流量和組分由質(zhì)量流量計(jì)(302)控制，反應(yīng)氣由氣瓶(301)提供，反應(yīng)氣經(jīng)過(guò)質(zhì)量流量計(jì)(302)進(jìn)入水浴鍋(303)中的集水瓶(304)的溶液中，再由管路收集集水瓶(304)中的水蒸氣經(jīng)過(guò)具支管(104)通入放電等離子體區(qū)域；水浴鍋(303)一般設(shè)置為70-85℃。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用SDBD和發(fā)射光譜檢測(cè)OH濃度的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，紫外光源系統(tǒng)(4)由紫外燈(401)和兩個(gè)光學(xué)透鏡(402...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王文春，趙紫璐，楊德正，袁皓，張麗，王森，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧,21