一種微秒脈沖等離子體射流一體機裝置及其使用方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種微秒脈沖等離子體射流一體機裝置，包括微秒脈沖激勵電源、等離子體射流裝置和反應氣體裝置，微秒脈沖激勵電源通過連接線內設置的高壓線與等離子體射流裝置的高壓端連接，反應氣體裝置內的反應氣體通過進氣管進入微秒脈沖激勵電源的進氣口，并通過連接線內設置的出氣管進入等離子體射流裝置中。本發明專利技術還提供了一種微秒脈沖等離子體射流一體機裝置的使用方法。本發明專利技術的有益效果為：一體化設計，具有放電效率高和裝置小型化的優勢，方便攜帶與使用；可輸出電壓幅值0?20kV連續可調、頻率0?1.5kHz連續可調、上升沿0.5us、半高寬8us的高壓脈沖；在實際應用中，可以應用于表面處理、生物醫學應用等領域。

【技術實現步驟摘要】
一種微秒脈沖等離子體射流一體機裝置及其使用方法
本專利技術涉及等離子體射流
，具體而言，涉及一種微秒脈沖等離子體射流一體機裝置及其使用方法。
技術介紹
大氣壓低溫等離子體含有多種高活性粒子，被廣泛應用于材料表面改性、生物醫學、環境處理等領域。一體化、便攜式的等離子體設備對促進等離子體在眾多領域的應用具有重要的推動作用。現有的等離子體發生裝置放電結構受到眾多因素的限制：(1)傳統的等離子激勵電源采用交流或直流電源，發熱現象嚴重，放電效率低；(2)氣體放電等離子體工作于強電場環境中，為了保證等離子體發生裝置的安全運行，必須配合復雜的絕緣和接地系統，使得等離子體發生裝置同時受到絕緣介質材料、尺寸以及形狀的約束；(3)現有的等離子體發生裝置受限于氣體放電的原理和空間活性粒子較短的壽命，尤其是工作于大氣壓環境下的低溫等離子體，放電間隙更窄，活性粒子壽命更短，等離子體發生裝置的工作空間和處理物的空間嚴重受限且放電電壓及溫度較高。正是由于這些因素的限制，導致現有的等離子體射流裝置與激勵電源均是獨立結構，電源體積龐大，靈活性差。例如：YongCheolHongetal.“Microplasmajetatatmosphericpressure”AppliedPhysicsLetter89,221504(2006)中描述了一種交流激勵的等離子體射流裝置，高壓電極直接裸露在外部空間中，對于一些實際應用不安全；EStoffelsetal“Plasmaneedleforinvivomedicaltreatment:recentdevelopmentsandperpectives”PlasmaSourceSci.Technol.15(2006)中描述了一種射頻激勵的等離子體射流裝置，等離子體射流的電極直接暴露于外部空間中，無地電極；XinpeiLuetal.“Dynamicsofanatmosphericpressureplasmageneratedbysubmicrosecondvoltagepulses”JAppl.Phys100,063302(2006)中描述了一種脈沖直流激勵的等離子體筆裝置，該裝置由雙環狀電極組成，當施加脈沖直流時最長可以產生5cm的等離子體射流，但當電壓脈沖高于10us時，兩電極間易發生電弧放電。申請號為200810236697.7的專利技術專利描述了一種電極呈空心管狀的等離子體射流裝置，該裝置對射流直徑要求較為苛刻，當射流直徑較大時，很難產生放電，且放電電流大，不可觸摸。綜上來看，現有的等離子體發生裝置多為固定電極結構，且等離子體發生裝置與激勵電源相分離，龐大的電源結構和復雜的線路系統使裝置的靈活性受限，隨著低溫等離子體運用范圍的拓展，有必要提升裝置的靈活性，促進其在工業和科研領域中的應用。
技術實現思路
為解決上述問題，本專利技術的目的在于提供一種結構簡單、一體化、方便攜帶，并且可以應用于眾多場合的微秒脈沖等離子體射流一體機裝置。本專利技術提供了一種微秒脈沖等離子體射流一體機裝置，包括微秒脈沖激勵電源、等離子體射流裝置和反應氣體裝置，所述微秒脈沖激勵電源通過連接線內設置的高壓線與所述等離子體射流裝置的高壓端連接，所述反應氣體裝置內的反應氣體通過進氣管進入所述微秒脈沖激勵電源的進氣口，并通過所述連接線內設置的出氣管進入所述等離子體射流裝置中；其中，所述微秒脈沖激勵電源包括低壓模塊和高壓模塊，所述低壓模塊包括調壓器T、整流橋、倍壓回路、觸發控制電路和吸收保護電路，所述高壓模塊包括脈沖變壓器PT，所述調壓器T的原邊與所述交流電壓連接，所述調壓器T的副邊與所述整流橋連接，所述整流橋與所述倍壓回路連接，所述倍壓回路與所述觸發控制電路和所述吸收保護電路連接，所述倍壓回路與所述脈沖變壓器PT的原邊連接，所述脈沖變壓器PT的副邊與所述等離子體射流裝置連接；外部輸入的交流電壓經過所述調壓器T調壓后作為所述微秒脈沖激勵電源的輸入電壓，該輸入電壓經過所述整流橋后轉換成直流電壓；所述倍壓回路對該直流電壓進行升壓充電，得到初始脈沖，并在所述觸發控制電路的控制下進行放電，通過所述脈沖變壓器PT耦合對所述等離子體射流裝置輸出高壓微秒脈沖；所述觸發控制電路控制所述倍壓回路中開關IGBT的開通和關斷，對所述倍壓回路進行隔離；所述吸收保護電路吸收所述開關IGBT在開通和關斷過程中產生的過電流和過電壓；所述等離子體射流裝置通過距離調節按鈕固定在金屬支架上，且所述等離子體射流裝置的外殼通過所述金屬支架接地，所述金屬支架固定在處理平臺上。作為本專利技術進一步的改進，所述倍壓回路包括電阻R1、一級電容C1、二級電容C2、升壓電感L、充電二極管D1和開關IGBT，所述電阻R1和所述一級電容C1串聯，所述一級電容C1、所述升壓電感L、所述充電二極管D1和所述二級電容C2串聯，所述開關IGBT的柵極與所述觸發控制電路連接，所述開關IGBT的集電極與所述充電二極管D1的負極連接，所述開關IGBT的發射極與所述吸收保護電路連接；所述整流橋轉換后的直流電壓經過所述電阻R1對所述一級電容C1充電；所述一級電容C1通過所述升壓電感L、所述充電二極管D1、所述脈沖變壓器PT的勵磁電感和漏感對所述二級電容C2升壓充電；所述開關IGBT開通時，所述二級電容C2由所述開關IGBT、所述脈沖變壓器PT的漏感和所述脈沖變壓器PT的原邊構成的回路放電。作為本專利技術進一步的改進，所述一級電容C1由多個電解電容并聯組成。作為本專利技術進一步的改進，所述觸發控制電路包括脈沖發生器、光電轉換部分和驅動回路，所述脈沖發生器與所述光電轉換部分相連，所述光電轉換部分與所述驅動回路相連，所述驅動回路與所述開關IGBT的柵極連接；所述脈沖發生器產生的脈沖，通過所述光電轉換部分把電信號轉成光信號再轉成電信號，輸出到所述驅動回路，產生觸發脈沖控制所述開關IGBT的關斷和開通。作為本專利技術進一步的改進，所述吸收保護電路包括吸收電容C3、吸收電阻R2和二極管D2，所述吸收電容C3和所述吸收電阻R2串聯，所述二極管D2的負極與所述吸收電容C3和所述吸收電阻R2之間的節點連接，所述二極管D2的正極與所述充電二極管D1和所述二級電容C2之間的節點連接，所述開關IGBT的發射極與所述吸收電容C3連接。作為本專利技術進一步的改進，所述等離子體射流裝置包括高壓電極、地電極和絕緣介質層，所述高壓電極置于所述絕緣介質層內，所述絕緣介質層外部包裹第一絕緣層和第二絕緣層，且所述第一絕緣層和所述第二絕緣層被所述地電極分隔，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層外部包裹有金屬套管，所述金屬套管即為所述等離子體射流裝置的外殼。作為本專利技術進一步的改進，所述高壓電極和所述地電極分別為中空管狀電極和環狀電極；或，所述高壓電極和所述地電極分別為環狀電極和環狀電極；或，所述高壓電極和所述地電極分別為針狀電極和環狀電極。作為本專利技術進一步的改進，所述高壓電極、所述地電極、所述金屬套管和所述金屬支架均為導電金屬材料。作為本專利技術進一步的改進，所述絕緣介質層、所述第一絕緣層和所述第二絕緣層采用聚四氟乙烯或石英或玻璃或陶瓷材料。本專利技術還提供了一種微秒脈沖等離子體射流一體機裝置的使用方法，該方法包括以下步驟：步驟101，將待處理樣品放置在所述處理平臺上，通過所述距離調本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微秒脈沖等離子體射流一體機裝置，其特征在于，包括微秒脈沖激勵電源(1)、等離子體射流裝置(2)和反應氣體裝置(29)，所述微秒脈沖激勵電源(1)通過連接線(26)內設置的高壓線(27)與所述等離子體射流裝置(2)的高壓端連接，所述反應氣體裝置(29)內的反應氣體通過進氣管(31)進入所述微秒脈沖激勵電源(1)的進氣口(32)，并通過所述連接線(26)內設置的出氣管(28)進入所述等離子體射流裝置(2)中；其中，所述微秒脈沖激勵電源(1)包括低壓模塊和高壓模塊，所述低壓模塊包括調壓器T(3)、整流橋(4)、倍壓回路、觸發控制電路和吸收保護電路，所述高壓模塊包括脈沖變壓器PT(5)，所述調壓器T(3)的原邊與所述交流電壓連接，所述調壓器T(3)的副邊與所述整流橋(4)連接，所述整流橋(4)與所述倍壓回路連接，所述倍壓回路與所述觸發控制電路和所述吸收保護電路連接，所述倍壓回路與所述脈沖變壓器PT(5)的原邊連接，所述脈沖變壓器PT(5)的副邊與所述等離子體射流裝置(2)連接；外部輸入的交流電壓經過所述調壓器T(3)調壓后作為所述微秒脈沖激勵電源(1)的輸入電壓，該輸入電壓經過所述整流橋(4)后轉換成直流電壓；所述倍壓回路對該直流電壓進行升壓充電，得到初始脈沖，并在所述觸發控制電路的控制下進行放電，通過所述脈沖變壓器PT(5)耦合對所述等離子體射流裝置(2)輸出高壓微秒脈沖；所述觸發控制電路控制所述倍壓回路中開關IGBT(11)的開通和關斷，對所述倍壓回路進行隔離；所述吸收保護電路吸收所述開關IGBT(11)在開通和關斷過程中產生的過電流和過電壓；所述等離子體射流裝置(2)通過距離調節按鈕(25)固定在金屬支架(23)上，且所述等離子體射流裝置(2)的外殼通過所述金屬支架(23)接地，所述金屬支架(23)固定在處理平臺(24)上。...

【技術特征摘要】
1.一種微秒脈沖等離子體射流一體機裝置，其特征在于，包括微秒脈沖激勵電源(1)、等離子體射流裝置(2)和反應氣體裝置(29)，所述微秒脈沖激勵電源(1)通過連接線(26)內設置的高壓線(27)與所述等離子體射流裝置(2)的高壓端連接，所述反應氣體裝置(29)內的反應氣體通過進氣管(31)進入所述微秒脈沖激勵電源(1)的進氣口(32)，并通過所述連接線(26)內設置的出氣管(28)進入所述等離子體射流裝置(2)中；其中，所述微秒脈沖激勵電源(1)包括低壓模塊和高壓模塊，所述低壓模塊包括調壓器T(3)、整流橋(4)、倍壓回路、觸發控制電路和吸收保護電路，所述高壓模塊包括脈沖變壓器PT(5)，所述調壓器T(3)的原邊與所述交流電壓連接，所述調壓器T(3)的副邊與所述整流橋(4)連接，所述整流橋(4)與所述倍壓回路連接，所述倍壓回路與所述觸發控制電路和所述吸收保護電路連接，所述倍壓回路與所述脈沖變壓器PT(5)的原邊連接，所述脈沖變壓器PT(5)的副邊與所述等離子體射流裝置(2)連接；外部輸入的交流電壓經過所述調壓器T(3)調壓后作為所述微秒脈沖激勵電源(1)的輸入電壓，該輸入電壓經過所述整流橋(4)后轉換成直流電壓；所述倍壓回路對該直流電壓進行升壓充電，得到初始脈沖，并在所述觸發控制電路的控制下進行放電，通過所述脈沖變壓器PT(5)耦合對所述等離子體射流裝置(2)輸出高壓微秒脈沖；所述觸發控制電路控制所述倍壓回路中開關IGBT(11)的開通和關斷，對所述倍壓回路進行隔離；所述吸收保護電路吸收所述開關IGBT(11)在開通和關斷過程中產生的過電流和過電壓；所述等離子體射流裝置(2)通過距離調節按鈕(25)固定在金屬支架(23)上，且所述等離子體射流裝置(2)的外殼通過所述金屬支架(23)接地，所述金屬支架(23)固定在處理平臺(24)上。2.根據權利要求1所述的微秒脈沖等離子體射流一體機裝置，其特征在于，所述倍壓回路包括電阻R1(6)、一級電容C1(7)、二級電容C2(8)、升壓電感L(9)、充電二極管D1(10)和開關IGBT(11)，所述電阻R1(6)和所述一級電容C1(7)串聯，所述一級電容C1(7)、所述升壓電感L(9)、所述充電二極管D1(10)和所述二級電容C2(8)串聯，所述開關IGBT(11)的柵極與所述觸發控制電路連接，所述開關IGBT(11)的集電極與所述充電二極管D1(10)的負極連接，所述開關IGBT(11)的發射極與所述吸收保護電路連接；所述整流橋(4)轉換后的直流電壓經過所述電阻R1(6)對所述一級電容C1(7)充電；所述一級電容C1(7)通過所述升壓電感L(9)、所述充電二極管D1(10)、所述脈沖變壓器PT(5)的勵磁電感和漏感對所述二級電容C2(8)升壓充電；所述開關IGBT(11)開通時，所述二級電容C2(8)由所述開關IGBT(11)、所述脈沖變壓器PT(5)的漏感和所述脈沖變壓器PT(5)的原邊構成的回路放電。3.根據權利要求2所述的微秒脈沖等離子體射流一體機裝置，其特征在于，所述一級電容C1(7)由多個電解電容并聯組成。4.根據權利要求1所述的微秒脈沖等離子體射流一體機裝...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王瑞雪，邵濤，田思理，邱錦濤，方志，萬京林，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，南京工業大學，南京蘇曼等離子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京,11