一种微秒脉冲等离子体射流一体机装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微秒脉冲等离子体射流一体机装置，包括微秒脉冲激励电源、等离子体射流装置和反应气体装置，微秒脉冲激励电源通过连接线内设置的高压线与等离子体射流装置的高压端连接，反应气体装置内的反应气体通过进气管进入微秒脉冲激励电源的进气口，并通过连接线内设置的出气管进入等离子体射流装置中。本发明专利技术还提供了一种微秒脉冲等离子体射流一体机装置的使用方法。本发明专利技术的有益效果为：一体化设计，具有放电效率高和装置小型化的优势，方便携带与使用；可输出电压幅值0‑20kV连续可调、频率0‑1.5kHz连续可调、上升沿0.5us、半高宽8us的高压脉冲；在实际应用中，可以应用于表面处理、生物医学应用等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种微秒脉冲等离子体射流一体机装置及其使用方法
本专利技术涉及等离子体射流
，具体而言，涉及一种微秒脉冲等离子体射流一体机装置及其使用方法。
技术介绍
大气压低温等离子体含有多种高活性粒子，被广泛应用于材料表面改性、生物医学、环境处理等领域。一体化、便携式的等离子体设备对促进等离子体在众多领域的应用具有重要的推动作用。现有的等离子体发生装置放电结构受到众多因素的限制：(1)传统的等离子激励电源采用交流或直流电源，发热现象严重，放电效率低；(2)气体放电等离子体工作于强电场环境中，为了保证等离子体发生装置的安全运行，必须配合复杂的绝缘和接地系统，使得等离子体发生装置同时受到绝缘介质材料、尺寸以及形状的约束；(3)现有的等离子体发生装置受限于气体放电的原理和空间活性粒子较短的寿命，尤其是工作于大气压环境下的低温等离子体，放电间隙更窄，活性粒子寿命更短，等离子体发生装置的工作空间和处理物的空间严重受限且放电电压及温度较高。正是由于这些因素的限制，导致现有的等离子体射流装置与激励电源均是独立结构，电源体积庞大，灵活性差。例如：YongCheolHongetal.“Microplasmajetatatmosphericpressure”AppliedPhysicsLetter89,221504(2006)中描述了一种交流激励的等离子体射流装置，高压电极直接裸露在外部空间中，对于一些实际应用不安全；EStoffelsetal“Plasmaneedleforinvivomedicaltreatment:recentdevelopmentsandperpectives”PlasmaSourceSci.Technol.15(2006)中描述了一种射频激励的等离子体射流装置，等离子体射流的电极直接暴露于外部空间中，无地电极；XinpeiLuetal.“Dynamicsofanatmosphericpressureplasmageneratedbysubmicrosecondvoltagepulses”JAppl.Phys100,063302(2006)中描述了一种脉冲直流激励的等离子体笔装置，该装置由双环状电极组成，当施加脉冲直流时最长可以产生5cm的等离子体射流，但当电压脉冲高于10us时，两电极间易发生电弧放电。申请号为200810236697.7的专利技术专利描述了一种电极呈空心管状的等离子体射流装置，该装置对射流直径要求较为苛刻，当射流直径较大时，很难产生放电，且放电电流大，不可触摸。综上来看，现有的等离子体发生装置多为固定电极结构，且等离子体发生装置与激励电源相分离，庞大的电源结构和复杂的线路系统使装置的灵活性受限，随着低温等离子体运用范围的拓展，有必要提升装置的灵活性，促进其在工业和科研领域中的应用。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种结构简单、一体化、方便携带，并且可以应用于众多场合的微秒脉冲等离子体射流一体机装置。本专利技术提供了一种微秒脉冲等离子体射流一体机装置，包括微秒脉冲激励电源、等离子体射流装置和反应气体装置，所述微秒脉冲激励电源通过连接线内设置的高压线与所述等离子体射流装置的高压端连接，所述反应气体装置内的反应气体通过进气管进入所述微秒脉冲激励电源的进气口，并通过所述连接线内设置的出气管进入所述等离子体射流装置中；其中，所述微秒脉冲激励电源包括低压模块和高压模块，所述低压模块包括调压器T、整流桥、倍压回路、触发控制电路和吸收保护电路，所述高压模块包括脉冲变压器PT，所述调压器T的原边与所述交流电压连接，所述调压器T的副边与所述整流桥连接，所述整流桥与所述倍压回路连接，所述倍压回路与所述触发控制电路和所述吸收保护电路连接，所述倍压回路与所述脉冲变压器PT的原边连接，所述脉冲变压器PT的副边与所述等离子体射流装置连接；外部输入的交流电压经过所述调压器T调压后作为所述微秒脉冲激励电源的输入电压，该输入电压经过所述整流桥后转换成直流电压；所述倍压回路对该直流电压进行升压充电，得到初始脉冲，并在所述触发控制电路的控制下进行放电，通过所述脉冲变压器PT耦合对所述等离子体射流装置输出高压微秒脉冲；所述触发控制电路控制所述倍压回路中开关IGBT的开通和关断，对所述倍压回路进行隔离；所述吸收保护电路吸收所述开关IGBT在开通和关断过程中产生的过电流和过电压；所述等离子体射流装置通过距离调节按钮固定在金属支架上，且所述等离子体射流装置的外壳通过所述金属支架接地，所述金属支架固定在处理平台上。作为本专利技术进一步的改进，所述倍压回路包括电阻R1、一级电容C1、二级电容C2、升压电感L、充电二极管D1和开关IGBT，所述电阻R1和所述一级电容C1串联，所述一级电容C1、所述升压电感L、所述充电二极管D1和所述二级电容C2串联，所述开关IGBT的栅极与所述触发控制电路连接，所述开关IGBT的集电极与所述充电二极管D1的负极连接，所述开关IGBT的发射极与所述吸收保护电路连接；所述整流桥转换后的直流电压经过所述电阻R1对所述一级电容C1充电；所述一级电容C1通过所述升压电感L、所述充电二极管D1、所述脉冲变压器PT的励磁电感和漏感对所述二级电容C2升压充电；所述开关IGBT开通时，所述二级电容C2由所述开关IGBT、所述脉冲变压器PT的漏感和所述脉冲变压器PT的原边构成的回路放电。作为本专利技术进一步的改进，所述一级电容C1由多个电解电容并联组成。作为本专利技术进一步的改进，所述触发控制电路包括脉冲发生器、光电转换部分和驱动回路，所述脉冲发生器与所述光电转换部分相连，所述光电转换部分与所述驱动回路相连，所述驱动回路与所述开关IGBT的栅极连接；所述脉冲发生器产生的脉冲，通过所述光电转换部分把电信号转成光信号再转成电信号，输出到所述驱动回路，产生触发脉冲控制所述开关IGBT的关断和开通。作为本专利技术进一步的改进，所述吸收保护电路包括吸收电容C3、吸收电阻R2和二极管D2，所述吸收电容C3和所述吸收电阻R2串联，所述二极管D2的负极与所述吸收电容C3和所述吸收电阻R2之间的节点连接，所述二极管D2的正极与所述充电二极管D1和所述二级电容C2之间的节点连接，所述开关IGBT的发射极与所述吸收电容C3连接。作为本专利技术进一步的改进，所述等离子体射流装置包括高压电极、地电极和绝缘介质层，所述高压电极置于所述绝缘介质层内，所述绝缘介质层外部包裹第一绝缘层和第二绝缘层，且所述第一绝缘层和所述第二绝缘层被所述地电极分隔，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层外部包裹有金属套管，所述金属套管即为所述等离子体射流装置的外壳。作为本专利技术进一步的改进，所述高压电极和所述地电极分别为中空管状电极和环状电极；或，所述高压电极和所述地电极分别为环状电极和环状电极；或，所述高压电极和所述地电极分别为针状电极和环状电极。作为本专利技术进一步的改进，所述高压电极、所述地电极、所述金属套管和所述金属支架均为导电金属材料。作为本专利技术进一步的改进，所述绝缘介质层、所述第一绝缘层和所述第二绝缘层采用聚四氟乙烯或石英或玻璃或陶瓷材料。本专利技术还提供了一种微秒脉冲等离子体射流一体机装置的使用方法，该方法包括以下步骤：步骤101，将待处理样品放置在所述处理平台上，通过所述距离调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微秒脉冲等离子体射流一体机装置，其特征在于，包括微秒脉冲激励电源(1)、等离子体射流装置(2)和反应气体装置(29)，所述微秒脉冲激励电源(1)通过连接线(26)内设置的高压线(27)与所述等离子体射流装置(2)的高压端连接，所述反应气体装置(29)内的反应气体通过进气管(31)进入所述微秒脉冲激励电源(1)的进气口(32)，并通过所述连接线(26)内设置的出气管(28)进入所述等离子体射流装置(2)中；其中，所述微秒脉冲激励电源(1)包括低压模块和高压模块，所述低压模块包括调压器T(3)、整流桥(4)、倍压回路、触发控制电路和吸收保护电路，所述高压模块包括脉冲变压器PT(5)，所述调压器T(3)的原边与所述交流电压连接，所述调压器T(3)的副边与所述整流桥(4)连接，所述整流桥(4)与所述倍压回路连接，所述倍压回路与所述触发控制电路和所述吸收保护电路连接，所述倍压回路与所述脉冲变压器PT(5)的原边连接，所述脉冲变压器PT(5)的副边与所述等离子体射流装置(2)连接；外部输入的交流电压经过所述调压器T(3)调压后作为所述微秒脉冲激励电源(1)的输入电压，该输入电压经过所述整流桥(4)后转换成直流电压；所述倍压回路对该直流电压进行升压充电，得到初始脉冲，并在所述触发控制电路的控制下进行放电，通过所述脉冲变压器PT(5)耦合对所述等离子体射流装置(2)输出高压微秒脉冲；所述触发控制电路控制所述倍压回路中开关IGBT(11)的开通和关断，对所述倍压回路进行隔离；所述吸收保护电路吸收所述开关IGBT(11)在开通和关断过程中产生的过电流和过电压；所述等离子体射流装置(2)通过距离调节按钮(25)固定在金属支架(23)上，且所述等离子体射流装置(2)的外壳通过所述金属支架(23)接地，所述金属支架(23)固定在处理平台(24)上。...

【技术特征摘要】
1.一种微秒脉冲等离子体射流一体机装置，其特征在于，包括微秒脉冲激励电源(1)、等离子体射流装置(2)和反应气体装置(29)，所述微秒脉冲激励电源(1)通过连接线(26)内设置的高压线(27)与所述等离子体射流装置(2)的高压端连接，所述反应气体装置(29)内的反应气体通过进气管(31)进入所述微秒脉冲激励电源(1)的进气口(32)，并通过所述连接线(26)内设置的出气管(28)进入所述等离子体射流装置(2)中；其中，所述微秒脉冲激励电源(1)包括低压模块和高压模块，所述低压模块包括调压器T(3)、整流桥(4)、倍压回路、触发控制电路和吸收保护电路，所述高压模块包括脉冲变压器PT(5)，所述调压器T(3)的原边与所述交流电压连接，所述调压器T(3)的副边与所述整流桥(4)连接，所述整流桥(4)与所述倍压回路连接，所述倍压回路与所述触发控制电路和所述吸收保护电路连接，所述倍压回路与所述脉冲变压器PT(5)的原边连接，所述脉冲变压器PT(5)的副边与所述等离子体射流装置(2)连接；外部输入的交流电压经过所述调压器T(3)调压后作为所述微秒脉冲激励电源(1)的输入电压，该输入电压经过所述整流桥(4)后转换成直流电压；所述倍压回路对该直流电压进行升压充电，得到初始脉冲，并在所述触发控制电路的控制下进行放电，通过所述脉冲变压器PT(5)耦合对所述等离子体射流装置(2)输出高压微秒脉冲；所述触发控制电路控制所述倍压回路中开关IGBT(11)的开通和关断，对所述倍压回路进行隔离；所述吸收保护电路吸收所述开关IGBT(11)在开通和关断过程中产生的过电流和过电压；所述等离子体射流装置(2)通过距离调节按钮(25)固定在金属支架(23)上，且所述等离子体射流装置(2)的外壳通过所述金属支架(23)接地，所述金属支架(23)固定在处理平台(24)上。2.根据权利要求1所述的微秒脉冲等离子体射流一体机装置，其特征在于，所述倍压回路包括电阻R1(6)、一级电容C1(7)、二级电容C2(8)、升压电感L(9)、充电二极管D1(10)和开关IGBT(11)，所述电阻R1(6)和所述一级电容C1(7)串联，所述一级电容C1(7)、所述升压电感L(9)、所述充电二极管D1(10)和所述二级电容C2(8)串联，所述开关IGBT(11)的栅极与所述触发控制电路连接，所述开关IGBT(11)的集电极与所述充电二极管D1(10)的负极连接，所述开关IGBT(11)的发射极与所述吸收保护电路连接；所述整流桥(4)转换后的直流电压经过所述电阻R1(6)对所述一级电容C1(7)充电；所述一级电容C1(7)通过所述升压电感L(9)、所述充电二极管D1(10)、所述脉冲变压器PT(5)的励磁电感和漏感对所述二级电容C2(8)升压充电；所述开关IGBT(11)开通时，所述二级电容C2(8)由所述开关IGBT(11)、所述脉冲变压器PT(5)的漏感和所述脉冲变压器PT(5)的原边构成的回路放电。3.根据权利要求2所述的微秒脉冲等离子体射流一体机装置，其特征在于，所述一级电容C1(7)由多个电解电容并联组成。4.根据权利要求1所述的微秒脉冲等离子体射流一体机装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞雪，邵涛，田思理，邱锦涛，方志，万京林，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，南京工业大学，南京苏曼等离子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11