利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置及方法制造方法及图纸

一种利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置及方法,属于等离子技术领域。主要由环形线‑线式SDBD发生器(1)，电源系统(2)，供气系统(3)，紫外光源系统(4)，和发射光谱诊断系统(5)组成。由纳秒脉冲电源激励产生沿面介质阻挡放电等离子体，利用紫外光源和发射光谱技术，检测等离子体中OH自由基绝对浓度的。在检测OH绝对浓度时，首先检测仅紫外光的发射光谱，再检测紫外光通过放电等离子体区域后的发射光谱，最终计算得到OH自由基的绝对浓度。本发明专利技术可以解决传统技术检测活性物种绝对浓度时，操作复杂、设备昂贵等缺点。

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.

【技术实现步骤摘要】
利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置及方法
本专利技术属于等离子体
特别是涉及一种由纳秒脉冲电源或正弦交流电源，激励产生沿面介质阻挡放电等离子体，利用紫外光源和发射光谱技术，检测等离子体中OH自由基绝对浓度的实验装置及方法。技术背景近年来，放电等离子体由于其在材料改性、杀毒灭菌、污染物处理等方面的大量应用，得到了广泛的关注和研究。在装置简易、应用便捷的大气压空气放电中，放电等离子体能够产生大量的活性氮基团和活性氧基团，如N2(C)、N2(B)、N2(A)、OH、O、O3等。这些活性物种，尤其是活性氧基团中的OH等，在污染物处理和杀毒灭菌中起到了重要作用。因此，对于活性物种的绝对浓度检测是等离子体应用中的重要一环。活性物种的检测手段主要有激光诱导荧光、光腔衰荡光谱、发射光谱等，其中，光腔衰荡光谱则可以探测等离子体中活性物种的绝对浓度，而激光诱导荧光技术可以利用强激光器使等离子体基态粒子激发，从而探测基态粒子的存在。激光诱导荧光同样可以探测活性物种的绝对浓度，但在检测前需要进行复杂的标定。同时，这两种技术存在设备昂贵、操作复杂等缺点。而发射光谱技术是非探入式在线诊断技术，可以简单、便捷的检测等离子体中存在的活性物种，且在诊断前并不需要复杂的光路校准和标定等工作。同时，OH自由基主要产生于紫外带，能够良好的吸收紫外光。因此，本专利技术旨在提供一种利用发射光谱技术和紫外光源，检测放电等离子体中OH活性物种绝对浓度的实验装置及方法。介质阻挡放电是产生放电等离子体的一种常见方式，介质阻挡放电通常有两种基本结构，即体积介质阻挡放电(VDBD和沿面介质阻挡放电(SDBD。VDBD通常由电极、介质板、气体间隙组成，微放电通道从一个电极产生，穿过气体间隙后到达另一电极，从而形成放电等离子体。而SDBD通常并不存在气体间隙，高压电极和地电极分别存在于介质材料两侧，放电沿介质板表面产生。由于沿面放电的等离子体区域集中，比起体积放电，沿面放电具有较高的能量效率，且能够产生较多的活性物种。同时，由于沿面放电产生于介质板表面，SDBD的放电区域可以更好地控制。因此，本专利技术中的待检测OH自由基由沿面介质阻挡放电等离子体产生。
技术实现思路
为了解决检测活性物种绝对浓度技术复杂、实验设备昂贵、等离子体区域不集中、不易受控制等问题，本专利技术提出了利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置及方法。本专利技术提供了一种利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置，主要由环形线式SDBD发生器，电源系统，供气系统，紫外光源系统，和发射光谱诊断系统组成；放电等离子体由电源系统激励，在环形线式SDBD发生器中产生，由供气系统提供放电的气体氛围并保持一定的气体组分和流速，由紫外光源系统提供光源，发射光谱诊断系统进行在线光学诊断。环形线式SDBD发生器由线型高压电极，管式地电极，石英介质管，和具支管组成；线型高压电极为金属圆柱体，长度小于石英介质管；石英介质管一端敞开，另一端为封闭且带有一个支出的具支管；石英介质管外侧表面开有一轴向半圆形凹槽，其直径与管式高压电极的直径一致，管式高压电极固定于凹槽中；管式地电极长度与线型高压电极一致，外径与石英介质管内径一致，与管式高压电极相对固定在石英介质管的内部；管式地电极与管式高压电极相对的侧面有一个深入内腔的轴向缺口，缺口两端间距与线型高压电极的直径一致；环形线式SDBD发生器的线型高压电极与电源系统相连，管式地电极接地，供气系统通过石英介质管的具支管提供气体氛围。放电在管式地电极的轴向缺口之间，沿石英介质管的内表面发生。供气系统由气瓶、质量流量计、水浴锅、集水瓶组成。反应气的流量和组分由质量流量计控制，反应气由气瓶提供，反应气经过质量流量计进入水浴锅中的集水瓶的溶液中，再由管路收集集水瓶中的水蒸气经过具支管通入放电等离子体区域；水浴锅一般设置为70-85℃。紫外光源系统由紫外灯和两个光学透镜、组成；光学透镜、平行放置，紫外灯正对两个光学透镜中心，紫外光由光学透镜汇聚至光学透镜的焦点处，再由光学透镜折射为平行紫外光；保持紫外光与环形线式SDBD发生器的轴向平行，并由管式地电极的轴向缺口中间位置穿过整个放电区域。发射光谱诊断系统由石英透镜，线型光纤探头，光纤，高分辨率光栅单色仪，电荷耦合器件，和计算机组成；石英透镜与光学透镜、平行放置，保持光学中心共线，并置于环形线式SDBD发生器两侧，放电等离子体发出的光信号通过石英透镜汇聚，由线型光纤探头采集后经过光纤导入高分辨率光栅单色仪分光，分光形成光信号经过电荷耦合器件转化为电信号，最终以光谱形式呈现在计算机上；其中，光栅选择2400l/m，光谱范围设置为305-310nm。线型高压电极材料可以为白钢、黄铜等。电源系统既可以是高压纳秒脉冲电源，也可以是正弦交流电源。本专利技术中的沿面介质阻挡放电等离子体，由纳秒脉冲电源或正弦交流电源激励产生，等离子体的放电气体氛围由供气装置保证，紫外光则由光源提供。当紫外光通过放电等离子体区域后，利用发射光谱技术诊断OH自由基的绝对浓度。本专利技术的有益效果是：(1)通过环形线式SDBD发生器，利用线型高压电极和带缺口的管式地电极，在大气压中产生了沿面介质阻挡放电等离子体；(2)利用线型高压电极和带缺口的管式地电极，使得放电沿石英介质管内壁发生，并集中于管式地电极的缺口之间，保证了放电产生SDBD等离子体线程长、区域集中，有利于紫外光的吸收与检测；(3)通过多次实验，确定了放电等离子体的轴向线程范围，保证紫外光具有足够吸收程的同时，又足以达到发射光谱诊断系统最低响应阈值；(4)利用紫外光源和发射光谱技术诊断了放电等离子体中OH的绝对浓度，解决了传统检测活性物种绝对浓度时(如利用激光诱导荧光技术或光腔衰荡光谱技术)，操作复杂、设备昂贵等缺点。(5)紫外光经过长程吸收后，会造成的光路偏差而导致光信号收集困难，本专利技术在发射光谱诊断系统中，利用了线型光纤探头扩大了光信号收集范围，使得光信号采集过程便捷易行。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为环形线式SDBD发生器结构示意图。图3为供气系统。图4为紫外光源系统图5为发射光谱诊断系统。图中：1.环形线式SDBD发生器；2.电源系统；3.供气系统；4.紫外光源系统；5.发射光谱诊断系统；101.线型高压电极；102.管式地电极；103.石英介质管；104.具支管；301.气瓶；302.质量流量计；303.水浴锅；304.集水瓶；401.紫外灯；402.光学透镜A；403.光学透镜B；501.石英透镜；502.线型光纤探头；503.光纤；504.电荷耦合器件；505.高分辨率光栅单色仪；506.计算机。具体实施方案下面结合附图和具体实施方案对本专利技术进一步说明。利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置，主要由环形线式SDBD发生器1，电源系统2，供气系统3，紫外光源系统4，和发射光谱诊断系统5组成；环形线式SDBD发生器1由线型高压电极101，管式地电极102，石英介质管103，和具支管104组成；线型高压电极101为金属圆柱体，长度小于石英介质管10310-30cm；石英介质管103一端敞开，另一端为封闭且带有一个支出的具支管104)；石英介质管103外侧表面开有一轴向半圆形凹槽，本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置，主要由环形线式SDBD发生器(1)，电源系统(2)，供气系统(3)，紫外光源系统(4)，和发射光谱诊断系统(5)组成；放电等离子体由电源系统(2)激励，在环形线式SDBD发生器(1)中产生，由供气系统(3)提供放电的气体氛围并保持一定的气体组分和流速，由紫外光源系统(4)提供光源，发射光谱诊断系统(5)进行在线光学诊断；其特征在于环形线式SDBD发生器(1)由线型高压电极(101)，管式地电极(102)，石英介质管(103)，和具支管(104)组成；线型高压电极(101)为金属圆柱体，长度小于石英介质管(103)；石英介质管(103)一端敞开，另一端为封闭且带有一个支出的具支管(104)；石英介质管(103)外侧表面开有一轴向半圆形凹槽，其直径与管式高压电极(101)的直径一致，管式高压电极(101)固定于凹槽中；管式地电极(102)长度与线型高压电极(101)一致，外径与石英介质管(103)内径一致，与管式高压电极(101)相对固定在石英介质管(103)的内部；管式地电极(102)与管式高压电极(101)相对的侧面有一个深入内腔的轴向缺口，缺口两端间距与线型高压电极(101)的直径一致；环形线式SDBD发生器(1)的线型高压电极(101)与电源系统(2)相连，管式地电极(102)接地，供气系统(3)通过石英介质管(103)的具支管提供气体氛围；放电在管式地电极(102)的轴向缺口之间，沿石英介质管(103)的内表面发生。...

【技术特征摘要】
1.利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置，主要由环形线式SDBD发生器(1)，电源系统(2)，供气系统(3)，紫外光源系统(4)，和发射光谱诊断系统(5)组成；放电等离子体由电源系统(2)激励，在环形线式SDBD发生器(1)中产生，由供气系统(3)提供放电的气体氛围并保持一定的气体组分和流速，由紫外光源系统(4)提供光源，发射光谱诊断系统(5)进行在线光学诊断；其特征在于环形线式SDBD发生器(1)由线型高压电极(101)，管式地电极(102)，石英介质管(103)，和具支管(104)组成；线型高压电极(101)为金属圆柱体，长度小于石英介质管(103)；石英介质管(103)一端敞开，另一端为封闭且带有一个支出的具支管(104)；石英介质管(103)外侧表面开有一轴向半圆形凹槽，其直径与管式高压电极(101)的直径一致，管式高压电极(101)固定于凹槽中；管式地电极(102)长度与线型高压电极(101)一致，外径与石英介质管(103)内径一致，与管式高压电极(101)相对固定在石英介质管(103)的内部；管式地电极(102)与管式高压电极(101)相对的侧面有一个深入内腔的轴向缺口，缺口两端间距与线型高压电极(101)的直径一致；环形线式SDBD发生器(1)的线型高压电极(101)与电源系统(2)相连，管式地电极(102)接地，供气系统(3)通过石英介质管(103)的具支管提供气体氛围；放电在管式地电极(102)的轴向缺口之间，沿石英介质管(103)的内表面发生。2.根据权利要求1所述的利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置，其特征在于，供气系统(3)由气瓶(301)、质量流量计(302)、水浴锅(303)、集水瓶(304)组成；反应气的流量和组分由质量流量计(302)控制，反应气由气瓶(301)提供，反应气经过质量流量计(302)进入水浴锅(303)中的集水瓶(304)的溶液中，再由管路收集集水瓶(304)中的水蒸气经过具支管(104)通入放电等离子体区域；水浴锅(303)一般设置为70-85℃。3.根据权利要求1所述的利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置，其特征在于，紫外光源系统(4)由紫外灯(401)和两个光学透镜(402...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文春，赵紫璐，杨德正，袁皓，张丽，王森，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21