一种等离子体源及等离子体的产生方法技术

本发明专利技术涉及等离子应用技术领域，具体涉及一种等离子体源及等离子体的产生方法。包括：第一电源，通过设置在射流管上的电极与所述射流管连接；所述射流管，靠近所述电极的一端设置有进气口，远离所述电极的一端设置有出气口；第二电源，与所述射流管连接，用于向所述射流管提供电压。利用在射流管上设置电极，电极与第一电源连接，通过第一电源产生微弱的等离子流射，在使用第二电源与连接射流管，第一电源和第二电源产生耦合现象，从而对等离子流射进行补偿，使射流管内的等离子流射能够通过调节第二电源产生稳定持续的等离子射流。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体源及等离子体的产生方法
本专利技术涉及等离子应用
，具体涉及一种等离子体源及等离子体的产生方法。
技术介绍
大气压低温等离子体被广泛用于生物医学、材料科学、能源环境、等离子体点火助燃和材料表面改性等领域，常见的激励源有直流电源、高频高压电源、射频电源、微波电源以及脉冲电源等。在现有技术中，使用微波等离子体在矩形波导谐振腔中产生等离子体，具体通过在矩形波导谐振腔的反应区设置一个金属铜质探针激发微波等离子体，由于矩形波导谐振腔内的温度很高，金属探针非常容易被融化，因此带来了金属烧蚀和金属污染方面和等离子体无法持续激发的问题；同时由于微波等离子体本身温度较高，限制了其应用范围，比如在材料表面改性中可能因为温度过高而烧坏基底材料。另外，在现有技术中还把工作气体通过固定针状电极的一端进入绝缘细管中；该针状电极由频率可调的高压交流电源驱动，由单电极激发等离子体射流柱；所产生的等离子体射流柱在绝缘细管的引导下通过梯形波导转换装置的矩形波导端的耦合区域，为每个微波的调制脉冲的工作间隔到来时提供电子而激发微波等离子体放电，形成高粒子密度的等离子体射流沿着气流方向由绝缘细管的另一端喷射出。但在实验过程中本申请专利技术人发现，由于微波等离子体本身所释放的高温，再加上交流高压功率，使所激发的等离子体的温度更高，又因把固定针状电极的一端放入激发等离子射流的绝缘细管中，等离子射流所产生的高温和针状电极发生趋肤效应，使针状电极被高温所融化。而当在微波等离子射流意外熄灭时，因环境温度等因素无法立即进行重燃，使等离子体无法维持等离子射流状态。因此如何解决因等离子射流所产生的高温和针状电极发生趋肤效应，是稳定持续激发等离子射流的关键。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种等离子体源及等离子体的产生方法，以解决如何稳定持续产生等离子体的问题。根据第一方面，本专利技术实施例提供了一种等离子体源，包括：第一电源，通过设置在射流管上的电极与所述射流管连接；所述射流管，靠近所述电极的一端设置有进气口，远离所述电极的一端设置有出气口；第二电源，与所述射流管连接，用于向所述射流管提供电压。利用在射流管上设置电极，电极与第一电源连接，通过第一电源产生微弱的等离子流射，在使用第二电源与连接射流管，第一电源和第二电源产生耦合现象，从而对等离子流射进行补偿，使射流管内的等离子流射能够通过调节第二电源产生稳定持续的等离子射流。结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述第二电源包括微波波导谐振腔，其中，所述射流管设置于所述微波波导谐振腔中微波电场幅值最大处；所述微波波导谐振腔的中部设置一通孔所述射流管置于通孔处，其中射流管上的电极远离微波波导谐振腔的上表面，和/或，下表面。把射流管设置在微波波导谐振腔的电场幅值最大处，以保证所激发的等离子射流能够稳定激发，射流管上的电极远离微波波导谐振腔是为了防止金属电极与所产生的微波等离子体接触，避免反应区发生能量损耗而产生高温，使金属电极融化，从而持续稳定产生等离子射流，同时避免因金属电极融化带来了金属污染问题。结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述第二电源为射频电源，所述射频电源的线圈绕设于所述射流管。结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，所述线圈绕设在远离射流管电极的所述射流管中部管壁上。通过给绕设在射流管管壁上的线圈施加电能，是线圈产生谐振，通过利用所产生的谐振现象与从射流管中产生的等离子射流进行耦合从而使从射流管喷射出的等离子射流能够稳定的持续激发。结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，所述第二电源为直流电源，所述直流电源与所述第一电源并联。结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，所述等离子体源还包括与所述第二电源串联的第一滤波电路，以及与所述第一电源串联的第二滤波电路。通过第一电源连接第二滤波电路，第一电源连接第二滤波电路，从而避免第一电源和第二电源之间发生电信号干扰，结合第一电源和第二电源，使射流管中的等离子体能够稳定持续激发。根据第二方面，本专利技术实施例提供了一种等离子体的产生方法，包括：向射流管的进气口通入气体；其中，所述射流管的进气口设置在靠近电极的一端，所述电极用于连接第一电源与所述射流管；打开第一电源，并设置所述第一电源的参数，以使得在所述射流管的出气口处产生等离子射流；打开第二电源，并设置所述第二电源的参数，以拓宽等离子体的参数范围；其中，所述第二电源与所述射流管连接。先对调整第一电源使第一电源产生微弱的等离子射流，当产生微弱的等离子射流调整第二电源，使由第二电源所产生的等离子射流与第一电源所产生的等离子射流进行耦合，使最终喷射出的等离子流射满足持续稳定激发。结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，所述打开第二电源，并设置所述第二电源的参数，以拓宽等离子体的参数范围，包括：调节第二电源的功率使微波发生器产生谐振；通过所产生的谐振和通过第一电源产生的等离子射流进行耦合产生持续等离子射流；当微波波导谐振腔中的谐振频率满足持续等离子射流激发条件时，射流管产生等离子射流，并保持等离子体持续激发状态，形成持续等离子射流；当微波波导谐振腔中的谐振频率不满足持续等离子射流激发条件时，以固定单位步进对微波发生器进行调节直至产生持续等离子射流。结合第二方面，在第二方面第二实施方式中，所述打开第二电源，并设置所述第二电源的参数，以拓宽等离子体的参数范围，包括：调节第二电源的功率，给匹配器供电；调节匹配器的功率参数使第二电源的反射功率趋向于0，使射流管壁上的线圈与通过第一电源产生的等离子射流进行最高的能量效率耦合，产生持续等离子射流。结合第二方面，在第二方面第三实施方式中，所述打开第二电源，并设置所述第二电源的参数，以拓宽等离子体的参数范围，包括：调节第二电源的电压，使第二电源与第一电源耦合产生持续等离子流射；当第二电源电压幅值与第一电源电压幅值和频率满足持续等离子射流激发条件时，射流管产生等离子射流，并保持等离子体持续激发状态，形成持续等离子射流；当第二电源电压幅值不满足产生等离子射流激发条件时，以固定单位步进对第二电源电压进行调节直至产生持续等离子射流。利用谐振方式产生等离子射流，在利用交直流耦合方式，使从射流管中喷射的等离子射流能够被持续性的稳定激发，并利用调节第二电源，调节等离子射流的参数范围可调。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术实施例的一种等离子体源的结构框图；图2是根据本专利技术实施例的一种等离子体源的结构示意图A；图3是根据本专利技术实施例的一种等离子体源的结构示意图B；图4是根据本专利技术实施例的一种等离子体源的结构示意图C；图5是根据本专利技术实施例的一种等离子射流的产生方法的流程图；图6是根据本专利技术实施例的一种等离子射流的产生方法的流程图A；图7是根据本专利技术实施例的一种等离子射流的产生方法的流程图B；图8是根据本专利技术实施例的一种等离子射流的产生方法的流程图C；图9是根据本专利技术优选实施例1产生等离子射流的流程图；图10是根据本专利技术优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体源，其特征在于，包括：第一电源，通过设置在射流管上的电极与所述射流管连接；所述射流管，靠近所述电极的一端设置有进气口，远离所述电极的一端设置有出气口；第二电源，与所述射流管连接，用于向所述射流管提供电压。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体源，其特征在于，包括：第一电源，通过设置在射流管上的电极与所述射流管连接；所述射流管，靠近所述电极的一端设置有进气口，远离所述电极的一端设置有出气口；第二电源，与所述射流管连接，用于向所述射流管提供电压。2.根据权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，所述第二电源包括微波波导谐振腔，其中，所述射流管设置于所述微波波导谐振腔中微波电场幅值最大处；所述微波波导谐振腔的中部设置一通孔所述射流管置于通孔处，其中射流管上的电极远离微波波导谐振腔的上表面，和/或，下表面。3.根据权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，所述第二电源为射频电源，所述射频电源的线圈绕设于所述射流管。4.根据权利要求3所述的等离子体源，其特征在于，所述线圈绕设在远离射流管电极的所述射流管中部管壁上。5.根据权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，所述第二电源为直流电源，所述直流电源与所述第一电源并联。6.根据权利要求5所述的等离子体源，其特征在于，所述等离子体源还包括与所述第二电源串联的第一滤波电路，以及与所述第一电源串联的第二滤波电路。7.一种等离子体的产生方法，其特征在于，包括：向射流管的进气口通入气体；其中，所述射流管的进气口设置在靠近电极的一端，所述电极用于连接第一电源与所述射流管；打开第一电源，并设置所述第一电源的参数，以使得在所述射流管的出气口处产生等离子射流；打开第二电源，并设置所述第二电源的参数，以拓宽等离子体的参数范围；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄邦斗，章程，叶成园，邵涛，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11