一种反相双高压三环结构安全射流装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种反相双高压三环结构安全射流装置，可适用于220V市电输入的小型化电源模块，设备简单便携，方便在各种场合使用。该装置采用反相双高压输出的电源模块，管状腔体的外壁沿轴向依次包裹三段环状铜箔，自进气口至低温等离子体射流出口的方向分别记为第一铜箔、第二铜箔、第三铜箔，相应分别与高压电源模块的输出1端、高压电源模块的输出2端和地端连接；第一铜箔与第二铜箔的间距h12为第二铜箔与第三铜箔的间距h23的1.5～2.5倍。

【技术实现步骤摘要】
一种反相双高压三环结构安全射流装置
本专利技术属于电气工程新
，涉及一种产生低温等离子射流的装置。
技术介绍
在物理学上将等离子体定义为除固体、液体、气体外物质存在的第四种状态，等离子体是由正负电子和带电离子组成的整体呈电中性的电离气体；根据等离子体的温度可将其分为高温等离子体(109K)和低温等离子体(＜103K)。高温等离子体一般指核聚变等离子体，包括太阳日冕，磁约束聚变或惯性约束聚变，它们的特点是粒子温度极高，等离子体密度非常大，实验室难以产生(需要大型装置才行，比如托卡马克)。而低温等离子体相比高温等离子体，粒子温度要低的多，密度也低的多。这里的高、低温主要是用于区分普通放电产生的等离子体与聚变等离子体。低温等离子体的研究范围比较广，用途也比较广，实验室一般用气体放电产生，较容易获得和维持。而低温等离子体中又分为两种，一个是冷等离子体，另一个是热等离子体。它们根据粒子的热力学平衡状态来区分，热等离子体中包括电子在内的所有粒子温度都很高，比如大气压电弧等离子体，电弧等离子体炬，焊接等离子体等这类等离子体均属于热等离子体(温度从几千K到上万K不等)，与此相反，冷等离子体的宏观温度，或者说重粒子温度相对较低，而电子温度可以很高。低温等离子体因其物质温度接近室温、在实验室制备容易、对人体没有伤害、放电产生的活性粒子能够催化多数反应而成为了在生物医学、污染处理、芯片加工等应用领域的研究热点。从实验室技术到实际应用，如何稳定安全地产生等离子体成为了一个急需解决的问题。实验室普遍采用介质阻挡放电、沿面放电、滑动电弧放电和射流放电装置来产生等离子体。目前在生物医学应用领域，尤其是针对一些病灶较深或治疗尺寸较小的情况一般采用射流放电装置；射流放电装置主要采用“针环结构”，如图1所示，高压针状电极插入石英玻璃管，接高压电源正端(火线)；环状地电极设置于石英玻璃管外壁，接高压电源负端(零线)，实现流经高压针状电极与环状地电极之间的等离子体源正常放电。该针环结构的射流放电装置在工作时，若操作者手持或靠近射流放电装置，石英玻璃管内、外电极之间的放电容易导致环状地电极附近区域的生物组织放电，发生危险。而且，由于220V市电达不到放电电压要求，因此需要配置电源模块将电压从220V提高到能使等离子体源正常放电的高压。目前，市面上能够满足放电所需高压的小型高压电源模块，其输入是220V交流电压(其中一端为0电位点，另外一端为正弦交流电压)或直流电压；理想的输出是7kV以上的交流高压(其中一端为0电位点，另外一端为正弦交流高压)。但是由于技术原因，暂时只能做到反相双高压输出，即两个输出端中一个输出高压，另一个输出与其相位相差180度的反相高压(实际产品因工作条件、误差等电压幅值可能有波动，并不严格相等)，而不是通常期望的0电位。这会造成在实际放电装置中缺乏地电极，容易发生触电危险。所以，通常就需要专门配置升压电路模块，才能得到0电位的一个输出端，这样相应的高压电源模块往往体积较大。也因此，在生物医学应用领域通常并不采用这样的小型高压模块。
技术实现思路
本专利技术的目的是减小低温等离子射流产生装置的体积，并提高其安全性。为此，本专利技术提出一种反相双高压三环结构安全射流装置，可适用于220V市电输入的小型化电源模块，设备简单便携，方便在各种场合使用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种反相双高压三环结构安全射流装置，包括管状腔体和高压电源模块；所述管状腔体的一端设置进气口，另一端作为低温等离子体射流出口；其特殊之处在于：所述高压电源模块为反相双高压输出的电源模块；所述管状腔体的外壁沿轴向依次包裹三段环状铜箔，自进气口至低温等离子体射流出口的方向分别记为第一铜箔、第二铜箔、第三铜箔，相应分别与高压电源模块的输出1端、高压电源模块的输出2端和地端连接；第一铜箔与第二铜箔的间距h12为第二铜箔与第三铜箔的间距h23的1.5～2.5倍，间距h12和间距h23均与高压电源模块的输出电压幅值为正相关；管状腔体的内径为1mm-3mm，内、外径的比值与高压电源模块的输出电压幅值为负相关。进一步地，三段环状铜箔最好宽度相等。当然，三段环状铜箔若不相等，也是可以实现的。进一步地，每一段环状铜箔的宽度宜为3mm～5mm。进一步地，第三铜箔与低温等离子体射流出口的距离宜为0.5cm～1.5cm。进一步地，所述管状腔体优选石英玻璃管。进一步地，石英玻璃管的尺寸宜为：外径R＝5-8mm、内径r＝1-3mm。进一步地，第一铜箔与第二铜箔的间距h12宜为2-3cm，第二铜箔与第三铜箔的间距h23宜为0.5-1cm。进一步地，高压电源模块的输出1端、高压电源模块的输出2端的输出电压值分别为2kv～4kV。允许两输出端的幅值略有差异。进一步地，所述高压电源模块采用三相插头，所述地端接在三相插头的上端口，三相插头的另外两个端口分别接高压电源模块的220V进线端。如此，将常规的两相插头改为三相插头适配三段环状铜箔，更有利于避免“虚地”。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术巧妙利用目前市场上小型高压模块两输出端为反相高压的“缺点”，构建一种三环放电结构产生稳定射流等离子体，同时能够将玻璃管出口处的射流电压降低到与地电极相同，避免了高压电极向下发展放电发生危险，且电场不会对实验产生影响。本专利技术可适用于目前市场上220V市电输入的小型化电源模块，且玻璃管内不存在任何元器件，设备简单便携，方便在各种场合使用。附图说明图1为现有的放电结构示意图；图中，101-进气口；102-石英玻璃管；103-高压针状电极；104-环状地电极。图2为本专利技术的三环放电结构示意图；图中，101-进气口；102-石英玻璃管；103-第一环状电极；104-第二环状电极；105-第三环状电极(地电极)。图3为高压模块A的输出电压波形。图4为高压模块B的输出电压波形。图5为高压模块C在额定直流12V输入时的输出电压波形。图6为高压模块D的输出电压波形。图7为实施例一产生射流的实物图。图8为实施例二产生射流的实物图。具体实施方式下面结合附图通过实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术采用反相双高压输出的小型电源模块，相应的反相双高压三环结构如图2所示，等离子体源的上端是一个用于密封进气胶管的卡扣，进气口下端连接外径为6mm、内径为2mm的石英玻璃管，通过卡扣和上方的进气软管紧密连接保证密封，石英玻璃管外侧包裹三段宽度为5mm的铜箔(环状电极)，高压模块输出1端、高压模块2端和地端分别与这三段铜箔相接。目前，市面上反相双高压输出的小型高压电源模块有很多款。下面列举集中不同型号高压模块的参数及其工作特点：高压模块A：尺寸大小为50mm×85mm×30mm，输入电压为220V，50Hz的交流电压，输出为类正弦波，波形呈锯齿状，一端输出峰峰值为3.1kV，另一端输出峰峰值为2.9kV，两端输出频率相同，约为15kHz，方向相反。该高压模块的基本条件满足本装置的基本放电要求。高压模块B：尺寸大小为120mm×50mm×40mm，额定输入电压为直流12V，输出为类正弦波，在电压过零时会有略微延迟，保持在零点附近一小段时间才会再变成正弦波，一端输出峰峰值为1.3kV，另一端输出峰峰值为1.14kV，两端输出频率相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反相双高压三环结构安全射流装置，包括管状腔体和高压电源模块；所述管状腔体的一端设置进气口，另一端作为低温等离子体射流出口；其特征在于：所述高压电源模块为反相双高压输出的电源模块；所述管状腔体的外壁沿轴向依次包裹三段环状铜箔，自进气口至低温等离子体射流出口的方向分别记为第一铜箔、第二铜箔、第三铜箔，相应分别与高压电源模块的输出1端、高压电源模块的输出2端和地端连接；第一铜箔与第二铜箔的间距h12为第二铜箔与第三铜箔的间距h23的1.5～2.5倍，间距h12和间距h23均与高压电源模块的输出电压幅值为正相关；管状腔体的内径为1mm‑3mm，内、外径的比值与高压电源模块的输出电压幅值为负相关。

【技术特征摘要】
1.一种反相双高压三环结构安全射流装置，包括管状腔体和高压电源模块；所述管状腔体的一端设置进气口，另一端作为低温等离子体射流出口；其特征在于：所述高压电源模块为反相双高压输出的电源模块；所述管状腔体的外壁沿轴向依次包裹三段环状铜箔，自进气口至低温等离子体射流出口的方向分别记为第一铜箔、第二铜箔、第三铜箔，相应分别与高压电源模块的输出1端、高压电源模块的输出2端和地端连接；第一铜箔与第二铜箔的间距h12为第二铜箔与第三铜箔的间距h23的1.5～2.5倍，间距h12和间距h23均与高压电源模块的输出电压幅值为正相关；管状腔体的内径为1mm-3mm，内、外径的比值与高压电源模块的输出电压幅值为负相关。2.根据权利要求1所述的反相双高压三环结构安全射流装置，其特征在于：三段环状铜箔的宽度相等。3.根据权利要求1所述的反相双高压三环结构安全射流装置，其特征在于：每一段环状铜箔的宽度为3mm～5mm。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：许德晖，冯蕊，李兵，李乔松，孔刚玉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61