用于产生非热的大气压等离子体的设备和用于压电变压器的频率调节的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于产生非热的大气压等离子体的设备，所述设备具有：压电变压器（1）；操控电路（11），所述操控电路被设计为：将具有操控频率的交变电压作为输入电压施加到所述压电变压器（1）上；和场探头（15），所述场探头被设计为：测量由所述压电变压器（1）产生的电场的场强，其中，所述操控电路（11）被设计为：在考虑所述场探头（15）的测量结果的情况下使所述操控频率适配，使得所述场强最大化。根据另一方面，本发明专利技术涉及一种用于压电变压器的频率调节的方法。

Equipment for generating non thermal atmospheric pressure plasma and method for frequency regulation of piezoelectric transformers

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产生非热的大气压等离子体的设备和用于压电变压器的频率调节的方法
本专利技术涉及一种用于产生非热的大气压等离子体的设备以及一种用于压电变压器的频率调节的方法。
技术介绍
压电变压器、尤其Rosen型压电变压器可以被用于产生等离子体。在等离子体生成中，当以与变压器的串联谐振频率一致的频率来操控压电变压器时，实现了最大的效率。然而，串联谐振频率不是恒定的，而是取决于不同的参数。如果在变压器的输出侧的端侧上点燃等离子体，则该等离子体作为负荷与变压器共同起作用并且在此影响变压器的阻抗。由此导致串联谐振相对于变压器在空转时的运行的偏移，在所述空转中，所施加的电压不足以点燃等离子体。工作环境、例如所使用的过程气体或者变压器的温度也影响串联谐振频率。此外，施加在变压器上的输入电压也可能影响串联谐振频率。因此，为了找到导致最大的输出电压的相应的串联谐振频率，需要构件的信息。因为压电变压器被设计用于点燃等离子体，所以不能在变压器的输出侧上截取电压，以便以此方式造成输出电压的最大化。在此，电压或者可能会借助于施加到输出侧上的刚性的焊接连接或者可能会借助于压紧到输出侧上的能导电的橡胶来截取。输出电压的截取会抑制变压器的振荡并且因此降低高压。还会导致在进行截取的导线上的等离子体点燃的危险。DE102013103159A1提出，使用被施加到压电变压器上的输入信号从而调节压电变压器并且以此方式找到最优的工作频率。在此，需要分析输入信号的相位信息。这样的解决方案包含着不小的电路技术花费。此外，这样的解决方案仅适合于正弦形的输入信号。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务在于，提供一种用于产生非热的大气压等离子体的改进的设备。本专利技术的另一任务是说明一种用于压电变压器的频率调节的改进的方法。这些任务通过独立权利要求的主题来解决。提出一种用于产生非热的大气压等离子体的设备，所述设备具有压电变压器、操控电路和场探头。操控电路被设计为：将具有操控频率的交变电压作为输入电压施加到压电变压器上。场探头被设计为：测量由压电变压器产生的电场的场强。操控电路被设计为：在考虑场探头的测量结果的情况下使操控频率适配，使得场强最大化。由压电变压器产生的电场的场强的最大化与在压电变压器的输出区域产生的电压的最大化是同义的。所述设备使用高的电场强，所述高的电场强在压电变压器的输出区域的环境下产生。可以对该场强进行测定，而在此变压器的工作没有受到在变压器的输出区域对功率的截取影响。尤其是，可以对该场强进行测定，而没有因此抑制压电变压器的振荡。由场探头所测量的信号可以与在压电变压器的输出区域中产生的电压成比例。因此，可以省去费事的输入侧的阻抗测量和/或相位测量。由此可以简化用于变压器的频率调节的电路。此外，可以与输入电压的信号形状无关地应用借助于电场强的测量来进行的频率适配。例如并不需要输入电压是正弦信号。更确切地说，输入电压可以是任何周期性的信号，例如输入电压可以涉及矩形信号或者三角形信号。场探头可以集成到用于产生非热的大气压等离子体的设备的壳体中。场探头可以紧挨着压电变压器地布置。例如，在压电变压器和场探头之间的间距可以小于5cm。优选地，在压电变压器和场探头之间的间距可以小于1cm。在场探头和压电变压器之间可以留有间隙。场探头可以由金属面构成，其中，由压电变压器产生的交变电场在金属面内产生交变电压。所述设备可具有测量单元，所述测量单元被设计为：测量该电压并且据此反推出场强。压电变压器可具有输入区域，输入电压能施加到所述输入区域上。压电变压器可具有输出区域，当输入电压施加在输入区域上时，在所述输出区域中产生高压，其中，通过高压来点燃等离子体。尤其是，变压器可以是Rosen型压电变压器。变压器可以被过程气体包围。在等离子体点燃时，通过所产生的高压可以导致过程气体的分子或者原子的激励或者离子化。此外，由过程气体的成分可形成基团。在环境空气作为过程气体的情况下，尤其在等离子体中产生羟基、氮氧化物和臭氧。场探头可以邻近压电变压器的输出区域地布置。例如，在场探头和输出区域之间的间距可以在0.1mm与1cm之间。在场探头和输出区域之间布置间隙。该间隙可以用过程气体填充。由于场探头邻近输出区域地布置，可以确保：由场探头测量的电场具有与压电变压器的输出电压成比例的场强。如果场探头邻近输出区域地布置，则可以确保：由压电变压器产生的电场对于在该位置上的电场强来说起主导性作用并且可能的其它电场可以被忽略，所述可能的其它电场可能会作为干扰作用影响由场探头对场强的测量。场探头可以与测量单元连接，所述测量单元被设计为：确定电场强的峰值和/或电场强的平均值。操控电路可具有调节器，所述调节器被设计为：根据所确定的峰值和/或所确定的平均值来改变操控频率。测量单元和操控电路可以构造在唯一的电路板上。测量单元和操控电路可以由唯一的微芯片形成。场探头可集成到电路板中。电路板可具有不导电的载体材料。电路板的不导电的材料可导致在场探头和压电变压器之间的绝缘。与之相应地，可以避免在变压器和场探头之间的等离子体点燃。场探头或者可以布置在电路板的从压电变压器离开地指向的下侧上，或者可以布置在多层电路板的内层中。电路板可以具有金属涂层，所述金属涂层布置在电路板的从压电变压器离开地指向的一侧。金属涂层可以是铜涂层。金属涂层可以构成探测面。通过由压电变压器产生的交变电场，可以在探测面内感应出电压。探测面可以与测量单元连接，其中，测量单元被设计为：测定在探测面内感应出的电压。金属涂层还可以构成接地面，该接地面与参考电势连接、尤其是接地。电路板可以是多层的，其中，场探头可以由电路板的内层构成。在此，布置在不导电的载体材料的两个层之间的层可以被称作内层。通过场探头由内层的构造，可以实现测量的特别高的位置分辨率。交变电压可具有三角形信号或者矩形信号。这种类型的信号可以特别简单地产生并且与之相应地能够使用简单的驱动器来进行操控。因为在确定压电变压器的最优的工作频率时不必动用相位信息，所以交变电压可以是任何任意的周期性的信号。尤其是不一定需要交变电压是正弦信号。操控电路可以被设计为：在接通所述设备时在考虑场探头的测量结果的情况下使操控频率适配为使得场强最大化。操控电路还可以被设计为：在所述设备正在运行时以所规定的时间间隔在考虑场探头的测量结果的情况下进行操控频率的校正，其中，操控频率重新被适配，使得场强最大化。在正在运行期间，工作条件可能发生变化，由此，使压电变压器的串联谐振频率偏移并且借此使其最优的工作频率偏移。例如在变压器附近的温度变化或者负荷可能导致这一点。通过在正在运行时以周期性的时间间隔地重复对操控频率的适配，可以确保：操控频率总是被适配到最优的工作频率。所述设备可用于产生受激的分子、离子或者基团。所述设备可用于产生羟基和/或氮氧化物和/或臭氧。根据另一方面，本专利技术涉及一种用于压电变压器的频率调节的方法。该压电变压器可以是上文所描述的变压器。与之相应地，与该变压器相关联本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于产生非热的大气压等离子体的设备，/n所述设备具有：/n压电变压器（1）；/n操控电路（11），所述操控电路被设计为：将具有操控频率的交变电压作为输入电压施加到所述压电变压器（1）上；和/n场探头（15），所述场探头被设计为：测量由所述压电变压器（1）产生的电场的场强，/n其中，所述操控电路（11）被设计为：在考虑所述场探头（15）的测量结果的情况下使所述操控频率适配，使得所述场强最大化。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170314 DE 102017105415.41.一种用于产生非热的大气压等离子体的设备，
所述设备具有：
压电变压器（1）；
操控电路（11），所述操控电路被设计为：将具有操控频率的交变电压作为输入电压施加到所述压电变压器（1）上；和
场探头（15），所述场探头被设计为：测量由所述压电变压器（1）产生的电场的场强，
其中，所述操控电路（11）被设计为：在考虑所述场探头（15）的测量结果的情况下使所述操控频率适配，使得所述场强最大化。


2.根据权利要求1所述的设备，
其中，所述压电变压器（1）具有输入区域（1），所述输入电压能施加到所述输入区域上，而且
其中，所述压电变压器（1）具有输出区域（3），当所述输入电压施加到所述输入区域（2）上时，在所述输出区域中产生高压，其中，通过所述高压来点燃等离子体。


3.根据上一权利要求所述的设备，
其中，所述场探头（15）邻近所述输出区域（3）地布置。


4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中，所述场探头（15）与测量单元（16）连接，所述测量单元被设计为：确定所述电场强的峰值和/或所述电场强的平均值，其中，所述操控电路（11）具有调节器（13），所述调节器被设计为：根据所确定的峰值和/或所确定的平均值来改变所述操控频率。


5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中，所述场探头（15）集成到电路板（20）中。


6.根据上一权利要求所述的设备，
其中，所述电路板（20）具有金属涂层（23，24），所述金属涂层布置在所述电路板（20）的从所述压电变压器（1）离开地指向的一侧。


7.根据权利要求5所述的设备，
其中，所述电路板（20）是多层的，而且所述场探头（15）由所述电路板（20）的内层构成。


8.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中，所述交变电压具有矩形信号或者三角形信号。


9.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中，所述操...

【专利技术属性】
技术研发人员：M魏尔古尼，S内特沙伊姆，
申请(专利权)人：TDK电子股份有限公司，雷莱昂等离子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE