微波等离子体火炬产生装置制造方法及图纸

本公开提供一种微波等离子体火炬产生装置，包括：输入波导，用于输入微波；渐变波导，包括第一渐变波导段和第二渐变波导段，第一渐变波导段和第二渐变波导段用于对微波的功率进行分配得到第一微波和第二微波，其中，第一微波的功率高于第二微波的功率；同轴谐振腔，用于根据第二微波产生高强度电场；石英玻璃管为微波等离子体火焰的反应腔，用于在高强度电场的作用下，根据气体分子产生微波等离子体火焰，圆柱谐振腔用于根据第一微波产生一定强度的电场以维持等离子体火焰。该微波等离子体火炬产生装置产生的等离子体火炬等离子体体积更大，气体处理距离更长，无需机械点火装置进行触发且消耗能量更低。行触发且消耗能量更低。行触发且消耗能量更低。

【技术实现步骤摘要】
微波等离子体火炬产生装置


[0001]本公开涉及微波等离子体
，尤其涉及一种微波等离子体火炬产生装置。

技术介绍

[0002]等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。等离子体属于电离气体，主要由中性原子或分子、激发态的原子或分子、自由基、电子或正负离子以及辐射光子组成，它们的负电荷数与正电荷数相同，所以在宏观上呈现出电中性。微波等离子体的产生原理是利用波导装置将微波能量注入气体分子，诱发气体分子产生激发、电离等一系列反应，进而产生高反应活性的等离子体，微波电磁场“空洞结构”的特征能够将激励电离产生的等离子体限定在特定的空间内同时实现对等离子体的传输[1]。相较于其他产生等离子体的方法，微波等离子体具有许多优点，如电离度高、适应压强范围宽、电子密度高、微波和等离子体特性容易调控等，这些特性使得微波等离子体技术的研究具有更大的实际应用价值。
[0003]在一个大气压下，空气的击穿场强为3
×
106V/m。为了生成等离子体需要的高电场强度，在微波谐振腔中最常用的解决方案包含以下两种：增大微波输入功率或缩小微波谐振腔的尺寸。增加微波的输入功率可以提高单位体积内的微波场强，从而有利于增加电场强度，但微波功率的提升是有限度的。缩小微波谐振腔的尺寸可以使得电场更加集中，极大地增强场强，且便于实现与个性化设计。因此，传统的微波等离子体火炬最常采用的是压缩波导结构，这种结构可以减小谐振腔体积，使电场聚集以增大电场强度；或是有多个输入端的谐振腔结构，以提供更大的微波功率。但这种谐振腔结构产生的等离子体体积小，气体处理距离短，多端口之间的隔离难度较大，要求较高的功率输入，并且通常需要外加机械点火装置进行触发。

技术实现思路

[0004]鉴于上述技术问题，本公开实施例提供一种微波等离子体火炬产生装置，包括：输入波导，用于输入微波；渐变波导，包括第一渐变波导段和第二渐变波导段，第一渐变波导段和第二渐变波导段用于对微波的功率进行分配得到第一微波和第二微波，其中，第一微波的功率高于第二微波的功率；同轴谐振腔，用于根据第二微波产生高强度电场；圆柱谐振腔，中心处设有石英玻璃管，石英玻璃管为微波等离子体火焰的反应腔，用于在高强度电场的作用下，根据气体分子产生微波等离子体火焰，圆柱谐振腔用于根据第一微波产生一定强度的电场以维持等离子体火焰。
[0005]根据本公开的实施例，其中，第一渐变波导段与第二渐变波导段对微波的功率的分配比例为3∶1。
[0006]根据本公开的实施例，其中，微波等离子体火炬产生装置还包括：连接波导以及耦合口，连接波导一端连接第一渐变波导段，另一端通过耦合口连接至圆柱谐振腔，以将第一微波馈入圆柱谐振腔。
[0007]根据本公开的实施例，其中，微波等离子体火炬产生装置还包括：短路波导，与第
二渐变波导段连接；耦合探针，与短路波导连接，用于对第二微波进行集中；同轴线内导体和同轴线外导体，同轴线外导体套设在同轴线内导体外部且与同轴线内导体同轴，同轴线内导体和同轴线外导体一端连接至耦合探针，另一端连接至同轴谐振腔，用于将第二微波传输至同轴谐振腔。
[0008]根据本公开的实施例，其中，同轴谐振腔包括：同轴谐振腔内导体，用于根据第二微波产生高强度电场；其中，同轴谐振腔内导体一端开路，另一端短路，开路的一端插入石英玻璃管；同轴谐振腔外壳用于支撑以固定同轴谐振腔内导体。
[0009]根据本公开的实施例，其中，沿开路的一端指向短路的一端的方向，同轴谐振腔内导体直径逐渐减小。
[0010]根据本公开的实施例，其中，石英玻璃管靠近同轴谐振腔的一端还设有进气管，进气管与石英玻璃管的中心轴线成预设角度。
[0011]根据本公开的实施例，其中，进气管对称分布在石英玻璃管的中心轴线两侧。
[0012]根据本公开的实施例，其中，石英玻璃管未被圆柱谐振腔覆盖的表面覆盖有金属圆筒。
[0013]根据本公开的实施例，其中，输入波导和连接波导为矩形波导。
附图说明
[0014]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0015]图1示意性示出了根据本公开实施例的微波等离子体火炬产生装置的结构的主视图。
[0016]图2示意性示出了根据本公开实施例的微波等离子体火炬产生装置的结构的俯视图。
[0017]【附图标记说明】
[0018]1‑
输入波导，2
‑
渐变波导，201
‑
第一渐变波导段，202
‑
第二渐变波导段，3
‑
同轴谐振腔，301
‑
同轴谐振腔内导体，302
‑
同轴谐振腔外壳，4
‑
圆柱谐振腔，5
‑
石英玻璃管，501
‑
进气管，6
‑
连接波导，7
‑
耦合口，8
‑
短路波导，9
‑
耦合探针，10
‑
同轴线内导体，11
‑
同轴线外导体，12
‑
金属圆筒。
具体实施方式
[0019]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0020]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0021]在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
[0022]在本公开的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
[0023]贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在本公开中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波等离子体火炬产生装置，包括：输入波导(1)，用于输入微波；渐变波导(2)，包括第一渐变波导段(201)和第二渐变波导段(202)，所述第一渐变波导段(201)和所述第二渐变波导段(202)用于对所述微波的功率进行分配得到第一微波和第二微波，其中，所述第一微波的功率高于所述第二微波的功率；同轴谐振腔(3)，用于根据所述第二微波产生高强度电场；圆柱谐振腔(4)，中心处设有石英玻璃管(5)，所述石英玻璃管(5)为微波等离子体火焰的反应腔，用于在所述高强度电场的作用下，根据气体分子产生所述微波等离子体火焰，所述圆柱谐振腔(4)用于根据第一微波产生一定强度的电场以维持所述等离子体火焰。2.根据权利要求1所述的微波等离子体火炬产生装置，其中，所述第一渐变波导段(201)与第二渐变波导段(202)对所述微波的功率的分配比例为3∶1。3.根据权利要求1所述的微波等离子体火炬产生装置，其中，所述微波等离子体火炬产生装置还包括：连接波导(6)以及耦合口(7)，所述连接波导(6)一端连接所述第一渐变波导段(201)，另一端通过所述耦合口(7)连接至所述圆柱谐振腔(4)，以将所述第一微波馈入所述圆柱谐振腔(4)。4.根据权利要求1所述的微波等离子体火炬产生装置，其中，所述微波等离子体火炬产生装置还包括：短路波导(8)，与所述第二渐变波导段(202)连接；耦合探针(9)，与所述短路波导(8)连接，用于对所述第二微波进行集中；同轴线内导体(10)和同轴线外导体(11)，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁海兵，王彬彬，吉忠浩，陆登峰，肖韧，唐科，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：