等离子体中活性氮氧化物种时空分布的检测系统技术方案

本发明专利技术涉及低温等离子体诊断技术领域，提供一种等离子体中活性氮氧化物种时空分布的检测系统，包括：宽带连续光源用于提供初始探测光束；光束整形切片系统用于将初始光束转换为片状平行探测光束；高精度时序可控电源用于提供高压激励源，使得沿面放电反应腔室产生大量活性氮氧化物种；平凸柱面透镜用于将沿面放电反应腔室的出射探测光束聚焦进单色仪；光电倍增管用于采集单色仪的光谱信号；计算机用于实时处理光谱信号，获取活性氮氧化物种的时空分布信息。本发明专利技术能够方便有效地诊断等离子体中产生的活性氮氧化物种的时空演化行为。中产生的活性氮氧化物种的时空演化行为。中产生的活性氮氧化物种的时空演化行为。

【技术实现步骤摘要】
等离子体中活性氮氧化物种时空分布的检测系统


[0001]本专利技术涉及低温等离子体诊断
，尤其涉及一种等离子体中活性氮氧化物种时空分布的检测系统。

技术介绍

[0002]大气压低温等离子体是指在大约一个标准大气压(1atm)的环境下产生的等离子体。气体工作环境可以是开放的空气环境，也可以是充满工作气体的密闭腔室。人工产生等离子体的方式有多种，例如热致电离、光致电离等，但最重要的方式一般是用气体放电获得。通过在电极上外加电压的方式，在电极之间产生电场，电子在电场中做定向运动获得能量，然后与中性粒子碰撞引起电离产生新的带电粒子，最终使气体击穿并产生放电。
[0003]大气压低温等离子体由于具有诸多优势，例如化学活性高、气体温度低等优点，因而可以直接作用于生命体，从而被着重应用于等离子体医学。当前等离子体医学主要分为两种层次：间接使用等离子体技术处理材料或者设备，以实现特定的医学应用；在人体(或动物)上或体内应用等离子体，使等离子体与活体组织直接相互作用以达到治疗效果，在皮肤病治疗、止血、创伤愈合美容等领域具有很好的临床治疗效果。
[0004]当前研究表明，大气压低温等离子体的生物医学效应主要是通过等离子体产生的化学活性粒子实现的，等离子体产生的化学活性粒子包括活性氧物种与活性氮物种。在实验研究以及实际应用中，由于等离子体装置的结构、驱动电源参数以及工作气体环境等条件的不同，产生的活性氧物种与活性氮物种组分以及含量也各不相同，而在等离子体与生物体相互作用的过程中，这些成分往往扮演着非常重要的生物医学作用。
[0005]由于大气压低温等离子体技术在生物和医学领域的巨大应用前景，在实际应用中，需要精确地将活性氮氧化物种输送到指定位置，因此需要设计出满足实际需求的等离子体装置。2009年，德国马克思
·
普朗克研究所Morfill课题组研制并测试了一种新型的大面积放电装置，用于在大气压下产生低温等离子体，即沿面放电等离子体装置。对于临床医学而言，沿面放电装置具有五个显著的优点：由于采用间接处理方式，电流不会流过被处理的生物物质，该装置的安全性很高，在治疗期间不会对人体造成风险；等离子体面积大，对于伤口出血一类的情况可以及时进行完整治疗；等离子体的同质性高，装置产生的等离子体较为均匀，这是均匀治疗效果以及精确控制等离子体剂量的重要前提；产生的等离子体中包含大量的活性氧物种与活性氮物种，具有较高的化学反应活性；其放电特性对被处理物的形貌不敏感，可以根据被处理物的形貌设计电极形状，在实际应用中可以均匀的处理表面不平整的生物样品。因此，需要对等离子体及其产生的活性物种进行细致研究，深入了解其基本特性，才能有助于等离子体生物医学的发展。
[0006]大气压低温等离子体诊断技术中，确定物种绝对密度最简单、最直接的方法是吸收光谱技术。与其他技术如光学发射光谱、激光诱导荧光光谱或散射技术相比，吸收光谱是一种无需校准的技术，通过吸收光谱可以获得大量关于被探测物种和物种环境的信息，并且具有：第一，吸收光谱技术简单可靠；第二，吸收光谱可以实现原位在线测量；第三，吸收
光谱是非侵入性诊断技术，不会干扰等离子体状态等优点。
[0007]然而，在大气压沿面放电等离子体诊断应用中，仍然缺乏利用吸收光谱诊断技术，针对沿面放电所产生的大量活性氧氮化物种的时间演化信息和腔室内不同位置空间分布信息进行诊断的报道，尤其是针对沿面放电过程中反应腔室内活性物种的空间演化行为，很多都是通过复杂的光谱诊断技术，例如激光诱导荧光技术，发射光谱技术等，然而这些技术都存在实验难度较大，难以直接获得绝对粒子数密度等缺点。

技术实现思路

[0008]本专利技术主要解决现有技术在大气压低温等离子体诊断技术中存在实验难度较大，难以同时直接获得绝对粒子数密度的时空分布等技术问题，提出一种等离子体中活性氮氧化物种时空分布的检测系统，能够方便有效地诊断等离子体中产生的活性氮氧化物种的时空演化行为。
[0009]本专利技术提供了一种等离子体中活性氮氧化物种时空分布的检测系统，包括：宽光谱连续光源、光束整形切片系统、高精度时序可控电源、沿面放电反应腔室、平凸柱面透镜、单色仪、光电倍增管、数字示波器和计算机；
[0010]所述宽光谱连续光源，用于发出初始光束；
[0011]所述光束整形切片系统，用于将初始光束转换为片状平行探测光束并引入沿面放电反应腔室；
[0012]所述高精度时序可控电源，用于输出正弦高压信号并施加到沿面放电反应腔室；
[0013]所述沿面放电反应腔室，受到高压源激励后在腔室内产生大量活性氮氧化物种，片状探测光束的光强会被活性氮氧化物种吸收所衰减；
[0014]所述平凸柱面透镜，用于将沿面放电反应腔室的出射探测光束聚焦进单色仪；
[0015]所述光电倍增管，用于从单色仪中采集光谱信号；
[0016]所述数字示波器，用于显示光谱信号以及电信号，并将光谱信号发送到计算机；
[0017]所述计算机，用于处理光谱信号，获取等离子体反应腔室中活性氮氧化物种的时空分布信息。
[0018]优选的，所述宽光谱连续光源发出的探测光束为波长范围在215
‑
2500nm的连续光束；所述探测光束通过光纤传输。
[0019]优选的，所述光束整形切片系统，包括依次设置的：带通滤波片、平凸球面透镜、可调节机械狭缝；
[0020]所述带通滤波片的半峰全宽为10
±
2nm；
[0021]所述平凸球面透镜的焦距为50mm；
[0022]所述可调节机械狭缝的可调节狭缝范围为0
‑
5mm、狭缝高度为10mm。
[0023]优选的，所述沿面放电反应腔室安装在三维移动平台上。
[0024]优选的，所述沿面放电反应腔室，包括：密闭腔室和设置在密闭腔室内的沿面放电装置；
[0025]所述沿面放电装置采用由接地网格电极、高压平面电极及中间介质板构成三明治结构，所述中间介质板采用FR
‑
4TG170绝缘材料。
[0026]优选的，所述密闭腔室由熔融石英制成的玻璃腔室，可以透过波长范围为190
‑
900nm。
[0027]优选的，所述高精度时序可控电源连接数字延时脉冲发生器。
[0028]优选的，所述数字示波器的外触发通道与数字延时脉冲发生器连接，所述数字示波器的第一通道与光电倍增管连接，所述数字示波器的第二通道与电压探头连接，所述数字示波器的第三通道与电流探头连接。
[0029]优选的，所述计算机的处理光谱信号的过程如下：
[0030]通过吸收光谱方法测量的物种浓度可以通过朗伯比尔定律得到：
[0031][0032]其中，I0表示从光源出射的初始光强，I表示穿过一定物质浓度之后的出射光强，L表示吸收程，δ表示吸收截面，n表示物种的粒子数密度；公式中，通过数学方式将I0/I后，得到一个指数函数；
[0033]通过以下公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体中活性氮氧化物种时空分布的检测系统，其特征在于，包括：宽光谱连续光源(1)、光束整形切片系统、高精度时序可控电源(8)、沿面放电反应腔室(6)、平凸柱面透镜(12)、单色仪(13)、光电倍增管(14)、数字示波器(15)和计算机(16)；所述宽光谱连续光源(1)，用于发出初始光束；所述光束整形切片系统，用于将初始光束转换为片状平行探测光束并引入沿面放电反应腔室(6)；所述高精度时序可控电源(8)，用于输出正弦高压信号并施加到沿面放电反应腔室(6)；所述沿面放电反应腔室(6)，受到高压源激励后在腔室内产生大量活性氮氧化物种，片状探测光束的光强会被活性氮氧化物种吸收所衰减；所述平凸柱面透镜(12)，用于将沿面放电反应腔室(6)的出射探测光束聚焦进单色仪(13)；所述光电倍增管(14)，用于从单色仪(13)中采集光谱信号；所述数字示波器(15)，用于显示光谱信号以及电信号，并将光谱信号发送到计算机(16)；所述计算机(16)，用于处理光谱信号，获取等离子体反应腔室中活性氮氧化物种的时空分布信息。2.根据权利要求1所述的等离子体中活性氮氧化物种时空分布的检测系统，其特征在于，所述宽光谱连续光源(1)发出的探测光束为波长范围在215
‑
2500nm的连续光束；所述探测光束通过光纤传输。3.根据权利要求1所述的等离子体中活性氮氧化物种时空分布的检测系统，其特征在于，所述光束整形切片系统，包括依次设置的：带通滤波片(3)、平凸球面透镜(4)、可调节机械狭缝(5)；所述带通滤波片(3)的半峰全宽为10
±
2nm；所述平凸球面透镜(4)的焦距为50mm；所述可调节机械狭缝(5)的可调节狭缝范围为0
‑
5mm、狭缝高度为10mm。4.根据权利要求1所述的等离子体中活性氮氧化物种时空分布的检测系统，其特征在于，所述沿面放电反应腔室(6)安装在三维移动平台(7)上。5.根据权利要求1或4所述的等离子体中活性氮氧化物种时空...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晨，丁洪斌，冯春雷，吴鼎，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：