本實(shí)用新型屬于低溫冷等離子體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，用于不同工作氣體和環(huán)境氣體下的等離子體射流的發(fā)生和參數(shù)診斷。

背景技術(shù)：

等離子體特別是低溫等離子體具有廣泛的應(yīng)用，如環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)、微電子、材料改性等領(lǐng)域，已經(jīng)成為目前研究的熱點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的低溫等離子體大多是在低氣壓下產(chǎn)生的，需要獲得和維持真空條件，不僅增大了其生產(chǎn)成本，也極大地限制了等離子體的應(yīng)用。大氣壓等離子體射流裝置的出現(xiàn)極大改善了這一現(xiàn)狀。大氣壓低溫等離子體射流裝置能夠在開放空間中產(chǎn)生氣體溫度接近于室溫的等離子體射流，與傳統(tǒng)等離子體技術(shù)相比，具有應(yīng)用成本小，射流溫度低等特性，已成為近年來等離子體方向的研究重點(diǎn)之一。

盡管大氣壓等離子體射流出現(xiàn)已有數(shù)十年之久，人們對其機(jī)理及特性仍然尚未研究透徹。而等離子體射流的工作氣體和環(huán)境氣體對其特性具有較大的影響，特別是對等離子體射流的應(yīng)用產(chǎn)生至關(guān)重要作用的活性粒子的種類尤其受到影響。所以研究不同的工作氣體和環(huán)境氣體下等離子體射流的特性對于其應(yīng)用具有較大的幫助。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本實(shí)用新型提出一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，可根據(jù)需要以不同工作氣體產(chǎn)生等離子體射流，并控制環(huán)境氣體成分，結(jié)合相應(yīng)儀器可對等離子體射流的長度、溫度、電流、功率和光譜特性進(jìn)行診斷，以便更好地研究其特性。

實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，包括診斷箱體，分別位于診斷箱體內(nèi)部、外部的等離子體射流裝置和氣體控制系統(tǒng)；所述等離子體射流發(fā)生裝置包括中空體，中空體的內(nèi)壁上設(shè)有外表面無棱角的金屬塊，金屬塊與中空體相接觸的第一側(cè)面連接有穿過中空體壁的第一金屬棒，作為電源高壓電極；金屬塊的與第一側(cè)面同向的第二側(cè)面設(shè)有穿過中空體前壁的第二金屬棒，作為放電的高壓電極；中空體外設(shè)有包裹第二金屬棒的第一玻璃管，第一玻璃管的長度大于第二金屬棒伸出中空體的部分；第一玻璃管外壁纏繞金屬片，金屬片位于玻璃管前端，作為接地極；所述中空體上還設(shè)有工作氣體輸入通道，診斷箱體對應(yīng)位置處設(shè)有第一氣動接頭，工作氣體輸入通道通過第一氣動接頭與氣體控制系統(tǒng)相連；所述診斷箱體的左右兩側(cè)分別設(shè)有第二氣動接頭和第三氣動接頭，用于配合氣體控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境氣體的輸入和氣體的排出；所述診斷箱體上還設(shè)有用于與電源連接的貫通式的高壓接線柱和地電極接線柱，高壓接線柱和地電極接線柱還分別與等離子體射流裝置中的電源高壓電極和接地極相連。

所述的一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，還至少包括一層水平安裝在診斷箱體內(nèi)部的帶孔插板，所述等離子體射流裝置固定安裝在帶孔插板上。

所述插板上布局有一系列螺紋孔，用于固定和調(diào)整射流裝置、溫度傳感器和光譜儀探頭位置。

所述的一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，還包括滑塊，所述滑塊上設(shè)有貫通式的沉頭槽和若干個(gè)螺紋孔，滑塊利用沉頭槽安裝在插板上，各螺紋孔用于與待固定的裝置上的螺紋孔相連，用于調(diào)整待固定裝置的位置。

所述的一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)墊片，各墊片上均設(shè)有螺紋孔，用于墊在待固定的裝置下方，待固定的裝置穿過其螺紋孔固定在滑塊上，用于微調(diào)高度。

所述診斷箱體為絕緣材料制成的立方形箱體，箱體前后兩面至少有一面可拆卸。

所述氣體控制系統(tǒng)為氣體流量計(jì)陣列，流量計(jì)數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，將工作氣體和環(huán)境氣體的氣源分別連接至對應(yīng)的流量計(jì)的進(jìn)氣口，各流量計(jì)的出氣口分別連接到對應(yīng)的工作氣體合并接頭或者環(huán)境氣體合并接頭，工作氣體合并接頭和環(huán)境氣體合并接頭分別與第一氣動接頭和第二氣動接頭相連。

所述的一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，還包括電源模塊，所述電源模塊為射頻電源、交流高頻電源或脈沖電源中的任一種；電源模塊的高壓電極接到診斷箱體高壓接線柱，并與射流發(fā)生裝置的第一金屬棒相連；電源模塊的地線接至診斷箱體的地電極接線柱，并與射流發(fā)生裝置的第一玻璃管外纏繞的金屬片相連。

所述診斷箱體上設(shè)有用于供光纖溫度傳感器和光譜儀探頭接入診斷箱體內(nèi)部的接口；診斷箱體上還設(shè)有觀察窗；所述診斷箱體上還設(shè)有固定阻值的無感電阻和固定容值的鐵皮電容，無感電阻和鐵皮電容通過單刀雙擲開關(guān)分別串聯(lián)在診斷箱體的地電極接線柱和電源模塊的地線之間，分別用于配合示波器進(jìn)行電流的測量和功率的測量。

本實(shí)用新型的有益效果：

本實(shí)用新型提出一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，可根據(jù)需要以不同工作氣體產(chǎn)生等離子體射流，并控制環(huán)境氣體成分，結(jié)合相應(yīng)儀器可對等離子體射流的長度、溫度、電流、功率和光譜特性進(jìn)行診斷，以便更好地研究其特性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的等離子體射流發(fā)生裝置的側(cè)視圖。

圖2為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的插板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的滑塊的俯視圖。

圖5為圖4中滑塊的剖視圖。

圖中：1 箱體進(jìn)氣口；2 高壓接線柱；3 供光纖溫度傳感器接入診斷箱體內(nèi)部的接口；4 供光譜儀探頭接入診斷箱體內(nèi)部的接口；5 工作氣體輸入通道的進(jìn)氣口；6阻值固定的無感電阻； 7 觀察窗；8 滑塊；9 沉頭槽；10 螺紋孔；11為容值固定的鐵皮電容；12 地電極接線柱。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，包括診斷箱體，分別位于診斷箱體內(nèi)部、外部的等離子體射流裝置和氣體控制系統(tǒng)；所述等離子體射流發(fā)生裝置包括中空體，中空體的后內(nèi)壁設(shè)有外表面無棱角的金屬塊，金屬塊涂覆絕緣漆，用于保證裝置內(nèi)部不會發(fā)生尖端放電，金屬塊與中空體相接觸的第一側(cè)面連接有穿過中空體壁的第一金屬棒（優(yōu)選地，為卡接），作為電源高壓電極；金屬塊的與第一側(cè)面同向的第二側(cè)面設(shè)有穿過中空體前壁的第二金屬棒（即第二金屬棒的另一側(cè)通過位于中空體正對金屬塊一側(cè)的貫通式圓孔伸出立方體），作為放電的高壓電極；中空體外設(shè)有包裹第二金屬棒的第一玻璃管，第一玻璃管的長度大于第二金屬棒伸出中空體的部分，作為射流噴頭，優(yōu)選地，二者長度差為0.5-2cm，根據(jù)工作氣體和環(huán)境氣體的擊穿場強(qiáng)決定，場強(qiáng)越小，長度差越大，以免發(fā)生繞擊；第一玻璃管外壁纏繞金屬片，作為接地極；所述中空體上還設(shè)有工作氣體輸入通道，工作氣體輸入通道包括位于中空體上的圓孔和與圓孔連通的第二玻璃管，診斷箱體對應(yīng)位置處設(shè)有第一氣動接頭，工作氣體輸入通道通過第一氣動接頭與氣體控制系統(tǒng)相連；所述診斷箱體的左右兩側(cè)分別設(shè)有第二氣動接頭和第三氣動接頭（優(yōu)選地，為貫通式雙頭氣動接頭），用于配合氣體控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境氣體的輸入和氣體的排出；所述診斷箱體上還設(shè)有用于與電源連接的貫通式的高壓接線柱2和地電極接線柱12，高壓接線柱2和地電極接線柱12還分別與等離子體射流裝置中的電源高壓電極和接地極相連。等離子體射流裝置上除了工作氣體輸入通道的進(jìn)氣口5和作為射流噴頭的第一玻璃管外，其余部分為密封的。

在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，所述中空體為中空立方體；所述第二金屬棒為直徑2mm的銅棒，所述金屬片為銅箔；所述第一玻璃管為石英玻璃管；所述金屬塊為近似半球形金屬塊。

如圖3所示，所述的一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，還至少包括一層水平安裝在診斷箱體內(nèi)部的帶孔插板，所述等離子體射流裝置固定安裝在帶孔插板上。優(yōu)選地，當(dāng)插板只有一個(gè)時(shí)，插槽有兩個(gè)，高度不同，可以根據(jù)環(huán)境氣體密度選擇將插板插入到哪個(gè)插槽中。

所述插板上布局有一系列螺紋孔，用于固定和調(diào)整射流裝置、溫度傳感器和光譜儀探頭位置。

如圖4和5所述的一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，還包括滑塊8，所述滑塊上設(shè)有貫通式的沉頭槽9和若干個(gè)螺紋孔10，滑塊8利用沉頭槽9安裝在插板上，各螺紋孔10用于與待固定的裝置上的螺紋孔相連，用于調(diào)整待固定裝置的位置。

所述的一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)墊片，各墊片上均設(shè)有螺紋孔，用于墊在待固定的裝置下方，待固定的裝置穿過其螺紋孔固定在滑塊上，用于微調(diào)高度。

所述診斷箱體上設(shè)有用于供光纖溫度傳感器和光譜儀探頭接入診斷箱體內(nèi)部的接口（3和4）；診斷箱體上還設(shè)有觀察窗7（優(yōu)選為玻璃透明的觀察窗），用于觀察內(nèi)部情況和影像記錄；所述診斷箱體上還設(shè)有固定阻值的無感電阻6（保證測量準(zhǔn)確性）和固定容值的鐵皮電容11（保證測量準(zhǔn)確性），無感電阻6和鐵皮電容11通過單刀雙擲開關(guān)分別串聯(lián)在診斷箱體的地電極接線柱和電源模塊的地線之間，分別用于配合示波器進(jìn)行電流的測量和功率的測量。

所述診斷箱體為絕緣材料制成的立方形箱體，箱體前后兩面至少有一面可拆卸。

所述氣體控制系統(tǒng)為氣體流量計(jì)陣列，流量計(jì)數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，將工作氣體和環(huán)境氣體的氣源分別連接至對應(yīng)的流量計(jì)的進(jìn)氣口，各流量計(jì)的出氣口分別連接到對應(yīng)的工作氣體合并接頭或者環(huán)境氣體合并接頭，工作氣體合并接頭與第一氣動接頭相連，環(huán)境氣體合并接頭與第二氣動接頭或者第三氣動接頭相連。具體地，可根據(jù)氣體種類需求增減流量計(jì)數(shù)量。流量計(jì)一段連接氣源，另一端經(jīng)過合并接頭連接至診斷箱體進(jìn)氣口。

所述的一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，還包括電源模塊，所述電源模塊為射頻電源、交流高頻電源或脈沖電源中的任一種；電源模塊的高壓電極接到診斷箱體高壓接線柱2，高壓接線柱2與射流發(fā)生裝置的第一金屬棒相連（即與射流發(fā)生裝置的高壓電極相連）；電源模塊的地線接至診斷箱體的地電極接線柱12，地電極接線柱12與射流發(fā)生裝置的第一玻璃管外纏繞的金屬片相連（即與射流發(fā)生裝置的地電極相連）。

在本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，箱體左側(cè)面的左上位置和右側(cè)面的左下位置分別安裝有一個(gè)氣動快速接頭，其中一個(gè)用于輸入氣體，另外一個(gè)用于排出氣體。箱體左側(cè)有兩個(gè)帶有設(shè)定間距的貫通式接線柱，用于接入電源。診斷箱體上面安裝有貫通式雙頭氣動接頭，用于工作氣體的輸入。診斷箱體正面有用于光纖溫度傳感器和光譜儀探頭接入箱體內(nèi)部的接口。診斷箱體后面安裝有玻璃觀察窗，用于觀察內(nèi)部情況和影像記錄。診斷箱體頂部安裝有阻值固定的無感電阻6和容值固定的鐵皮電容11，分別用于配合示波器進(jìn)行電流的測量和功率的測量。

所述氣體控制系統(tǒng)包括工作氣體控制系統(tǒng)和環(huán)境氣體控制系統(tǒng)，將不同氣體的氣源分別連接至對應(yīng)流量計(jì)的進(jìn)氣口，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)流量計(jì)流量，流量計(jì)出氣口經(jīng)過合并接頭將氣體混合后分別送入到等離子體射流裝置和診斷箱體內(nèi)，其中，工作氣體控制系統(tǒng)只連接到射流裝置，環(huán)境氣體控制系統(tǒng)只連接到箱體，不可混連，所述的氣體混合指的是兩個(gè)氣體控制系統(tǒng)內(nèi)部不同氣體組分的混合。工作氣體控制系統(tǒng)的出氣端接到診斷箱體頂部的第一氣動接頭，并在診斷箱體內(nèi)部與射流發(fā)生裝置的進(jìn)氣口相連。環(huán)境氣體控制系統(tǒng)接到診斷箱體左側(cè)面或者右側(cè)面的氣動接頭，由于射流產(chǎn)生時(shí)需要不斷通入工作氣體，為保證箱體內(nèi)環(huán)境盡量不變，需要不斷通入環(huán)境氣體，并從另一個(gè)箱體側(cè)面另一接口排出氣體，需要根據(jù)環(huán)境氣體與工作氣體和空氣的相對密度選擇位于上方或下方的接頭，選擇接頭和插板位置需要根據(jù)環(huán)境氣體和工作氣體相對密度及與空氣的密度差選擇，原則為保證將空氣和工作氣體能夠順利排出箱體，保持箱體內(nèi)部環(huán)境氣體的純度。

將射流發(fā)生裝置置于箱型診斷箱體內(nèi)部，并用螺絲固定在帶孔插板上，射流發(fā)生裝置的進(jìn)氣口、電源高壓電極和地電極分別和箱體內(nèi)部對應(yīng)位置相連。打開氣源和電源，并調(diào)節(jié)參數(shù)產(chǎn)生所需的等離子體射流（即工作和環(huán)境氣體流量，氣體組分，通過調(diào)節(jié)氣體控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，電源的頻率幅值等，通過調(diào)節(jié)電源實(shí)現(xiàn)）。

對等離子體射流進(jìn)行參數(shù)診斷需結(jié)合相應(yīng)儀器，本實(shí)用新型僅提供一便于測量之平臺，并不能完全替代測量裝置。診斷箱體可結(jié)合相應(yīng)儀器測量等離子體射流的溫度、電流、功率和光譜特性。溫度和光譜特性分別用光纖溫度傳感器和光譜儀測量，箱體上設(shè)計(jì)有探頭接口，可將儀器探頭接入箱體內(nèi)部，并保持箱體的密封性。探頭利用固定架固定在插板上，利用插板上的螺紋孔陣列、墊片和滑塊可以調(diào)整探頭與射流發(fā)生裝置的相對坐標(biāo)，靈活選擇測量位置和距離。電流和功率則由箱體上安裝的無感電阻6和電容結(jié)合示波器進(jìn)行測量。將其串接入射流發(fā)生裝置電路中，利用示波器就可以測量得到電流和功率特性。

本實(shí)用新型提出一種工作氣體和外部環(huán)境氣體可控的等離子體射流發(fā)生與參數(shù)診斷系統(tǒng)，可對等離子體射流發(fā)生過程中的工作氣體和環(huán)境氣體進(jìn)行控制，并對其進(jìn)行特性診斷。本系統(tǒng)包括等離子體射流發(fā)生裝置、箱型診斷箱體和氣體控制系統(tǒng)。射流發(fā)生裝置置于診斷箱體內(nèi)部，通過診斷箱體側(cè)壁上的氣體管道接口和電路接口分別與氣源和電源相連。診斷箱體具有良好密封性，通過進(jìn)氣口和出氣口進(jìn)行氣體調(diào)節(jié)；側(cè)壁上設(shè)計(jì)有測量系統(tǒng)接口，用于對等離子體的特性進(jìn)行診斷。氣體控制系統(tǒng)以流量計(jì)為主體，控制輸入到射流發(fā)生裝置和箱型診斷箱體中的氣體。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。