[實用新型]一種大氣壓低功率微波發(fā)卡共振放電器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721811429.4
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN207589257U
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 涂一烺;陳兆權(quán);趙衛(wèi)東;馮德仁
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46
• 代理公司: 合肥順超知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 謝永

本實用新型涉及微波放電等離子領(lǐng)域，具體涉及一種大氣壓低功率微波發(fā)卡共振放電器；包括石英管、U型金屬絲、接地銅膠膜及載氣輸入端，石英管內(nèi)的U型金屬絲分別電連接微波功率計和功率放大器，功率放大器分別電性連接脈沖信號調(diào)制器及微波信號發(fā)生器，石英管的一端為載氣輸入端。本實用新型采用發(fā)夾形狀的微波共振電極作為放電驅(qū)動器；在大氣壓下以不同載氣作為工作氣體通過載氣輸入端進入石英管并通過U型金屬絲；打開微波信號發(fā)生器，設(shè)置脈沖信號調(diào)制器的脈沖頻率值，觀察微波功率計的同時調(diào)整功率放大器保持特定功率輸出；石英管內(nèi)發(fā)生放電現(xiàn)象，U型金屬絲的尖端產(chǎn)生等離子體羽流，且呈現(xiàn)清晰的拱形圖案。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及微波放電等離子體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大氣壓低功率微波發(fā)卡共振放電器。

背景技術(shù)

19世紀(jì)70年代中期，Stenzel首先設(shè)計了一款在低于100Pa氣壓的條件下診斷電子密度的微波共振探針。這種微波共振探針的形狀類似字母U，因此被稱作發(fā)夾探針。根據(jù)微波傳輸線的工作原理，這種發(fā)夾探針是一種四分之一波長微波共振器，它的一端被激勵，另一端開口，這種結(jié)構(gòu)確保在開口端的電壓擁有最大的電壓值，而且局域增強電場分布在發(fā)夾探針的開口端。由于發(fā)卡電極周圍的等離子體鞘結(jié)構(gòu)只有在較低氣壓范圍內(nèi)有明晰分布，只有明晰鞘層結(jié)構(gòu)才能根據(jù)共振微波信號推算得出等離子體參數(shù)，所以很多微波發(fā)卡探針只能用于測量低氣壓的等離子體參數(shù)。直到2009年，徐金洲等報道了一種用于測量高氣壓等離子體參數(shù)的U型發(fā)卡探針，至此微波共振發(fā)夾探針成為一種測量等離子體參數(shù)的著名工具。

最近幾年，大氣壓微波等離子體的研究獲得了足夠重視，原因在于微波等離子體具有潛在的應(yīng)用價值。例如，有害汽車尾氣源于火花塞電弧放電點燃速度慢、溫度高,而新型微波點火技術(shù)，具有燃燒充分、效率高及有害尾氣少等優(yōu)良性能；再如，航空航天發(fā)動機(超燃沖壓發(fā)動機)中的點火難題，其燃料高馬赫數(shù)噴射，傳統(tǒng)的點火技術(shù)很難點燃，微波放電點燃高速燃流的研究可以解決此困難；另外，大氣壓微波放電產(chǎn)生的冷等離子體射流，可以用來殺菌消毒等生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，操作安全，效果很好；還有，大氣壓微波微等離子體已在微等離子體激光源、微量元素的光譜檢測等方面展示了應(yīng)用優(yōu)勢；等等。相比于低頻電源激勵放電等離子體而言，以上這些應(yīng)用都是源于微波放電等離子體具有密度高、活性強及溫度低等優(yōu)異品性，可是設(shè)計微波等離子體源相對復(fù)雜。此外，由于大氣壓及超大氣壓下激發(fā)微波放電需要很高的入射功率(kW級)，為了節(jié)能而需要使用高功率脈沖調(diào)制微波源，控制困難及代價較高，實用化較難。在大氣壓下很難激發(fā)氣體電離產(chǎn)生微波等離子體，這使得微波放電器的應(yīng)用受到了很大的限制。能否通過創(chuàng)新，實現(xiàn)低功率微波激勵大氣壓氣體放電并調(diào)制出適合特定用途的放電形貌，是個亟需克服的科技難題。

為了克服這個不足，研究者做了很多嘗試。基于微波共振原理，除了發(fā)卡探針之外，還有多種微波共振放電器。微波共振放電器具有十分顯著的研究價值，是近年來的研究重點。微波共振放電器需要進行優(yōu)化并作特定設(shè)計，以便于滿足不同的應(yīng)用需求和更優(yōu)異的放電性能。此外，微波脈沖驅(qū)動的共振放電器還可以產(chǎn)生具有鮮明特點的等離子體羽狀射流，從而大大拓展了微波等離子體的可調(diào)參數(shù)范圍，以便滿足不同的微波等離子體應(yīng)用需求。目前已經(jīng)有四種大氣壓微波共振放電器(同軸波導(dǎo)線共振放電器，微帶線共振放電器，表面波發(fā)生器，表面波共振放電器)分別在等離子體醫(yī)學(xué)、微等離子體源、微波等離子體燃燒、高速燃料點火等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，基于發(fā)卡共振原理的大氣壓低功率微波發(fā)卡共振放電器未見報道，鑒于此本實用新型報道了一種大氣壓低功率微波發(fā)卡共振放電器。發(fā)卡共振放電器相比于已有的四種微波共振放電器，產(chǎn)生的等離子體參數(shù)范圍更廣、等離子體射流空間形貌更容易調(diào)制和所需要的微波激發(fā)功率更低，即發(fā)卡共振放電器產(chǎn)生的微波等離子體綜合能效更加優(yōu)異。

實用新型內(nèi)容

為了克服大氣壓微波共振放電器的不足，本實用新型將介紹一種大氣壓低功率微波發(fā)卡共振放電器。我們采用微波發(fā)卡探針的電極結(jié)構(gòu)，并進一步創(chuàng)新的將發(fā)卡探針作為放電驅(qū)動器，構(gòu)造出微波發(fā)卡共振放電器。

具體技術(shù)方案如下：