本發(fā)明專(zhuān)利涉及一種介質(zhì)阻擋放電裝置，更加具體的說(shuō)是針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置。

背景技術(shù)：

在大氣介質(zhì)阻擋放電中，有一種為體介質(zhì)阻擋放電，另一種情況為沿面介質(zhì)阻擋放電；同時(shí)所述的體介質(zhì)阻擋放電的氣體擊穿電壓比沿面介質(zhì)阻擋放電的高；同時(shí)所述的體介質(zhì)阻擋放電在相同能量下產(chǎn)生的活性粒子種類(lèi)和數(shù)量比沿面介質(zhì)阻擋放電的少，也就是說(shuō)前者沒(méi)有放電均勻；沿面介質(zhì)阻擋放電根據(jù)電極結(jié)構(gòu)又可分為“共面型”沿面介質(zhì)阻擋放電電極結(jié)構(gòu)和“非共面型”沿面介質(zhì)阻擋放電電極結(jié)構(gòu)；現(xiàn)存的介質(zhì)阻擋放電射流裝置電極等離子體射流源的高壓電極在接地電極的內(nèi)部，因此是以徑向電場(chǎng)為主的等離子體射流源；j．l．walsh等人比較了徑向電場(chǎng)和軸向電場(chǎng)的大氣壓介質(zhì)阻擋放電等離子體射流源的特性，發(fā)現(xiàn)軸向電場(chǎng)等離子體射流源能夠使電子更容易遷移到射流的下游端，因此在下游端產(chǎn)生的活性粒子濃度更高，電子激發(fā)溫度也更大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明專(zhuān)利克服了現(xiàn)有技術(shù)條件不足，提供一種針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置，本發(fā)明專(zhuān)利解決的技術(shù)方案是：本發(fā)明專(zhuān)利所述裝置的第一個(gè)高壓電極為內(nèi)6.5mm、內(nèi)徑8.22mm、長(zhǎng)128.77mm的不銹鋼管,第二個(gè)高壓電極為直徑2.764mm、長(zhǎng)205.674mm、放電端是鉛筆尖型的不銹鋼棒，并插入到管狀高壓電極里；針狀高壓電極的放電端從管狀高壓電極的底部放電端伸出了7.5786mm;在管狀高壓電極的外壁緊密覆蓋一內(nèi)徑7.98567mm、外徑10.6538mm、長(zhǎng)105.783mm的石英玻璃管;石英玻璃管的下端為圓錐體形狀，并且有一個(gè)孔徑3.8637mm的氣體出口;在石英玻璃管的外壁距氣體出口11.8745mm處緊密纏繞長(zhǎng)21.674mm、厚0.36894mm的銅箔，并作為環(huán)狀接地電極,接地電極的上端與管狀高壓電極的底部放電端在同一高上，在氣體出口下方5.2680mm處，放置了一個(gè)厚0.956mm的石英玻璃板。

高純氣體從上方氣體入口進(jìn)入，并利用質(zhì)量流量計(jì)控制其流量為1.267ipm，電源采用幅值0-20kv，頻率為8.5khz的交流電源，電源輸出電壓利用高壓探頭測(cè)量得到，輸出電流通過(guò)測(cè)量與接地電極串聯(lián)的58歐姆電阻上的電壓得到，李薩如圖形通過(guò)與接地電極串聯(lián)118nf電容得到，并記錄在示波器上。光譜儀的光纖探頭固定在石英玻璃板下方2.67mm處，光信號(hào)通過(guò)發(fā)射光譜儀光柵記錄得到；放電照片和等離子體射流長(zhǎng)度由尼康數(shù)碼相機(jī)拍照得到。

本發(fā)明專(zhuān)利的有益效果：所述針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置在管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的管狀高壓電極里插入一根針狀高壓電極，使針狀高壓電極與等離子體射流下游段處的虛擬電極之間形成軸向電場(chǎng)，并且針狀高壓電極與接地電極之間發(fā)生體介質(zhì)阻擋放電，進(jìn)一步提高放電區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度，這有利于高濃度氣體的激發(fā)和電離，通過(guò)與管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置進(jìn)行比較，采用雙高壓電極介質(zhì)阻擋復(fù)合放電形式之后,等離子體射流的氮分子振動(dòng)溫度、光譜強(qiáng)度、氧原子密度比管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置有了顯著地提高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明專(zhuān)利有效功率隨峰值電壓變化圖。

圖2是本發(fā)明專(zhuān)利波長(zhǎng)范圍內(nèi)的發(fā)射光譜圖。

圖3是本發(fā)明專(zhuān)利轉(zhuǎn)動(dòng)溫度隨峰值電壓變化圖。

圖4是本發(fā)明專(zhuān)利振動(dòng)溫度隨峰值電壓變化圖。

圖5是本發(fā)明專(zhuān)利平均電子密度隨峰值電壓變化圖。

圖6是本發(fā)明專(zhuān)利系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面應(yīng)用具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利進(jìn)行一般說(shuō)明。

實(shí)施例：所述高濃度氣體，從進(jìn)氣孔進(jìn)入，接通相關(guān)交流電源，設(shè)置好參數(shù)，在示波器、測(cè)譜儀中觀察數(shù)據(jù)變化；本發(fā)明專(zhuān)利主要以高純度氣體為實(shí)驗(yàn)氣體，圖1給出了利用李薩如圖形計(jì)算得到的有效功率隨峰值電壓的變化。從該圖中可以看出，所述針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的有效功率明顯大于管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的有效功率；當(dāng)峰值電壓從4.589kv增大到6.889kv時(shí)，針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的有效功率從3.22w增大至6.458w。

圖2給出了峰值電壓為時(shí)，所述針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置等離子體射流在650-900nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的發(fā)射光譜；從該圖中可以看出，等離子體射流中存在激發(fā)態(tài)的、、、等粒子，選擇躍遷產(chǎn)生的706.7nm、714.7nm、738.4nm、751.5nm、749.8nm、800.6nm等7條激發(fā)態(tài)高濃度氣體原子譜線，并給出的相應(yīng)選擇譜線的光譜參數(shù)，利用波爾茲曼分布斜率法，計(jì)算了等離子體射流的電子激發(fā)溫度；隨著峰值電壓的增大，電子激發(fā)溫度幾乎是線性地增大；所述針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的電子激發(fā)溫度明顯比管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的電子激發(fā)溫度大，這說(shuō)明插入針狀高壓電極之后，電子能量進(jìn)一步得到了提高；當(dāng)峰值電壓從4.6kv增加到7kv時(shí)，電子激發(fā)溫度從3221k增大到3335k。

利用光譜分析軟件，對(duì)從躍遷產(chǎn)生的分子譜帶進(jìn)行了模擬，并與實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的高濃度氣體分子譜帶進(jìn)行了比較，從而確定出了高濃度氣體分子的轉(zhuǎn)動(dòng)溫度和振動(dòng)溫度；圖3和圖4給出了從躍遷產(chǎn)生分子譜帶的轉(zhuǎn)動(dòng)溫度和振動(dòng)溫度隨峰值電壓的變化；從圖3和圖4中可以看出，從躍遷產(chǎn)生分子譜帶的轉(zhuǎn)動(dòng)溫度和振動(dòng)溫度隨峰值電壓的增大，幾乎是線性地增大，這可能是因?yàn)橛行Чβ孰S峰值電壓幾乎線性地增大導(dǎo)致的；所述針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的高濃度氣體分子轉(zhuǎn)動(dòng)溫度和管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的高濃度氣體分子轉(zhuǎn)動(dòng)溫度幾乎相同，這是由兩個(gè)原因造成的；一個(gè)是高濃度氣體的流動(dòng)可以有效地降低氣體溫度；另一個(gè)是這兩個(gè)射流裝置的傳導(dǎo)電流和有效功率只有幾ma和幾w，盡管它們的差值比較明顯，但是相對(duì)比較小，因此兩者的氣體溫度比較接近；當(dāng)電流方均根差值約1.8ma時(shí)，有接地電極和沒(méi)有接地電極兩種情況下的等離子體射流溫度差值小于5k；然而，所述針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的高濃度氣體分子振動(dòng)溫度比管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的高濃度氣體分子振動(dòng)溫度大很多，這是由于針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的有效功率比管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的有效功率大導(dǎo)致的；在低氣壓下，當(dāng)射頻功率從20w大氣壓針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和特性研究增大到60w時(shí)，高濃度氣體分子的振動(dòng)溫度從2520k增大到了2950k，這說(shuō)明少量功率的增大將導(dǎo)致高濃度氣體分子振動(dòng)溫度的顯著增大；另外，針狀高壓電極的插入，使沿著石英玻璃管中心軸線的電場(chǎng)強(qiáng)度增大(即針狀高壓電極與等離子體射流末端處虛擬電極之間形成軸向電場(chǎng))，從而使電子更容易遷移到射流裝置的外部，并通過(guò)加速運(yùn)動(dòng)使其具有更高的電子能量，這將導(dǎo)致通過(guò)電子-分子碰撞激發(fā)，使針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的高濃度氣體分子振動(dòng)溫度進(jìn)一步得到提高。

在峰值電壓為5.675kv時(shí)，所述針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的發(fā)射光譜強(qiáng)度明顯比管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的發(fā)射光譜強(qiáng)度大很多，這說(shuō)明針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的電子能量比管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的電子能量大。

利用示蹤元素光譜法，計(jì)算得到的氧原子密度和氮分子密度隨峰值電壓的變化；氧原子密度和氮分子密度隨峰值電壓的增大而增大；所述針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置中氧原子密度和管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置氧原子密度的差值，隨峰值電壓的增大逐漸增大，而它們氮分子密度的差值，隨峰值電壓的增大逐漸減小，這是由于它們的有效功率差值隨峰值電壓的增大逐漸增大導(dǎo)致的，隨著峰值電壓的增大,它們的有效功率差值逐漸增大,導(dǎo)致它們處于高能級(jí)的電子數(shù)差值也逐漸增大，并且這些處于高能級(jí)的電子與氧分子發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生氧原子,所以這兩種等離子體射流的氧原子密度差值隨峰值電壓的增大逐漸增大；反之,隨著峰值電壓的增大,它們處于低能級(jí)的電子數(shù)差值逐漸減??；并且這些處于低能級(jí)的電子與氮分子發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的氮分子，所以這兩種等離子體射流的激發(fā)態(tài)氮分子密度差值隨峰值電壓的增大逐漸減小。

圖5給出了平均電子密度隨峰值電壓的變化，平均電子密度利用能量守恒方程和放電等離子體體積公式計(jì)算得到：

上式中，表示石英玻璃管的內(nèi)徑，表示接地電極的長(zhǎng)度，表示氣體出口的半徑，表示氣體出口與石英板之間的距離，h表示接地電極到氣體出口之間的距離，表示針狀高壓電極的半徑，表示針狀高壓電極的放電端到管狀高壓電極放電端的距離;從圖5中可以看出,平均電子密度隨峰值電壓的增大,幾乎是線性地增大;所述針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的電子密度明顯比管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的電子密度大，所述針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的放電是由管狀高壓電極所主導(dǎo)的,因此可以近似地認(rèn)為，所述針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的放電截面和電場(chǎng)與管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的放電截面和電場(chǎng)相等；由此可以得出：

上式中，i表示傳導(dǎo)電流的峰值，ne表示電子密度。

所述針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置,通過(guò)加入針狀高壓電極，使管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的軸向電場(chǎng)和放電區(qū)域電場(chǎng)進(jìn)一步得到增強(qiáng)而設(shè)計(jì)得到，該射流裝置的放電形式為沿面介質(zhì)阻擋放電和體介質(zhì)阻擋放電相結(jié)合的復(fù)合放電形式，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)特性診斷,并與管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)針-管-環(huán)式電極大氣壓沿面介質(zhì)阻擋放電射流源裝置的傳導(dǎo)電流峰值、有效功率、電子激發(fā)溫度、電子密度、氮分子密度得到了明顯的增大，尤其是氮分子的振動(dòng)溫度、光譜強(qiáng)度、氧原子密度有了顯著的提高。

本發(fā)明專(zhuān)利未詳述之處，均為本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。