CN110213872A - 一种等离子体射流辅助装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子体射流辅助装置，包括：检测控制模块、间隔调整器和接地引流片；检测控制模块与等离子体射流装置中的高压电源输出端连接；间隔调整器顶面开口，位于等离子体射流喷口处，底面分布有通孔和凹槽，等离子体射流装置产生的等离子体射流通过底面通孔流出；接地引流片嵌入所述间隔调整器的底面凹槽中，并与公共地极连接；检测控制模块，用于实时监测等离子体射流装置的电压电流状态，并在发生故障时断开等离子体射流装置的高压电源；间隔调整器，用于控制等离子体射流的长度并固定接地引流片；接地引流片，用于引导放电等离子体电流。本发明能够提高等离子体射流装置的应用安全，同时使离子体阵列均匀放电，提高等离子体性能。
Description
技术领域
本发明属于等离子体应用领域，更具体地，涉及一种等离子体射流辅助装置。
背景技术
大气压非平衡等离子体是在大气压下产生的等离子体，其电子温度可高达数万度，而离子和中性粒子的温度远小于电子温度，通常接近室温，因此其放电时的气体温度也接近室温。大气压低温等离子体射流装置可以在大气压下产生等离子体射流，不会使被处理对象受到等离子体放电间隙尺寸的限制，操作简便，且产生的气体温度低，活性高。现有的等离子体射流装置已经能够在大气压下产生各种类型的非热平衡等离子体，如专利文献CN101426327A中公开了一种等离子体射流装置，这种装置通过将工作气体吹进空心气管，在空心气管出口处配置高压电极，从而产生喷出的射流；专利文献CN102523674A中公开了一种手持式等离子体电筒，这种装置通过对针电极施加直流高压，击穿针尖与靶面间的工作气体产生射流；专利文献CN106304591A中也公开了一种多气管通道的射流装置。目前，非热平衡等离子体已广泛应用于等离子体生物医学研究中，如促进伤口愈合、经皮给药、杀菌消毒、美容护肤、***等。
但是现有等离子体射流装置在使用过程中存在两方面安全隐患，首先，当前的等离子体射流装置在工作时，工作电流都是从高压电源经过等离子体射流装置，流向被处理物的表面，再经过被处理物内部，最后通过被处理物的另一处接地点流回大地，如此一来，当等离子体电流因为特殊原因剧增，人体在接受处理或误被处理对象时将很可能承受超过安全阈值的电流，从而对使用者的身体造成伤害；其次，由于等离子体射流装置往往工作在上千伏的高压条件下，装置内部元器件的损坏概率很大，而现有的等离子体射流装置并没有故障诊断模块，也没有响应故障的安全动作，对使用者造成极大的安全隐患。此外，现有等离子体射流装置还存在放电不均匀、所有高压电极不能同时放电，使得产生的活性粒子分布不均匀的问题。这些都是目前等离子体射流装置在实际应用中亟待解决的问题。
总体而言，现有等离子体射流装置存在应用安全性低，且产生的活性粒子分布不均匀的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种等离子体射流辅助装置，旨在解决现有等离子体射流装置存在应用安全性低，且产生的活性粒子分布不均匀的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种等离子体射流辅助装置，包括：检测控制模块、间隔调整器和接地引流片；
所述检测控制模块与等离子体射流装置中的高压电源输出端连接；
所述间隔调整器顶面开口，位于所述等离子体射流装置中的等离子体射流喷口处，底面分布有通孔和凹槽，等离子体射流装置产生的等离子体射流通过底面通孔流出；
所述接地引流片嵌入所述间隔调整器的底面凹槽中，并与公共地极连接；
所述检测控制模块，用于实时监测所述等离子体射流装置的电压电流状态，并在发生故障时断开所述等离子体射流装置的高压电源；
所述间隔调整器，用于控制等离子体射流的长度并固定所述接地引流片；
所述接地引流片，用于引导等离子体放电电流。
进一步地，所述检测控制模块包括电压传感器、电流传感器和分析控制单元；
所述电压传感器，用于测量等离子体射流装置输入端的电压；
所述电流传感器，用于测量等离子体射流装置输入端的电流；
所述分析控制单元，用于将测量到的电压和电流分别与对应地设定阈值进行比较，当测量得到的电压或电流超过设定阈值时，断开等离子体射流装置的高压电源。
进一步地，所述间隔调整器底面与所述等离子体射流装置中的等离子体射流喷口距离可改变。
进一步地，所述间隔调整器底面分布的每一个通孔通过的等离子体射流数目为一个或多个。
进一步地，所述间隔调整器由绝缘介质制作。
进一步地，所述绝缘介质为聚四氟乙烯烷基树脂。
进一步地，所述间隔调整器底面分布的通孔形状、数量、排列方式以及接地引流片的分布方式根据等离子体射流装置产生的等离子体阵列排列方式确定。
进一步地，接地引流片材料为不锈钢、铜或铝。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)本发明设置的接地引流片，一方面，使得等离子体放电电流流过被处理对象表面，再经过接地引流片流入大地中，防止等离子体放电电流直接穿过人体，降低人体触电风险；另一方面，使所有高压电极同时放电，离子体阵列均匀放电，产生的活性粒子均匀分布，从而提高等离子体性能。
(2)本发明设置的检测控制模块能够实时检测等离子体射流装置的运行状态，及时发现等离子体射流装置的运行故障和潜在问题，当等离子体射流装置出现异常时及时切断电源，避免人体接触高于安全阈值的电流，提高等离子体射流装置的应用安全。
(3)本发明设置的间隔调整器能够控制等离子体喷口和被处理对象间的距离，有效避免由于误操作，使用者将等离子体喷口放置距离被处理对象过近的位置，从而降低受到烧伤的风险，进一步提高等离子体射流装置的应用安全。
附图说明
图1是本发明第一个实施例提供的等离子体射流辅助装置结构示意图；
图2(a)是本发明第一个实施例中使用的间隔调整器的三维示意图；
图2(b)为本发明第一个实施例中间隔调整器底面和对应接地引流片结构示意图；
图3(a)为本发明提供的一种底面采用圆弧形开孔结构的间隔调整器；
图3(b)为一种与图3(a)间隔调整器结构对应的接地引流片结构示意图；
图4(a)为本发明提供的一种底面采用圆形排列开孔结构的间隔调整器；
图4(b)为一种与图4(a)间隔调整器结构对应的接地引流片结构示意图；
图5为本发明第二个实施例提供的等离子体射流辅助装置结构示意图；
1为高压电源，2为分析控制单元，3为电流传感器，4为第一电压传感器，5为第二电压传感器，6为保护电阻，7为直流高压驱动的空气等离子体阵列发生装置，8为间隔调整器，9为接地引流片，10为工作气体源，11为气体流量控制开关，12为交流高压驱动的惰性气体等离子体发生装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
作为本发明的第一个实施例，本发明提供的一种等离子体射流辅助装置，包括：检测控制模块、间隔调整器8和接地引流片9；
检测控制模块与等离子体射流装置中的高压电源输出端连接；
具体地，如图1所示，本发明的辅助装置应用在直流高压驱动的空气等离子体阵列发生装置7中，相应地，检测控制模块包括分析控制单元2、电流传感3、第一电压传感器4和第二电压传感器5；
第一电压传感器4和第二电压传感器5分别用于测量保护电阻6两端的电压。
电流传感器3，用于测量空气等离子体阵列高压输入端的电流；
分析控制单元2，用于将测量到的电压和电流分别与对应地设定阈值进行比较，当测量得到的电压或电流超过设定阈值时，断开高压电源1。
间隔调整器8顶面开口，位于空气等离子体阵列发生装置7的等离子体射流喷口处，底面分布有通孔和凹槽，空气等离子体阵列发生装置7产生的等离子体射流通过底面通孔流出；
使用时，间隔调整器8的底面与被处理对象接触，通过调整底面与等离子体阵列高压针电极的距离来调整等离子体射流长度。
接地引流片9嵌入间隔调整器8的底面凹槽中，并与公共地极连接；
本实施例中间隔调整器的结构如图2(a)所示，所用材料可以为聚四氟乙烯烷基树脂，由于所用等离子阵列为7×10的排列方式，相应地，间隔调整器底面有7个矩形的通孔，每个通孔对应线性排列的10个高压针电极，但本发明不限于此，本发明中间隔调整器底面分布的每一个通孔通过的等离子体射流数目为一个或多个；实际应用时，通孔的形状、数量、排列方式可以根据等离子体阵列的排列方式而做出相应的调整；如图3(a)所示的一种底面采用圆弧形开孔结构的间隔调整器，以及如图4(a)所示的一种底面采用圆形排列开孔结构的间隔调整器；本发明的间隔调整器也可由其他绝缘介质制作。
本实施例中，间隔调整器底面和对应接地引流片结构示意图如图2(b)所示，接地引流片嵌在间隔调整器底面凹槽中，与间隔调整器下底面平齐，环绕等离子布置，但本发明不限于此，接地引流片的分布方式可以根据等离子体阵列的排列方式而做出相应的调整，如图3(b)所示的一种与图3(a)所示间隔调整器结构对应的接地引流片结构，以及如图4(b)所示的一种与图4(a)间隔调整器结构对应的接地引流片结构；本发明中接地引流片的材料可以为不锈钢、铜或铝。
空气等离子体阵列发生装置7产生的环绕等离子体阵列排布，放电电流经过被处理物表面，最终通过接地引流片流入大地中，这样一方面可以解决等离子体阵列经常出现的放电不均匀、所有针电极不能同时放电的问题，能够使等离子体电场更加均匀，增强等离子体的性能；另一方面，当被处理对象为人体皮肤或组织时，由于放电电流经过被处理皮肤表面，最终通过接地引流片流入大地中，这使得人体可以从等离子体回路中隔离出来，极大降低了人体的电触感和潜在的触电风险。
作为本发明的第二个实施例，本发明的辅助装置应用在交流高压驱动的惰性气体等离子体发生装置中，如图5所示，所用交流电源的频率范围可以在几十赫兹到几百千赫兹之间，工作气体为氦气，气体流量控制开关11控制工作气体源10的工作气体进入等离子体发生器中产生氦气等离子体，由于电源为交流电源，接地引流片9固定在间隔调整器8底面凹槽内部，其余结构与本发明第一个实施例无明显区别。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种等离子体射流辅助装置，其特征在于，包括：检测控制模块、间隔调整器和接地引流片；
所述检测控制模块与等离子体射流装置中的高压电源输出端连接；
所述间隔调整器顶面开口，位于所述等离子体射流装置中的等离子体射流喷口处，底面分布有通孔和凹槽，所述等离子体射流装置产生的等离子体射流通过底面通孔流出；
所述接地引流片嵌入所述间隔调整器的底面凹槽中，并与公共地极连接；
所述检测控制模块，用于实时监测所述等离子体射流装置的电压电流状态，并在发生故障时断开所述等离子体射流装置的高压电源；
所述间隔调整器，用于控制等离子体射流的长度并固定所述接地引流片；
所述接地引流片，用于引导等离子体放电电流。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体射流辅助装置，其特征在于，所述检测控制模块包括电压传感器、电流传感器和分析控制单元；
所述电压传感器，用于测量等离子体射流装置输入端的电压；
所述电流传感器，用于测量等离子体射流装置输入端的电流；
所述分析控制单元，用于将测量到的电压和电流分别与对应地设定阈值进行比较，当测量得到的电压或电流超过设定阈值时，断开等离子体射流装置的高压电源。
3.根据权利要求1或2所述的一种等离子体射流辅助装置，其特征在于，所述间隔调整器底面与所述等离子体射流装置中的等离子体射流喷口距离可调。
4.根据权利要求3所述的一种等离子体射流辅助装置，其特征在于，所述间隔调整器底面分布的每一个通孔通过的等离子体射流数目为一个或多个。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种等离子体射流辅助装置，其特征在于，所述间隔调整器由绝缘介质制作。
6.根据权利要求5所述的一种等离子体射流辅助装置，其特征在于，所述绝缘介质为聚四氟乙烯烷基树脂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种等离子体射流辅助装置，其特征在于，所述间隔调整器底面分布的通孔形状、数量、排列方式以及接地引流片的分布方式根据等离子体射流装置产生的等离子体阵列排列方式确定。
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