CN117256038A - 用于在大的压力范围内产生等离子体的设备和方法以及用于借助于这样的设备进行光学气体分析/检测的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在大的压力范围中产生等离子体的设备。设备包括第一放电室(2)中的第一等离子体源(1)，用于在低压范围中产生第一等离子体；第二放电室(4)中的第二等离子体源(3)，用于在高压范围中产生第二等离子体；第一耦合元件(5)，用于将设备耦合到***，以便将气体从***中引出；和第二耦合元件(6)，用于将所述设备耦合到光学传感器(12)。在此，第一放电室(2)包括具有至少一个光学透镜(7、8)的至所述第二耦合元件(6)的第一光学连接并且所述第二放电室(4)包括具有至少一个光学透镜(8)的至所述第二耦合元件(6)的第二光学连接。本发明此外涉及用于进行光学气体分析或气体检测的***以及用于产生等离子体以及用于运行***的对应的方法。

Description

用于在大的压力范围内产生等离子体的设备和方法以及用于 借助于这样的设备进行光学气体分析/检测的***和方法

相关应用

与本申请并行地在同一天由与本专利申请相同的申请人提交了具有标题为“Vakuumdurchführung，Elektrodenanordnung und Vorrichtung zur Erzeugung einerstillen Plasmaentladung”的瑞士专利申请。所提到的申请的内容特此基于该参考被一起并入本专利申请中。

技术领域

本发明涉及一种用于产生等离子体的设备和方法。本发明此外涉及一种用于借助于这样的设备进行光学气体分析和/或气体检测的***，例如用于确定气体成分或用于探测特定的气体的测量装置，以及涉及一种用于运行该***的方法。

本发明属于等离子体产生、电离以及对分子和离子进行激发用以产生等离子体光以及此外对关于所产生的等离子体的气体成分的信息进行测量和评估的技术领域。

背景技术

经常使用光学发射光谱法(OES)用于对气体样品进行定量和定性分析。该方法基于：受激发的原子发出表征化学元素的电磁辐射，并且从而提供关于样品的成分的信息。例如，通过将样品转变为等离子体状态来激发原子。用于执行光学发射光谱学的已知仪器分别使用特定的等离子体源，其中等离子体产生在所定义的压力范围内长效且稳定地起作用。然而，许多应用涉及非常大的压力范围，其中气体成分起着重要作用，并且因此应该被测量并且被监测或监控。因此需要大量的产生等离子体的仪器，这导致电子器件、软件、空间、能量和成本的高耗费。从而在应该在大的压力范围上分析气体的***处需要多个测量装置、例如光谱仪并且还需要多个法兰端口。

因此，存在开发仪器的需求，所述仪器使得能够在例如从10^-8托(高真空)至1500托(＞正常压力)的大的压力范围内或在所述大的压力范围上在最小的空间要求以及电子器件、软件、能量和成本的尽可能低的耗费的情况下稳定地产生等离子体及其发射光。

发明内容

本发明的任务在于提供一种用于在大的压力范围内(或在大的压力范围上)产生等离子体的设备，所述设备可以尽可能节省空间地连接到设施(或***)上，从所述设施(或***)中应该分析和/或探测气体，并且与用于产生等离子体的已知设备相比，是不太耗费的且更节省成本的。根据本发明，该任务通过根据权利要求1所述的设备来解决。

此外，本发明的任务是说明一种用于进行光学气体分析或气体检测的***，所述***包括这样的有利的用于产生等离子体的设备。该任务通过根据权利要求16所述的***来解决。

此外，本发明的任务是提出一种用于在大的压力范围内(或在大的压力范围上)产生等离子体的对应的方法。这样的方法在权利要求17中被详细说明。

此外，本发明的任务是提出一种用于进行光学气体分析或气体检测的对应的方法。这样的方法在权利要求20中得以说明。

根据本发明的特定实施变型方案在从属权利要求中得以说明。

根据本发明的用于在大的压力范围中产生等离子体的设备，所述设备包括：

-第一等离子体源，其中所述第一等离子体源布置在第一放电室中并且被实施用于在低压范围中产生第一等离子体，其中所述低压范围尤其是延伸至高真空，即例如延伸直至10^-8托；

-第二等离子体源，其中所述第二等离子体源布置在第二放电室中，并且被实施用于在高压范围中产生第二等离子体，其中所述高压范围尤其是延伸至正常压力以上，即例如延伸至1500托；

-第一耦合元件，尤其是具有法兰，用于将所述设备耦合到***(尤其是气体源)，其中所述耦合元件被实施用于将气体从***中引出；

-第二耦合元件，用于将所述设备耦合到用于进行光学气体分析或气体检测(或者气压测量)的光学传感器、诸如光电二极管或光谱仪，

其中所述第一放电室包括具有至少一个光学透镜的至第二耦合元件的第一光学连接并且所述第二放电室包括具有至少一个光学透镜的至第二耦合元件的第二光学连接(其中光学透镜可以是第一和第二光学连接的公共光学透镜)。

因此，根据本发明的设备的特点在于，所述设备能够产生至少两种不同的放电形式，即具有(一起)集成在该(单个)设备中的两个或更多个等离子体源。此外，该设备具有仅一个(连接)法兰，利用所述法兰可以将所述设备连接到具有待分析的气体的***，并且所述设备也具有仅一个到(单个)光学传感器(诸如光谱仪)的耦合，以便在例如从10^-8托至1500托的整个压力范围内执行光学气体分析。(两个)等离子体源的(两个)放电室在此可以并联或串联(串行地，依次)布置，并且待分析或待检测的气体可以并行地被输送给各个放电室或从一个放电室被引导穿过到下一放电室。具有等离子体源的并联/并排和串联/串行布置的放电室的组合也是可设想的，所述放电室以流体方式彼此连接或者以气密方式退耦。

由相应的等离子体发射的光经由光学连接从相应的放电室被引导到(在光学传感器前的)第二耦合元件。在此，每个光学连接具有光学透镜，其中例如两个光学连接也可以具有共同的光学透镜。除了一个或多个光学透镜之外，光学连接可以例如还包括合适的光导(元件)，例如光纤、管或棒。

在该设备的一个实施变型方案中，低压范围和高压范围一起在至少10个十倍程(Dekaden)的压力范围上、尤其是在12个十倍程上延伸(例如以托为单位)。

在该设备的另一实施变型方案中，低压范围和高压范围重叠，尤其是在一个十倍程、例如从0.35托至3.5托的压力范围上重叠。

在该设备的另一实施变型方案中，第一和第二等离子体源是不同的等离子体源，例如分别来自以下组，所述组包括辉光放电源(glow discharge；冷阴极源)、无声放电源(电介质阻挡放电或电介质阻碍放电，DBE；dielectric barrier discharge，DBD)、高频等离子体源(RF等离子体源)、微波等离子体源(-＞正常/大气压等离子体)和电感耦合式等离子体源(inductively coupled plasma，ICP源)。

在该设备的另一实施变型方案中，第一放电室以流体方式与第二放电室耦合(尤其是在两个放电室中存在着相同或几乎相同的压力)。

在该设备的另一实施变型方案中，第一放电室以气密方式与第二放电室退耦。

在该设备的另一实施变型方案中，气体能够从第一耦合元件被输送到第一放电室中并且能够从第一放电室被输送到第二放电室中。

在该设备的另一实施变型方案中，气体能够分开地从第一耦合元件被输送到第一放电室中和第二放电室中。

在该设备的另一实施变型方案中，在第一放电室和第二放电室之间布置有光学透镜，所述光学透镜是第一光学连接的一部分。

在该设备的另一实施变型方案中，第二耦合元件包括光学透镜，所述光学透镜是第一和/或第二光学连接的一部分。

在设备的另一实施变型方案中，第二光学连接是第一光学连接的一部分，即两个光学连接部分地或分区段地重叠。

在另一实施变型方案中，该设备此外包括压力传感器。压力传感器可以例如是以下之一：

-根据皮拉尼(Pirani)的热传导真空计(针对大约从10^-3托至1托的测量范围)；

-根据彭宁(Penning)的具有冷阴极的电离真空计(针对从约10^-7托至10^-3托的测量范围)；

-根据巴雅-爱泊特(Bayard-Alpert)的具有热阴极的电离真空计(针对从约10^-12托至10^-3托的测量范围)；

-电容性隔膜真空计(capacitance diaphragm(vacuum)gauge(电容隔膜(真空)计)，CDG；针对从约10^-5托至10³托的测量范围)。

为了涵盖例如从10^-8托至1500托的大的压力范围，该设备还可以具有多个压力传感器。

在另一实施变型方案中，该设备此外包括控制装置，所述控制装置被实施为根据借助于压力传感器(或多个压力传感器)确定的压力(或多个压力)来控制第一和/或第二等离子体源，尤其是接通或关断第一和/或第二等离子体源。

在该设备的另一实施变型方案中，第一放电室和第二放电室被实施为圆柱形的并且依次(串联地)同轴地布置(在共同的圆柱体轴线上)，其中第一耦合元件布置在第一放电室处并且第二耦合元件布置在第二放电室处，其中第一等离子体源尤其是辉光放电源(冷阴极源)，并且其中第二等离子体源尤其是无声放电源(用于电介质阻挡放电)。

在该设备的另一实施变型方案中，第一等离子体源的阳极以真空密封的方式被玻璃封装在穿过第二耦合元件中的光学透镜的馈通中，并且尤其是也(例如以真空密封的方式)被玻璃封装在穿过布置在所述第一放电室和所述第二放电室之间的光学透镜的馈通中，并且两个馈通尤其是居中地布置在两个光学透镜中，并且所述阳极(在两个放电室的共同的圆柱体轴线上)同轴地穿过第二放电室延伸直至第一放电室中。

在该设备的另一实施变型方案中，第二等离子体源具有高压电极和接地电极，其中所述高压电极嵌入电介质中，所述电介质构成所述第二放电室的内壁的至少一部分，并且所述接地电极与所述高压电极同心地在所述第二放电室内并且沿着所述内壁以距所述高压电极的距离为小于1mm、尤其是在0.05mm和0.5mm之间地布置，尤其是在例如由陶瓷制成的空心圆柱体上，其中在所述内壁和所述接地电极之间存在间隙，在所述间隙中当在所述高压电极和所述接地电极之间施加例如具有±1至±10kV范围内的电压和1至10kHz范围内的频率的交流电压时，构成具有等离子体(即第二等离子体)的放电区。例如，电压曲线可以在交流电压的周期上从-5kV变换到+5kV并且再次变换回，即可以施加10kV_pp的电压(从峰值到峰值，peek-to-peek)。电压曲线可以例如对应于正弦曲线。矩形电压同样是可能的。使电压相对于地电位从正变为负是有利的。通过这种方式，与例如通过在零(GND)和正电压之间或在零(GND)和负电压之间的变化相比，获得明显更稳定的等离子体。例如，高压电极和接地电极两者均可以被构造为薄壁空心圆柱体。这两个电极例如也可以被分段，即由在圆柱形表面上依次的导电条带构建。

在该设备的另一实施变型方案中，高压电极可以与地(例如可切换/受控制地)连接用于运行第一等离子体源，并且可以与高压交流电源(例如可切换/受控制地)连接用于运行第二等离子体源，和/或阳极可以与高压直流电源(例如3.3kV DC电压)(例如可切换或受控制地)连接用于运行第一等离子体源并且可以与地(例如可切换/受控制地)连接用于运行第二等离子体源。

在该设备的另一实施变型方案中，阳极(尤其是)在第一放电室内的同轴布置(其中放电室用作阴极)以及高压电极和接地电极(在第二放电室的内壁处)的径向布置导致由第一等离子体源产生的第一等离子体在第一放电室的圆柱轴线处构成并且由第一等离子体发射的第一光尤其是轴向地朝向第二耦合元件传播，并且由第二等离子体源产生的第二等离子体在第二放电室的内壁处构成，并且由第二等离子体发射的第二光尤其是倾斜于第二放电室的圆柱体轴线朝向第二耦合元件传播，使得第一光和第二光从不同的方向射到第二耦合元件中的光学透镜上。

在该设备的另一实施变型方案中，阳极由钼制成。

在该设备的另一实施变型方案中，第一放电室由钛制成。

在该设备的另一实施变型方案中，高压电极由铂制成。

在该设备的另一实施变型方案中，电介质由蓝宝石(Al₂O₃)制成。

在该设备的另一实施变型方案中，接地电极由钼制成。

在该设备的另一实施变型方案中，所述一个光学透镜或多个光学透镜由蓝宝石(Al₂O₃)制成。

根据本发明的另一方面，用于进行光学气体分析或气体检测(或气压测量)的***包括：

-根据上面说明的实施变型方案中任一项所述的用于产生等离子体的设备；

-气体源，其中用于产生等离子体的设备利用第一耦合元件、尤其是利用法兰耦合到所述气体源上；

-光学传感器，诸如光电二极管或光谱仪，用于进行光学气体分析或气体检测(或气压测量)，其中用于产生等离子体的设备利用第二耦合元件耦合到所述光学传感器上。

根据本发明的另一方面，用于借助于根据上面说明的实施变型方案中任一项所述的用于产生等离子体的设备在大的压力范围内产生等离子体的方法包括以下步骤：

-通过第一耦合元件将气体从***输送到具有第一等离子体源的第一放电室中和/或具有第二等离子体源的第二放电室中；

-通过所述第一等离子体源在第一放电室中在低压范围中产生第一等离子体，其中所述低压范围尤其是延伸至高真空，即例如延伸至10-⁸托，和/或通过所述第二等离子体源在所述第二放电室中在高压范围中产生第二等离子体，其中所述高压范围尤其是延伸至正常压力以上，即例如延伸至1500托；

-将由所述第一等离子体发射的光从所述第一放电室经由具有至少一个光学透镜的第一光学连接和/或将由第二等离子体发射的光从所述第二放电室经由具有至少一个光学透镜的第二光学连接引导到用于将所述设备耦合到光学传感器、诸如光电二极管或光谱仪上的第二耦合元件；

-通过所述第二耦合元件耦合输出由所述第一和/或第二等离子体发射的光的至少一部分。

在该方法的一种实施变型方案中，第二等离子体源是具有高压电极和接地电极的无声放电源，其中在高压电极和接地电极之间施加例如具有±1至±10kV范围中的电压和1至10kHz范围中的频率的交流电压用于产生第二等离子体。

在该方法的另一实施变型方案中，根据借助于压力传感器确定的压力操控第一和/或第二等离子体源，尤其是接通或关断所述第一和/或第二等离子体源。

在该方法的另一实施变型方案中，在低压范围和高压范围重叠的压力范围中，例如在0.35托至3.5托的压力范围中，第一和第二等离子体源同时产生第一和第二等离子体。

根据本发明的另一方面，用于进行光学气体分析或气体检测(或气压测量)的方法包括执行用于产生等离子体的方法的根据上面说明的实施变型方案中任一项所述的步骤，以及此外包括以下步骤：

-将耦合输出的光传导给光学传感器，诸如光电二极管或光谱仪；

-基于耦合输出的光、尤其是耦合输出的光的强度和/或光谱分布来确定气体或气体的组分或探测特定气体或气体的特定组分(或确定气体的压力)。

如果现在在低压范围和高压范围重叠的压力范围内，例如在0.35托至3.5托的压力范围内，第一和第二等离子体源同时产生第一和第二等离子体，则这导致由于两种等离子体的光的较高(例如双倍)强度而引起的光学气体分析或气体检测的提高的灵敏度。例如，这对于痕量气体检测是有帮助的。通过第一和第二等离子体源的这种同时等离子体产生也可以在标识或确定痕量气体的部分分量(分压/浓度)方面是有帮助的，因为通过两种等离子体对气体的分馏是不同的。此外可能的是，借助于第一(或第二)等离子体的光的分析结果来校正第二(或第一)等离子体的光的分析结果，或者使用一个来校准另一个。

应当注意，上述实施变型方案的组合是可能的，所述组合又导致本发明的更特定的实施变型方案。

附图说明

下面根据图更加详细地阐述本发明的非限制性实施例。其中：

图1示出根据本发明的用于在大的压力范围内产生等离子体的设备的实施例的示意图；

图2示出通过具有尺寸说明的用于在大的压力范围内产生等离子体的根据本发明设备的实施例的纵剖面图；

图3示出具有所绘入的等离子体区域的通过根据图2的实施例的纵剖面图的可替代图示，

图4示出该设备的一种变型方案；和

图5示出该设备的另一变型方案。

在图中，相同的附图标记代表相同的元件。

具体实施方式

图1以示意图示出根据本发明的用于在大的压力范围内产生等离子体的设备的实施例。该设备包括布置在第一放电室2中的第一等离子体源1、例如辉光放电源(GD，冷阴极源)以及布置在第二放电室4中的第二等离子体源3、例如无声放电源(DBD源)，其中两个放电室2、4依次(串联地)彼此邻接地布置。此外，该设备包括例如具有法兰的第一耦合元件5，用于将该设备耦合到***(未绘入)，气***于所述***中。气体经由耦合元件5从所述***被引入到第一放电室2中。气体可以从第一放电室2流入第二放电室4中。为此，例如，多个(例如6至12个)分别具有至少1mm的直径的通气孔位于两个放电室2、4之间。该设备此外包括第二耦合元件6，用于将设备耦合到用于进行光学气体分析或气体检测(或甚至用于进行气压测量)的光学传感器、诸如光电二极管或光谱仪。

第一等离子体源1适用于在例如从10^-8托至大约3.5托的低压范围内产生等离子体，并且第二等离子体源2适用于在例如从大约0.35托至1500托的高压范围内产生等离子体。因此，根据气体的压力，第一(在低压-＞高真空下的)或第二(在大气压下的)等离子体源1、3将对气体点火并且由此产生第一或第二等离子体14、15，所述第一或第二等离子体根据气体的类型或成分发射不同的光。在两个等离子体源1、3的例如从0.35托至3.5托的压力重叠区域中，两个等离子体源1、3也可以同时是激活的，并且从而同时产生第一以及第二等离子体14、15。两个等离子体源1、3的该并行运行尤其是由于两个放电的低功率而是可能的。

由第一放电室2中的第一等离子体14发射的光被引导通过位于两个放电室2、4之间的光学透镜7。然后，光被引导通过第二放电室4并且穿过位于第二耦合元件6中的第二光学透镜8到达光学传感器12，借助于所述光学传感器12可以实施光学气体分析或气体检测(或还可以实施气压测量)。光学传感器12在可以透射通过两个光学透镜7、8的波长范围内是敏感的。光学传感器12可以是简单的辐射传感器，例如诸如光电二极管之类的光传感器，但是也可以是较复杂的光学传感器，例如光谱仪。

第一等离子体源1的阳极9从第二耦合元件6通过第二耦合元件6中的第二光学透镜8通过第二放电室4穿过位于两个放电室2、4之间的第一光学透镜7被引导到第一放电室2中。阳极9尤其是以真空密封的方式被玻璃封装在穿过第二耦合元件6中的光学透镜8的馈通中。阳极9同样可以被玻璃封装在穿过两个放电室2、4之间的光学透镜7的馈通中。穿过光学透镜7的馈通同样可以被实施为真空密封的，其中这不是强制性需要的。两个馈通尤其是居中地布置在两个光学透镜7、8中，使得阳极9同轴地穿过第二放电室4延伸直至第一放电室2中。第一等离子体源1的阴极与阳极9相间隔地位于第一放电室2的边缘处。第一放电室2的内壁在此可以构成阴极。阴极例如由钛组成。为了产生气体的辉光放电，在阳极9和阴极之间施加例如3.3kV的高直流电压(HV DC)。该高电压从阴极材料朝阳极9的方向加速电子。通过借助于(永)磁体13施加外部磁场，电子被转向圆形或螺旋路径。这增加了与气体的原子/分子冲击的概率。这些碰撞导致原子/分子的激发或电离。离子朝阴极方向迁移，并且从而生成离子流。光子一方面通过受激发的原子、分子、离子的弛豫被生成，并且另一方面通过这些离子的重组被生成。所发射的光子辐射到整个空间中，并且尤其是击中两个放电室2、4之间的第一光学透镜7。在这里，到达的光子被折射并且被引导至第二耦合元件6中的第二光学透镜8。光学透镜7、8可以由一种或多种材料组成，例如由蓝宝石组成，并且具有非球面形状，以便抵消球面像差或色差。

光学波长范围包括具有100nm至1mm的波长、即尤其是可见光、紫外线辐射和红外线辐射的范围的电磁辐射。

关于第二等离子体源3、即用于产生无声等离子体放电的设备的细节可以从与本专利申请的同一申请人的与本专利申请同一天提交的具有标题为“Vakuumdurchführung，Elektrodenanordnung und Vorrichtung zur Erzeugung einer stillenPlasmaentladung”的瑞士专利申请中得悉。第二等离子体源3具有高压电极10和接地电极11，其中高压电极10嵌入电介质中，所述电介质构成第二放电室4的内壁的至少一部分。接地电极11与高压电极10同心地布置在第二放电室4的内壁处，尤其是布置在例如由陶瓷制成的空心圆柱体上。接地电极11位于距高压电极10为小于1mm的距离中，其中在内壁与接地电极11之间存在间隙，在所述间隙中当在高压电极10与接地电极11之间施加高交流电压(HV AC)时构成具有(第二)等离子体15的放电区。发明人已经认识到，随着间隙的这种扩张，可以在约0.35托至1500托的大的压力范围上稳定地产生具有±1至±10kV范围内的高交流电压和1至10kHz范围内的频率的电介质阻挡放电(可替代地也称为电介质阻碍放电，DBE；英语为dielectric barrier discharge，DBD)。

在图2中与尺寸说明一起示出通过根据本发明的用于在大的压力范围中产生等离子体的设备的实施例的纵剖面图。在该实施变型方案中，第一放电室2和第二放电室4被实施为圆柱形的并且依次同轴地布置(可以说“串联/串行连接”)。如图1中所示，第一耦合元件5布置在第一放电室2右侧，并且第二耦合元件6布置在第二放电室4左侧。本示例中，该设备的总长度仅恰好大约为60mm，并且在本示例中总直径仅为约25mm。如这示出的，本发明能够实现非常紧凑的结构方式，所述结构方式因此非常节省空间。

图3示出通过根据图2的实施例的纵剖面图的可替代图示。在图3中，此外示出两个放电室2、4中的等离子体14、15以及示意性地表明两个光学连接L1、L2。在其中出现等离子体14、15的区域用虚线加边。

图4示出通过一种实施方式的纵剖面图，该实施例在很大程度上与图1中所示的实施方式一致。附加地，该变型方案具有至少一个其他电极16，所述其他电极16在第二等离子体源的高压电极10之外径向地被引导并且与该高压电极绝缘地从真空侧被引导到外侧上。该其他电极例如在熔融玻璃环和由绝缘材料制成的圆柱体之间被引导通过。在此，由绝缘材料制成的圆柱体可以例如在两侧突出超过熔融玻璃环，以便从而对于电极构成连贯的支承面。多个这样的其他电极是可能的，其中电极例如能够被构造为条带状的，具有平行于设备的纵轴的纵向。多个这样的其他电极可以沿方位角方向分布并且彼此绝缘地布置，使得所述其他电极大多数在该纵剖面图图示中将会是不可见的或者是不可见的。一个或多个这样的电极使得能够连接真空侧上的其他传感器或者也能够实现连接第一和第二等离子体源的迄今所讨论的阳极和阴极的可替代方式。

图5示出与图4的实施方式相比进一步具有到第一等离子体源的阳极的可替代接线17。从外侧到等离子体侧的馈通如结合图4针对其他电极16所讨论的那样来实施，并且关于设备的纵轴示出的情况下与在纵剖面中可见的其他电极16成180度相对。通过钻孔，可替代接线17被引导到第一放电室2中，接触中心阳极销。从而，可以省去在根据图4的变型方案中在中心通过第二放电室4引导的电连接以及与此连接的通过第一光学透镜7和第二光学透镜8的馈通。这具有以下效应：来自第一或第二等离子体的电磁辐射的较大分量到达外部。例如，电极可以在其整个长度上用绝缘层遮盖。这具有以下优点：在电子/离子光学器件中通常避免可能影响带电粒子的不期望的开路电位。为此，例如，位于电极上方的玻璃环可以进一步轴向地被扩张，或者各个印制导线可以利用薄玻璃层来实现，所述薄玻璃层重叠地位于相应的印制导线上方。

本发明的优点在于，多个等离子体源一起被集成在单个设备中，其中该设备此外仅具有用于引入待分析的气体的单个接线以及仅具有用于将该设备耦合到光学传感器的单个接线。利用根据本发明的设备，可以在从高真空(10^-8托)到正常压力以上(＞大气压力，例如1500托)在超过大约12个十倍程(以托为单位)的压力范围上产生稳定的等离子体。根据本发明，此外规定，通过设备内部的压力测量根据压力范围来选择和控制相应的最佳等离子体源。

附图标记列表

1第一等离子体源

2第一放电室

3第二等离子体源

4第二放电室

5第一耦合元件

6第二耦合元件

7第一光学透镜(在两个放电室之间)

8第二光学透镜(在第二耦合元件中)

9第一等离子体源的阳极

10第二等离子体源的高压电极

11第二等离子体源的接地电极

12光学传感器(例如光电二极管或光谱仪)

13(永)磁铁

14第一等离子

15第二等离子

16其他电极

17用于第一等离子体源的阳极的可替代接线

L1第一光学连接

L2第二光学连接。

Claims (20)

1.一种用于在大的压力范围中产生等离子体的设备，所述设备包括：

-第一等离子体源(1)，其中所述第一等离子体源(1)布置在第一放电室(2)中并且被实施用于在低压范围中产生第一等离子体(14)，其中所述低压范围尤其是延伸至高真空，即例如延伸直至10^-8托；

-第二等离子体源(3)，其中所述第二等离子体源(3)布置在第二放电室(4)中，并且被实施用于在高压范围中产生第二等离子体(15)，其中所述高压范围尤其是延伸至正常压力以上，即例如延伸至1500托；

-第一耦合元件(5)，尤其是具有法兰，用于将所述设备耦合到***，其中所述耦合元件(5)被实施用于将气体从***中引出；

-第二耦合元件(6)，用于将所述设备耦合到用于进行光学气体分析或气体检测的光学传感器、诸如光电二极管或光谱仪，

其中所述第一放电室(2)包括具有至少一个光学透镜(7、8)的至所述第二耦合元件(6)的第一光学连接(LI)并且所述第二放电室(4)包括具有至少一个光学透镜(8)的至所述第二耦合元件(6)的第二光学连接(L2)。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述低压范围和所述高压范围一起在至少10个十倍程的压力范围上、尤其是在12个十倍程上延伸。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述低压范围和所述高压范围重叠，尤其是在一个十倍程、例如从0.35托至3.5托的压力范围上重叠。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述第一和第二等离子体源(1、3)是不同的等离子体源，例如分别来自以下组，所述组包括辉光放电源、无声放电源、高频等离子体源、微波等离子体源和电感耦合式等离子体源。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述第一放电室(2)以流体方式与所述第二放电室(4)耦合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中气体能够从所述第一耦合元件(5)被输送到所述第一放电室(2)中并且能够从所述第一放电室(2)被输送到所述第二放电室(4)中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中在所述第一放电室(2)和所述第二放电室(4)之间布置有光学透镜(7)，所述光学透镜是所述第一光学连接(L1)的一部分。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中所述第二耦合元件(6)包括光学透镜(8)，所述光学透镜是所述第一和/或第二光学连接(L1、L2)的一部分。

9.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其中所述第二光学连接(L2)是所述第一光学连接(L1)的一部分。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其中所述设备此外包括压力传感器。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述设备此外包括控制装置，所述控制装置被实施用于根据借助于所述压力传感器确定的压力来控制所述第一和/或第二等离子体源(1、3)，尤其是接通和/或关断所述第一和/或第二等离子体源(1、3)。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，其中所述第一放电室(2)和所述第二放电室(4)被实施为圆柱形的并且依次同轴地布置，其中所述第一耦合元件(5)布置在所述第一放电室(2)处并且所述第二耦合元件(6)布置在所述第二放电室(4)处，其中所述第一等离子体源(1)尤其是辉光放电源，并且其中所述第二等离子体源(3)尤其是无声放电源。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述第一等离子体源(1)的阳极(9)以真空密封的方式被玻璃封装在穿过所述第二耦合元件(6)中的光学透镜(8)的馈通中，并且尤其是也玻璃封装在穿过布置在所述第一放电室(2)和所述第二放电室(4)之间的光学透镜(7)的馈通中，并且两个馈通尤其是居中地布置在两个光学透镜(7、8)中，并且所述阳极(9)同轴地穿过所述第二放电室(4)延伸直至所述第一放电室(2)中。

14.根据权利要求12或13所述的设备，其中所述第二等离子体源(3)具有高压电极(10)和接地电极(11)，其中所述高压电极(10)嵌入电介质中，所述电介质构成所述第二放电室(4)的内壁的至少一部分，并且所述接地电极(11)与所述高压电极(10)同心地在所述第二放电室(4)内并且沿着所述内壁以距所述高压电极(10)的距离为小于1mm、尤其是在0.05mm和0.5mm之间地布置，尤其是在例如由陶瓷制成的空心圆柱体上，其中在所述内壁和所述接地电极(11)之间存在间隙，在所述间隙中当在所述高压电极(10)和所述接地电极(11)之间施加例如具有±1至±10kV范围内的电压和1至10kHz范围内的频率的交流电压时，构成具有等离子体的放电区。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备，其中所述高压电极(10)能够与地(GND)连接用于运行所述第一等离子体源(1)并且能够与高压交流电源连接用于运行所述第二等离子体源(3)，和/或其中所述阳极(9)能够与高压直流电源连接用于运行所述第一等离子体源(1)，并且能够与地(GND)连接用于运行所述第二等离子体源(3)。

16.一种用于进行光学气体分析或气体检测的***，所述***包括：

-根据权利要求1至15中任一项所述的用于产生等离子体的设备；

-气体源，其中用于产生等离子体的设备利用第一耦合元件、尤其是利用法兰耦合到所述气体源上；

-光学传感器，诸如光电二极管或光谱仪，用于进行光学气体分析或气体检测，其中用于产生等离子体的设备利用第二耦合元件耦合到所述光学传感器上。

17.一种用于借助于根据权利要求1至15中任一项所述的设备在大的压力范围内产生等离子体的方法，所述方法包括以下步骤：

-通过第一耦合元件(5)将气体从***输送到具有第一等离子体源(1)的第一放电室(2)中和/或具有第二等离子体源(3)的第二放电室(4)中；

-通过所述第一等离子体源(1)在第一放电室(2)中在低压范围中产生第一等离子体(14)，其中所述低压范围尤其是延伸至高真空，即例如延伸至10^-8托，和/或通过所述第二等离子体源(3)在所述第二放电室(4)中在高压范围中产生第二等离子体(15)，其中所述高压范围尤其是延伸至正常压力以上，即例如延伸至1500托；

-将由所述第一等离子体(14)发射的光从所述第一放电室(2)经由具有至少一个光学透镜(7、8)的第一光学连接(L1)和/或将由第二等离子体(15)发射的光从所述第二放电室(4)经由具有至少一个光学透镜(8)的第二光学连接(L2)引导到用于将所述设备耦合到光学传感器、诸如光电二极管或光谱仪上的第二耦合元件(6)；

-通过所述第二耦合元件(6)耦合输出由所述第一和/或第二等离子体(14、15)发射的光的至少一部分。

18.根据权利要求17所述的方法，其中根据借助于压力传感器确定的压力操控所述第一和/或第二等离子体源(1、3)，尤其是接通或关断所述第一和/或第二等离子体源(1、3)。

19.根据权利要求18所述的方法，其中在所述低压范围和所述高压范围重叠的压力范围中，例如在0.35托至3.5托的压力范围中，所述第一和第二等离子体源(1、3)同时产生第一和第二等离子体(14、15)。

20.一种用于进行光学气体分析或气体检测的方法，所述方法包括执行根据权利要求17至19中任一项所述的步骤，并且此外包括以下步骤：

-将耦合输出的光传导给光学传感器，诸如光电二极管或光谱仪；

-基于耦合输出的光、尤其是耦合输出的光的强度和/或光谱分布来确定气体或气体的组分或探测特定气体或气体的特定组分或确定气体的压力。