[发明专利]一种便携式微空心阴极放电等离子体射流装置

说明书

本发明涉及一种便携式微空心阴极放电等离子体射流装置，包括微空心阴极放电电极、激励源模块、供气模块和绝缘外壳，所述绝缘外壳将上述微空心阴极放电电极、激励源模块和供气模块包裹于内部，所述绝缘外壳前端部还设有喷嘴。所述激励源模块包括依次电连接的充电锂电池、低压直流稳压电路、直流升压电路、高压脉冲发生器和阻抗匹配电路，其中阻抗匹配电路连接微空心阴极放电电极，供气模块连通微空心阴极放电电极并由低压直流稳压电路直接供电。本发明所述便携式微空心阴极放电等离子体射流装置以空气为气源，能够摆脱稀有气体供气难题，同时能够解决高气压下辉光放电向电弧放电转换的问题，产生空气辉光等离子体。

技术领域

本发明涉及一种便携式微空心阴极放电等离子体射流装置。

背景技术

大气压冷等离子体射流通过气体流动将放电区域产生的活性自由基、带电粒子、高活性分子及原子输运到被处理区域，突破传统冷等等离子体空间局限，在生物医学、材料改性、能源化工等领域具有广泛的应用前景。大气冷等离子体产生不仅需要外部激励源(例如220V工频交流电、信号触发器、高压电缆等配套设备)还需要工作气体供给(例如气瓶、质量流量计、减压阀等)。这些复杂而又必须的辅助设备限制户外场合或突发情况的应用。

近年来，便携式等离子体射流装置的出现使得等离子体处理可以轻松应对各种场合。市面上的便携式等离子体射流装置大致可分为电源模块、供气模块、等离子体发生模块。其中等离子体发生模块和电源模块决定了产生的等离子体特性。

根据不同应用领域，目前研究人员已经设计和研制出多种不同结构的等离子体发生模块。针环、双环形式的介质阻挡等离子体射流因绝缘介质将高压端与低压端分隔开，有效避免放电向电弧转化，有利于生物医学、杀菌等对温度极为敏感的应用。中国专利CN201410160831.5公开了一种手持式大面积低温等离子体发生装置。采用多孔圆盘电极、以及介质阻挡放电来构成等离子体放电单元，同时进行多个等离子体射流装置的阵列化。不仅安全而且可以避免发生弧光放电。中国专利CN201710873449.2公开了一种手持式等离子体射流装置，与前一个专利类似，采用针环介质阻挡放电单元组成射流阵列单元，风机提供空气气体流速，装置易于携带，无需外接电源。这种介质阻挡放电等离子体射流虽然应用安全性高，但所需的激发阈值高。便携式等离子体射流装置往往使用空气作为等离子体放电的工作气体，空气所需的激发电场强度阈值很高，介质阻挡放电单元无法激发空气等离子体。因此有些等离子体发生模块采用类似介质阻挡放电形式。中国专利CN201410236903.X公开了一种手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，能够使用空气、单质气体或混合物作为工作气体，无需其他激励器件，设备故障少。中国专利CN201110391504.7公开了一种手持式等离子体电筒，采用多针裸电极结构，直接以空气作为激发气体，但无吹气装置；以DC升压供电，最大功率可达10W。类介质阻挡放电对于材料处理时放电强度及化学特性明显加强，但这种放电等离子体很易转化为电弧放电，不适合人体医学处理。

实现便携式等离子体射流装置最大的障碍就是电源模块设计。作为装置的必须部分，众多专利采用便携式的直流升压、高频高压交流源作为激励源。中国专利201210540793.7公开一种可以随身携带的消毒领域应用的手电，将充电电池提供的直流电压经振荡、升压后形成高压交流电；直流和交流激励方式下，大量的电功率消耗在气体加热上，同时，放电空间温度过高，溅射或蒸发出来的电极物质污染严重；脉冲激励源则大大提高电光转换效率。中国专利201710183836.3公开了一种微秒脉冲等离子体射流一体机装置，装置整微秒电源模块为一体，具有放电效率高和装置小型化的优势，但整个装置体积大，携带不便。

发明内容

针对上述便携式等离子体射流装置存在的放电电极设计不合理、激励源体积庞大、等离子体气体温度高等问题，本发明的目的在于提供一种便携式微空心阴极放电等离子体射流装置，以拓展大气压冷等离子体在户外或者突发环境的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：