[发明专利]大气压介质阻挡放电等离子体活性产物测量装置和方法

说明书

本发明提供了一种可以在大气压条件下测量介质阻挡放电等离子体活性产物的新型装置。大气压条件下的介质阻挡放电等离子体用途广泛、备受关注，放电产生等离子体中的活性产物的测量方法是普遍关注的关键问题之一。本发明利用大气压空气泵将空气注入介质阻挡放电腔体中，空气在放电腔体中被电离产生等离子体，而后等离子体中的活性产物随空气流出腔体，注入真空管路，最后利用针阀和真空泵调节真空管路气压，利用连接在真空管路上的质谱仪完成测量。该装置解决了大气压条件下介质阻挡放电等离子体活性产物的实时在线测量问题，能够高精度测量等离子体中的臭氧和氮氧化物等活性产物的浓度。

技术领域

本发明属于等离子体诊断技术领域，提供了大气压条件下介质阻挡放电等离子体多种活性产物的实时在线同步测量装置和方法。

背景技术

介质阻挡放电可在大气压条件下产生等离子体，放电系统无需抽真空，同时获得极高的电子平均能量、电子浓度和电离度，具有重要应用前景，因而大气压条件下的介质阻挡放电等离子体备受关注，等离子体活性产物的测量是等离子体技术发展的关键环节，是等离子体诊断的核心内容，可为等离子体诊断和放电参数优化提供基本的实验数据。

影响等离子体活性产物种类和浓度的因素多而复杂，主要包括放电形式、电极构型、电源参数、放电区域气体流量等，多参数可独立调节且对活性产物种类和浓度进行高精度测量的技术是对以上诸多参数优化匹配的基础性工作。测量方面，目前最常用的等离子体诊断技术是光谱技术，包括发射光谱、吸收光谱和激光诱导荧光光谱三大类，质谱技术则被认为是主要针对低气压放电等离子体的测量诊断(叶超.低温等离子体诊断原理与技术.科学出版社,2021,P216)，在公开报道的文献中也很难找到利用质谱技术测量大气压条件下等离子体活性产物的结果。质谱技术是一种测量离子质量-电荷比的分析方法，在一次分析中可提供丰富的结构信息，既具备了高的特异性，又具有极高灵敏度，是一种广泛应用的普适性方法。限制质谱法应用于大气压等离子体的主要原因是常见的质谱仪工作气压极低，比大气压低6个数量级以上，难以直接应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种应用于大气压条件下介质阻挡放电等离子体活性产物测量的装置，既可以控制放电区域的空气流量，又可以控制电源参数，还可以应用于多种不同的放电形式，并解决了质谱方法难以直接应用于大气压条件下测量的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种大气压介质阻挡放电等离子体活性产物测量装置，其特征在于，包括介质阻挡放电装置、高压放电电源、针阀、真空计、真空泵和质谱仪：

所述高压放电电源，用于给所述介质阻挡放电装置提供放电的能量；

所述介质阻挡放电装置包括高压电极、阻挡介质、低压电极、进气口和出气口，所述高压放电电源连接所述高压电极和所述低压电极，所述阻挡介质置于所述高压电极和所述低压电极之间，阻挡介质与高压电极和/或低压电极之间留有空隙，所述空隙作为放电腔体，接通所述高压放电电源后在所述放电腔体中放电后，空气从所述进气口进入所述放电腔体，在所述放电腔体中电离空气产生等离子体，等离子体经所述出气口排出所述介质阻挡放电装置；

所述真空泵、真空计和质谱仪的入口分别连接真空管路；所述真空管路通过所述针阀和第一三通连接所述介质阻挡放电装置的出气口；所述第一三通的第一端口连接所述介质阻挡放电装置的出气口，第二端口连接排气管，第三端口连接所述针阀的一端，所述针阀的另一端连接真空管路。

进一步的，所述介质阻挡放电装置的结构是同轴圆柱形结构、或者平板形结构、或者针板形结构、或者线筒形结构。