一种实现大面积均匀介质阻挡放电的装置和方法

摘要

一种实现大面积均匀介质阻挡放电的装置和方法，属于新材料合成、表面工程和高电压放电领域。其特征涉及实现大面积均匀介质阻挡放电的装置和相应方法，涉及电极的放电间隙气流流速、专用于产生介质阻挡放电的放电间距，和产生介质阻挡放电的谐振电源谐振频率或脉冲电源的脉冲频率的参数。实现大面积均匀介质阻挡放电的过程中气流的流速、放电间隙的距离以及谐振电源的频率之间的关系符合优化关系，相应的放电装置上安装与上述技术条件相匹配的部件。本发明的效果经济性好，通用性强，操作简单，容易实现大面积均匀介质阻挡放电。克服了现有介质阻挡放电实现大规模均匀性的效率低，设备昂贵，操作复杂等缺点。

主权项

一种实现大面积均匀介质阻挡放电的方法，其特征在于以下步骤：步骤1：连接装置后，调节电压，使其能够形成放电，调节放电谐振频率参数f，并且保持工作气体的流量为0.0；其中频率参数f要保持在谐振频率附近；步骤2：保持外界电压和频率不变，逐渐增大工作气体的流量，并通过示波器(13)和光谱仪(9)、电脑(17)分别记录电学参数的变化和采集放电形成等离子体的光谱信息；步骤3：根据所得到的电学参数和光谱信息，做出将其最大值归一化后的电导G_n和同样处理的温度相关函数K_n随气流变化的关系图；其中，对于电导G_n，根据介质阻挡放电电路参数的等效电路模型，得到介质阻挡放电装置的阻抗为其中ω为圆频率，C_d为等效介质电容，等效电阻为R＝V/I，其中V是电压峰值，I为均方根电流，相应电导为G＝1/Z_r；其中，对于温度相关函数K_n，利用玻尔兹曼斜率法计算出等离子体的振动温度T_ν和转动温度T_r；则转‑振温度相关函数K＝T_r/T_v；步骤4：根据步骤3所绘制的关系图，确定图中曲线的交点所对应的气流量；步骤5：调节工作气体的气流参数；气流参数v_z，即通过介质阻挡放电装置中电极间隙的气流的流速；气流参数通过转子流量计(3)控制；步骤6：调节电极结构参数D，并确保气流的流速v_z不应小于放电间隙距离与脉冲频率乘积的四分之一；电极结构参数D，即涉及相对的放电电极之间的放电间隙的间距；其中，介质阻挡放电的电源谐振频率和放电间隙之间的关系应该与气流流速相互协调，并符合优化关系，放电的气压、功率、绝缘介质材料、电极形式与优化关系互相匹配实现稳定、持续的大面积均匀介质阻挡放电；所述的优化关系为气流的流速v_z不应小于放电间隙距离与脉冲频率乘积的四分之一；实现上述方法的装置，包括：电源系统，气路系统，介质阻挡放电区，电学测量系统，光谱测量诊断系统和循环系统；所述的电源系统进一步包括：电压源(11)和变压器(12)；并且电压源(11)和变压器(12)电连接；所述的气路系统进一步包括：气泵(1)、阀门(2)、流量计(3)、储气室(7)、循环处理气体系统(8)；气泵(1)提供放电气体，并且经过用于控制整个气路状态的阀门(2)后，其中气路连接用于显示气体流量的流量计(3)，经过介质阻挡放电区域后，残余的气体被输送到储气室(7)里，储气室(7)和循环处理气体系统(8)相连，最后循环处理气体系统(8)将气体输送至气泵(1)，所述的装置有储气室(7)和循环处理气体系统(8)；所述的介质阻挡放电区中包括：放电管外电极(4)、石英玻璃绝缘介质(6)、放电管中间电极(5)；其中，缠绕在放电管外的钨丝作为放电管外电极(4)，介质阻挡放电装置中用石英玻璃作为绝缘介质(6)，细直的钨丝作为放电管中间电极(5)，并且接地极(16)；放电管的两端分别接气泵(1)和储气室(7)；根据对介质阻挡放电装置性能的实际需求情况，也可采用平行板电极代替中间电极(5)和接地极(16)，石英玻璃的绝缘介质(6)采用平行板的形式，相对的石英板之间为放电间隙，石英玻璃的绝缘介质(6)可选择其它适用于产生介质阻挡放电的材料；所述的电学测量系统进一步包括：示波器(13)、高压探头(14)、电流探头(15)、电脑(17)；其中，变压器(12)的一极与放电管外电极(4)电连接，变压器(12)的另一极与放电管中间电极(5)电连接；示波器(13)的一个接口与高压探头(14)电连接，示波器(13)的另一个接口与电流探头(15)电连接，用于采集电压，电流信号，最后示波器(13)与电脑(17)电连接，用于时刻记录放电过程中电流、电压和频率信息；所述的光谱测量系统进一步包括：光学透镜(10)、光谱仪(9)、电脑(17)；其中，将光学透镜(10)置于介质阻挡放电装置外，并对准介质阻挡放电装置中间部分，被聚集的等离子体发射光谱信息通过光纤探头收集，并由光纤传输至光谱仪(9)，通过CCD探测器将光谱信号转变为数字信号被电脑(17)采集并处理。