一种等离子体炬装置

1.本技术涉及等离子体技术领域，尤其涉及一种等离子体炬装置。


背景技术：

2.低温等离子体技术在生物医学、功能材料制备及污染物处理等方面有着广阔的应用前景。微波等离子体作为一种典型的低温等离子体技术，因其具有无极放电、放电区域集中、放电稳定等特点，在工业应用领域中尤其是功能材料的制备方面有着广泛的应用。
3.微波等离子体的产生原理是利用微波装置将微波能量注入气体分子，诱发气体分子产生激发、电离等一系列反应，进而产生高反应活性的等离子体。微波等离子体由于其活性粒子密度大、能力高、温度低，在医学、材料处理等方面应用广泛。但是传统用于产生微波等离子体的装置尺寸较大，携带不易。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种等离子体炬装置，能够解决提高等离子体的装置尺寸较大的问题，可以提高等离子体装置的便携性。
5.为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案：本技术实施例提供了一种等离子体炬装置，该装置包括：微波连接器，微波连接器与固态微波源连接，用于接收固态微波源产生的微波信号；阻抗匹配装置，阻抗匹配装置与微波连接器连接，用于对微波信号进行阻抗匹配处理，并得到第一微波信号；可调频的谐振腔，谐振腔与阻抗匹配装置连接，用于对第一微波信号进行调频和谐振处理，并得到第二微波信号；谐振腔上开设有充气口，充气口用于充入待电离气体；谐振腔还与放电端口连接，第二微波信号作用于待电离气体，并于放电端口产生等离子体炬。
6.在一个实施例中，微波连接器、阻抗匹配装置、谐振腔以及放电端口沿同一中心轴设置。
7.在一个实施例中，谐振腔包括：调频组件和谐振组件；调频组件与阻抗匹配装置连接，谐振组件与放电端口连接，调频组件和谐振组件沿中心轴设置。
8.在一个实施例中，谐振组件中包括谐振部件和介质层，谐振部件位于阻抗匹配装置和介质层之间，谐振部件和介质层沿中心轴设置；介质层为耐高温材料制备而成。
9.在一个实施例中，谐振腔是基于四分之三波长谐振腔原理制备而成。
10.在一个实施例中，阻抗匹配装置是基于微波理论制备而成的，且阻抗匹配装置为
多结阻抗匹配装置。
11.在一个实施例中，微波连接器包括内导体和套设于内导体外围的外导体，内导体和外导体沿中心轴设置；阻抗匹配装置、谐振腔和放电端口依次套设于内导体上。
12.在一个实施例中，介质层还用于固定内导体。
13.在一个实施例中，微波连接器的特性阻抗与微波连接器的特性阻抗匹配。
14.在一个实施例中，内导体的直径为1 mm ~2mm，内导体的长度为13~15mm。
15.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：本技术实施例提供的一种等离子体炬装置，包括：微波连接器，微波连接器与固态微波源连接，用于接收固态微波源产生的微波信号；阻抗匹配装置，阻抗匹配装置与微波连接器连接，用于对微波信号进行阻抗匹配处理，并得到第一微波信号；可调频的谐振腔，谐振腔与阻抗匹配装置连接，用于对第一微波信号进行调频和谐振处理，并得到第二微波信号；谐振腔上开设有充气口，充气口用于充入待电离气体；谐振腔还与放电端口连接，第二微波信号作用于待电离气体，并于放电端口产生等离子体炬。本技术实施例提供的等离子体炬装置是一种馈电简单，低反射透射系数，可产生稳定等离子体射流的新型放电装置，主要与固态微波源相匹配，结构简单，体积较小，便携性较好，可以应用于便携式技术领域，如医学上处理伤口、材料领域表面改性等。
附图说明
16.图1为本技术实施例提供的一种等离子体炬装置的结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种等离子体炬装置的反射系数图。
17.图例说明：1、微波连接器；2、阻抗匹配装置；3、谐振腔；4、充气口；5、放电端口；6、内导体；7、外导体；8、调频组件；9、谐振部件；10、介质层。
具体实施方式
18.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
20.需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、
ꢀ“
左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可
以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
21.图1为本技术实施例提供的一种等离子体炬装置，如图1所示，该装置包括：微波连接器1，微波连接器1与固态微波源连接，用于接收固态微波源产生的微波信号；阻抗匹配装置2，阻抗匹配装置2与微波连接器1连接，用于对微波信号进行阻抗匹配处理，并得到第一微波信号；可调频的谐振腔3，谐振腔3与阻抗匹配装置2连接，用于对第一微波信号进行调频和谐振处理，并得到第二微波信号；谐振腔3上开设有充气口4，充气口4用于充入待电离气体；谐振腔3还与放电端口5连接，第二微波信号作用于待电离气体，并于放电端口5产生等离子体炬。
22.可选的，微波连接器1、阻抗匹配装置2、谐振腔3以及放电端口5沿同一中心轴设置。
23.可以理解的是，本技术实施例提供的等离子体炬装置是一种馈电简单，低反射透射系数，辐射均匀的金属天线，该天线在915 mhz处反射系数小于-10db，约95%的微波能量辐射到大气中形成大气压微波等离子体。结构简单，体积较小，便携性较好，可以应用于便携式技术领域，如医学上处理伤口、材料领域表面改性等。
24.需要说明的是，如图2所示，为本技术实施例提供的等离子体装置的反射系数图，其中，图2中的横坐标表示微波信号的频率，图2中的纵坐标表示微波信号的反射系数，其中，该装置的中心工作频率可以为2.45 ghz，该中心工作频率会根据装置的加工材料选择的不同而略有差异，但是该本技术实施例提供的装置可根据微波理论改进设计为其他频段进行工作，本技术实施例提供的装置的工作频率范围可以为0-1 thz。
25.其中，微波连接器1可以为sma接头，该sma接头是一种典型的微波高频连接器，sma接头与固态微波源连接，用于接入固态微波源产生的微波信号。该sma接头的特性阻抗可以为50ω。微波连接器1的特性阻抗与微波连接器1的特性阻抗匹配。
26.可选的，微波连接器1包括内导体6和套设于内导体6外围的外导体7，内导体6和外导体7沿中心轴设置；阻抗匹配装置2、谐振腔3和放电端口5依次套设于内导体6上。
27.其中，内导体6为圆筒形，外导体7可以为圆筒形，矩形等结构，本技术实施对此不作具体限定，内导体6的直径可以为1 mm ~2mm，内导体6的长度可以为13~15mm。本技术实施例对尺寸不作具体限定。
28.阻抗匹配装置2是基于微波理论制备而成的，且阻抗匹配装置2为多结阻抗匹配装置2，这种阻抗匹配装置2在保证功率反射系数最小的条件下扩展带宽，进而可以降低能量损耗。
29.谐振腔3中包括：调频组件8和谐振组件；调频组件8与阻抗匹配装置2连接，谐振组件与放电端口5连接，调频组件8和谐振组件沿中心轴设置。
30.其中，调频组件8设计包括但不限于圆柱形、矩形等所有可能的形状，其半径为4 mm、长度约为65mm，本技术实施例对尺寸不作具体限定。
31.可选的，谐振组件中包括谐振部件9和介质层10，谐振部件9位于阻抗匹配装置2和
介质层10之间，谐振部件9和介质层10沿中心轴设置；介质层10为耐高温材料制备而成。介质层10还用于固定内导体6。
32.可选的，谐振腔3是基于四分之三波长谐振腔3原理制备而成。本技术实施例提供的谐振腔3可以产生高场强以便击穿气体形成等离子体炬，根据微波波长与尺寸的关系理论，该谐振腔3的频率可以为915ghz或2.45 ghz，或者根据应用场景调节对应的频率。
33.其中，谐振组件为改进的同轴谐振天线。介质层10的目的是固定内导体6和外导体7，并起到防止打火的作用，介质层10的制备材料包括但不限于teflon，陶瓷，peek，rooger等所有可能的材料。
34.充气口4包括但不限于圆形、圆柱形、矩形等所有可能的结构，充气口4是为了提供产生等离子体的气体，如氩气、氦气等。
35.放电端口5包括但不限于圆台形、圆柱形、矩形等所有可能的结构，圆台形是为了大范围的包裹气体以产生大范围高密度的等离子体。
36.本技术实施例提供的等离子体炬装置是一种馈电简单，低反射透射系数，辐射均匀的金属天线，该天线在915 mhz处反射系数小于-10db，约95%的微波能量辐射到大气中形成大气压微波等离子体。结构简单，体积较小，便携性较好，可以应用于便携式技术领域，如医学上处理伤口、材料领域表面改性等。
37.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
38.以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种等离子体炬装置，其特征在于，所述装置包括：微波连接器，所述微波连接器与固态微波源连接，用于接收所述固态微波源产生的微波信号；阻抗匹配装置，所述阻抗匹配装置与所述微波连接器连接，用于对所述微波信号进行阻抗匹配处理，并得到第一微波信号；可调频的谐振腔，所述谐振腔与所述阻抗匹配装置连接，用于对所述第一微波信号进行调频和谐振处理，并得到第二微波信号；所述谐振腔上开设有充气口，所述充气口用于充入待电离气体；所述谐振腔还与放电端口连接，所述第二微波信号作用于所述待电离气体，并于所述放电端口产生等离子体炬。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微波连接器、所述阻抗匹配装置、所述谐振腔以及所述放电端口沿同一中心轴设置。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述谐振腔包括：调频组件和谐振组件；所述调频组件与所述阻抗匹配装置连接，所述谐振组件与所述放电端口连接，所述调频组件和所述谐振组件沿所述中心轴设置。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述谐振组件中包括谐振部件和介质层，所述谐振部件位于所述阻抗匹配装置和所述介质层之间，所述谐振部件和所述介质层沿所述中心轴设置；所述介质层为耐高温材料制备而成。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述谐振腔是基于四分之三波长谐振腔原理制备而成。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻抗匹配装置是基于微波理论制备而成的，且所述阻抗匹配装置为多结阻抗匹配装置。7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述微波连接器包括内导体和套设于所述内导体外围的外导体，所述内导体和所述外导体沿所述中心轴设置；所述阻抗匹配装置、所述谐振腔和所述放电端口依次套设于所述内导体上。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述介质层还用于固定所述内导体。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微波连接器的特性阻抗与所述微波连接器的特性阻抗匹配。10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述内导体的直径为1 mm ~2mm，所述内导体的长度为13~15mm。

技术总结
本申请公开一种等离子体炬装置，涉及等离子体技术领域，能够解决提高等离子体的装置尺寸较大的问题，可以提高等离子体装置的便携性。该等离子体炬装置包括：微波连接器，微波连接器与固态微波源连接，用于接收固态微波源产生的微波信号；阻抗匹配装置，阻抗匹配装置与微波连接器连接，用于对微波信号进行阻抗匹配处理，并得到第一微波信号；可调频的谐振腔，谐振腔与阻抗匹配装置连接，用于对第一微波信号进行调频和谐振处理，并得到第二微波信号；谐振腔上开设有充气口，充气口用于充入待电离气体；谐振腔还与放电端口连接，第二微波信号作用于待电离气体，并于放电端口产生等离子体炬。炬。炬。


技术研发人员：王瑶瑶 刘成周 赵一舟 何杨 马文东 朱梁 单家芳
受保护的技术使用者：安徽农业大学
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/7/12