专利名称：带有磁场约束的在大气压条件下产生等离子体射流的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗领域，尤其涉及一种用于医疗的带有磁场约束的在大气压条件下产生等离子体射流装置。
背景技术：
大气压低温等离子体射流是近年来学术界兴起的新型研究领域，由于其在大气压下产生，气体温度低，活性高，在众多领域尤其是生物医学方面的应用引起了人们广泛的关注，其中之一在公开号为CN 101766829 A的专利中披露。以往的等离子体射流装置，未设有外加磁场，因而，不能对所产生的等离子体进行约束，等离子体射流产生的微束方向性较差，不能完全满足在医疗领域的应用。同时，以往的等离子体射流装置，采用射频或者高频电源，其电极之一，直接和所产生的等离子体接触，等离子体由于电极因拉弧，腐蚀等原因而受到污染，也会影响到其在医疗领域的应用。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于医疗上带有磁场约束的在大气压条件下产生等离子体射流的装置。本发明是通过以下技术方案实现的一种带有磁场约束的在大气压条件下产生等离子体射流的装置，包括有工作气体源、电源、气体流量控制阀、进气口、绝缘介质腔体和亥姆霍兹线圈，所述的绝缘介质腔体的一端连接着所述的气体流量控制阀，气体流量控制阀还连接着所述的进气口，绝缘介质腔体的另一端开有若干个圆孔，为等离子体引出口，在绝缘介质腔体的外部套接有两个环电极，其中一个环电极一接所述的电源，另一个环电极二接地，用于等离子体的击穿，在绝缘介质腔体的外面设有所述的亥姆霍兹线圈，目的是产生几十高斯的磁感应强度，约束等离子体，所述的工作气体源通过所述的进气口和气体流量控制阀进入绝缘介质腔体内。本发明的特征还在于所述的工作气体源包括氦气、氖气和氩气；所述的等离子体引出口的直径范围为2到10毫米；所述的电源电压范围为百伏特到千伏特,频率范围为十千赫兹到百千赫兹；所述的电源是一种直流/交流变换器，包括有开关、PWM控制芯片、直流变换电路、Royer驱动电路和升压变压器，所述的PWM控制芯片上集成有振荡电路和调制电路，开关为振荡电路控制信号输入端，分别与振荡电路和调制电路相连接，PWM控制芯片产生的PWM激励脉冲信号送入所述的直流变换电路，直流变换电路产生的可控直流电压进入所述的Royer驱动电路中，Royer驱动电路中的功率管和一电容还有所述升压变压器一次绕组组成自激励振荡电路，升压变压器的输出端连接所述的环电极一；所述的绝缘介质腔体成台阶圆柱形。本发明的工作原理为本发明通过百伏特到千伏特、频率为十千赫兹到百千赫兹的电源，通过导线和绝缘介质的外部两个环电极相连，用于等离子体的击穿；通过外设的亥姆霍兹线圈产生磁场，对所产生的等离子体进出约束，使得等离子体射流产生的微束具有更好的方向性。如图4所示，亥姆霍兹线圈是由一对半径都为R、同轴放置，且间距a等于半径R的圆线圈构成的，由于它结构简单又能产生均匀性较好的磁场。对于两个线圈的中轴线磁场，由毕奥一萨伐尔定律，可以得到
咖 m= B' ⑴ + (x) = ^ (---+---)
2R [l + (x - a YY 2 [l + (x + a )2f 1 R IRR IR亥姆霍兹线圈的中心轴线上磁场最均匀。由于该外加磁场，等离子体将受到约束。电子和离子将沿着磁力线做回旋运动，对于电子，其回旋半径为re(m) = ^ = 7.538x10、[./e(kF)]1/2[5(7)]—1 Qe若电子温度Te取I eV，磁感应强度B取20高斯，则电子回旋半径为I. 19毫米。这将形成强方向性的等离子体射流，用于医疗，如医学上皮肤病、咽喉炎、肌肉组织创伤、牙齿的根管等灭菌治疗。产生等离子体的电源是一种DC/AC (直流/交流)变换器，它的工作过程就是将9V直流电压转变为高频(40 80kHz)的高压(600 1800V)交流电。从图3中可以看出，开关为振荡电路启动/停止控制信号输入端，振荡电路接收到信号后开始工作，产生频率40 80kHz的振荡信号送入调制电路，产生PWM激励脉冲信号，送往直流变换电路，使直流变换电路产生可控的肓流电压，为Royer驱动电路功率管供电。功率管及外围电容Cl和升压变压器绕组LI (相当于电感)组成自激振荡电路，产生的振荡信号经功率放大和升压变压器升压耦合，输出高频交流高压，击穿工作气体，产生等离子体。本发明的优点是本发明使用了外设亥姆霍兹线圈产生磁场，使等离子体射流产生的微束方向性更好；本发明中，电源和环电极均处于绝缘介质腔体外，不和等离子体接触，避免了等离子体由于电极因拉弧，腐蚀等原因而受到污染，从而更好地用于医学上皮肤病、咽喉炎、肌肉组织创伤、牙齿的根管等灭菌治疗。
图I为本发明装置的结构示意图。图2为本发明中等离子体引出口的示意图。图3为本发明中电源结构示意图。图4为亥姆霍兹线圈磁感应强度示意图。
具体实施例方式一种带有磁场约束的在大气压条件下产生等离子体射流的装置，如图I所示，包括有工作气体源、电源14、气体流量控制阀2、进气口 I、绝缘介质腔体3和亥姆霍兹线圈4，所述的绝缘介质腔体3的一端连接着所述的气体流量控制阀2，气体流量控制阀2还连接着所述的进气口 I，绝缘介质腔体3的另一端开有若干个圆孔，为等离子体弓I出口 6，在绝缘介质腔体3的外部套接有两个环电极5，其中一个环电极一接所述的电源14，另一个环电极二接地，用于等离子体的击穿，在绝缘介质腔体3的外面设有所述的亥姆霍兹线圈4，目的是产生几十高斯的磁感应强度，约束等离子体，所述的工作气体源通过所述的进气口 I和气体流量控制阀2进入绝缘介质腔体内3。所述的工作气体源包括氦气、氖气和氩气；所述的等离子体引出口 6的直径范围为2到10毫米；所述的电源14电压范围为百伏特到千伏特，频率范围为十千赫兹到百千赫兹；所述的电源14是一种直流/交流变换器，包括有开关7、PWM控制芯片8、直流变换电路
11、Royer驱动电路12和升压变压器13，所述的PWM控制芯片8上集成有振荡电路9和调制电路10，开关7为振荡电路9控制信号输入端，分别与振荡电路9和调制电路10相连接，PWM控制芯片8产生的PWM激励脉冲信号送入所述的直 流变换电路11，直流变换电路11产生的可控直流电压进入所述的Royer驱动电路12中，Royer驱动电路12中的功率管和一电容Cl还有所述升压变压器13 —次绕组LI组成自激励振荡电路，升压变压器13的输出端连接所述的环电极一，所述的绝缘介质腔体3为台阶圆柱形。
权利要求
1.一种带有磁场约束的在大气压条件下产生等离子体射流的装置，其特征在于包括有工作气体源、电源、气体流量控制阀、进气口、绝缘介质腔体和亥姆霍兹线圈，所述的绝缘介质腔体的一端连接着所述的气体流量控制阀，气体流量控制阀还连接着所述的进气口，绝缘介质腔体的另一端开有若干个圆孔，为等离子体引出口，在绝缘介质腔体的外部套接有两个环电极，其中一个环电极一接所述的电源，另一个环电极二接地，在绝缘介质腔体的外面设有所述的亥姆霍兹线圈，所述的工作气体源通过所述的进气口和气体流量控制阀进入绝缘介质腔体内。
2.根据权利要求I所述的带有磁场约束的在大气压条件下产生等离子体射流的装置，其特征在于所述的工作气体源包括氦气、氖气和氩气。
3.根据权利要求I所述的带有磁场约束的在大气压条件下产生等离子体射流的装置，其特征在于所述的等离子体引出口的直径范围为2到10毫米。
4.根据权利要求I所述的带有磁场约束的在大气压条件下产生等离子体射流的装置，其特征在于所述的电源电压范围为百伏特到千伏特，频率范围为十千赫兹到百千赫兹。
5.根据权利要求4所述的带有磁场约束的在大气压条件下产生等离子体射流的装置，其特征在于所述的电源是一种直流/交流变换器，包括有开关、PWM控制芯片、直流变换电路、Royer驱动电路和升压变压器，所述的PWM控制芯片上集成有振荡电路和调制电路，开关为振荡电路控制信号输入端，分别与振荡电路和调制电路相连接，PWM控制芯片产生的PWM激励脉冲信号送入所述的直流变换电路，直流变换电路产生的可控直流电压进入所述的Royer驱动电路中，Royer驱动电路中的功率管和一电容还有所述升压变压器一次绕组组成自激励振荡电路，升压变压器的输出端连接所述的环电极一。
6.根据权利要求I所述的带有磁场约束的在大气压条件下产生等离子体射流的装置，其特征在于所示的绝缘介质腔体成台阶圆柱形。
全文摘要
本发明公开了一种带有磁场约束的在大气压条件下产生等离子体射流的装置，包括有工作气体源、气体流量控制阀、进气口、绝缘介质腔体和亥姆霍兹线圈，绝缘介质腔体的一端连接着气体流量控制阀，气体流量控制阀还连接着进气口，绝缘介质腔体的另一端开有若干个圆孔，在绝缘介质腔体的外部套接有两个环电极，环电极一接所述的电源，环电极二接地，在绝缘介质腔体的外面设有所述的亥姆霍兹线圈，工作气体源通过所述的进气口和气体流量控制阀进入绝缘介质腔体内。本发明使用了外设亥姆霍兹线圈产生磁场，使等离子体射流产生的微束方向性更好，电源和环电极均处于绝缘介质腔体外，避免了等离子体由于电极因拉弧，腐蚀等原因而受到污染。
文档编号H05H1/40GK102781156SQ20121021067
公开日2012年11月14日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者凌必利, 李建刚 申请人:中国科学院等离子体物理研究所