手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置制造方法
【专利摘要】本发明是手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其结构是微型气泵通过硅胶导管与绝缘套管相接；绝缘套管在高压电极和接地电极之间，高压电源为高压电极和接地电极供电，这三者嵌套于手柄内，手柄前端开有一孔，使等离子体喷出，手柄上设控制开关控制高压电源工作。优点：通过调节电压改变等离子体的长度及温度，操作简单灵活，方便操作人员使用；体积小，携带方便，外形美观，成本低廉；采用空气、单质气体或其混合物、气态化合物或者气态有机物作为工作气体，可满足各种需要；无需其它激励器件，减少故障，增加装置可靠性；区别于传统等离子体源，滑动弧更加高效，产生的等离子体粒子活性更好，对人体和材料处理效果更好。
【专利说明】手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置
【技术领域】
[0001]本发明是一种手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，属于等离子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]现有的便携式低温等离子体发生器，一般使用的工作气体为稀有气体或者含有氧气的混合气体，且除了高压电极外还要添加额外的器件。如现有专利一种便携式低温等离子体发生器(ZL201120032919.0)，应用紫外光源发生的紫外光和高压电极的交变电场共同作用于气体从而产生低温等离子体。然而，该装置除了高压电极还要添加额外的器件紫外光源，还要增加耐离子腐蚀的保护层，因此成本会大大提升同时会增加装置发生故障的可能性。此外，紫外光源的寿命也会直接影响到装置的使用寿命。紫外光源的性能也会大大影响粒子活性以及等离子处理效果。该装置工作气体局限于氧气，成本较高。此外氧气属于助燃气体，操作不当极易发生危险。因此，使用范围受到限制。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其目的旨在克服现有技术存在的上述缺陷，实现使用空气作为工作气体，产生安全的低温等离子体。
[0004]本发明的技术解决方案:手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是包括微型气泵、高压电源、气体导管、绝缘套管、高压电极、接地电极和手柄，其中微型气泵通过硅胶导管与绝缘套管相接，为装置提供工作气体；绝缘套管在高压电极和接地电极之间，高压电源的高压输出端与高压电极的接线端口相连，高压电源的接地端与接地电极的接线端口相连，为两个电极供电；绝缘套管、高压电极和接地电极三者嵌套于手柄内，该手柄的前端开有一个直径1-3毫米的手柄前端孔，该孔使等离子体从中喷出，手柄上还装有控制开关，该控制开关用于控制高压电源工作；所述的高压电极呈锥形、螺旋形、圆柱体形或子弹头形。
[0005]本发明的优点:
1)通过调节电压可以改变等离子体的长度以及温度，操作简单灵活，手持式的设计可以方便操作人员使用；
2)体积小巧，携带方便，外形美观，成本低廉；
3)采用空气作为工作气体，或用单质气体或其混合物，或用气态化合物或者气态有机物，可以满足各种场合的需要；
4)无需其他激励器件，减小成本；大大减少了出现故障的可能性，增加了装置工作的可
靠性；
5)区别于传统应用的等离子体源，采用滑动弧作为等离子体源，更加高效，其产生的等离子体粒子活性更好，对人体和材料处理效果更好；
6)低温等离子体源中包含许多高能活性粒子。因此，可以广泛应用于杀菌和伤口处理等医疗领域、家用便携皮肤深度清洁等美容嫩肤领域；还可以应用于材料表面改性等方面。【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1为手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置的工作结构框图。
[0007]图2为手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置的结构示意图。
[0008]图3-1为实施例1锥形高压电极的主视示意图。
[0009]图3-2A为实施例1第一种实施方式锥形高压电极的俯视示意图。
[0010]图3-2B为实施例1第二种实施方式锥形高压电极的俯视示意图。
[0011]图3-3为实施例1圆柱体形绝缘套管的示意图。
[0012]图3-4A为实施例1第一种实施方式圆锥台形接地电极的示意图。
[0013]图3-4B为实施例1第二种实施方式圆锥台形接地电极的示意图。
[0014]图3-5为实施例1锥形高压电极产生等离子体的光谱图。
[0015]图4-1为实施例2螺旋形高压电极的示意图。
[0016]图4-2为实施例2圆柱体形绝缘套管的示意图。
[0017]图4-3为实施例2圆锥台形接地电极的示意图。
[0018]图4-4为实施例2螺旋形高压电极产生等离子体的光谱图。
[0019]图5-1为实施例3圆柱体形高压电极的示意图。
[0020]图5-2为图5-1的俯视示意图。
[0021]图5-3为实施例3圆柱体形绝缘套管的示意图。
[0022]图5-4为图5-3的俯视示意图。
[0023]图5-5为实施例3陶瓷垫片的示意图。
[0024]图5-6为实施例3空心圆柱体形接地电极的示意图。
[0025]图5-7为实施例3圆柱体形高压电极产生等离子体的光谱图。
[0026]图6-1A为实施例4子弹头形高压电极的示意图。
[0027]图6-1B为实施例4钝角三角形突脊的短边为曲线的子弹头形高压电极的示意图。
[0028]图6-2为图6-1A及图6-1B的俯视示意图。
[0029]图6-3为实施例4圆柱体形绝缘套管的示意图。
[0030]图6-4为实施例4圆锥台形接地电极的示意图。
[0031]图6-5为实施例4圆形陶瓷垫圈的示意图。
[0032]图6-6为实施例4子弹头形高压电极产生等离子体的光谱图。
[0033]图7为手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置的电路图。
[0034]图中的I是微型气泵、2是高压电源、3是气体导管、4是绝缘套管、5是高压电机、6是接地电极、7是A开关、8是B开关、9是C开关、10是D开关、11是A继电器、12是B继电器。
【具体实施方式】
[0035]如图1、2所示，手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其结构包括微型气泵1、高压电源2、气体导管3、绝缘套管4、高压电极5、接地电极6和手柄，其中微型气泵I通过硅胶导管3与绝缘套管4相接，为装置提供工作气体；绝缘套管4在高压电极5和接地电极6之间，高压电源2的高压输出端与高压电极5的接线端口相连，高压电源2的接地端与接地电极6的接线端口相连，为两个电极供电；绝缘套管4、高压电极5和接地电极6三者嵌套于手柄内，该手柄的前端开有一个直径1-3毫米的手柄前端孔，该孔使等离子体从中喷出，手柄上还装有控制开关，该控制开关用于控制高压电源2工作；所述的高压电极5呈锥形、螺旋形、圆柱体形或子弹头形。
[0036]所述的高压电极5和接地电极6是由不锈钢、铜、钨、铝等导电材料制成。
[0037]实施例1
高压电极5为锥形时，绝缘套管4为圆柱体形，接地电极6为圆锥台形。
[0038]如图3-1所示，锥形高压电极的长为15-50毫米，高压电极5分为锥体和A柱体两部分，其中锥体的长为5-10晕米；在A柱体的底面上开有一个直径2-5晕米的A柱体底孔，该A柱体底孔的底端与锥体底面相接；锥体侧面上间隔均匀的开有5-10个锥体侧孔，该锥体侧孔底部与A柱体底孔连通；锥体表面刻有螺槽，该螺槽深度为0.2-0.7毫米，螺距为0.7-1毫米；距A柱体底面3-5毫米处开有一个螺孔。
[0039]如图3-3所示，在绝缘套管4的中轴线上开有一个直径5-8毫米的A中轴通孔，距绝缘套管底面7-10毫米处开有一个A绝缘套管侧孔,该A绝缘套管侧孔与绝缘套管的中轴线相垂直，A绝缘套管侧孔与A中轴通孔连通。
[0040]所述的接地电极6为中空电极。
[0041]所述的5-10个锥体侧孔的中轴线在同一平面上，每个锥体侧孔的中轴线经过或不经过锥体外圆的圆心。
[0042](I)如图3-2A所示，所述中轴线不经过锥体外圆圆心，锥体侧孔与锥体外圆直径间的夹角5-70度。
[0043]如图3-4A所示，所述的接地电极分为A圆柱和A圆台两部分，其中A圆柱的长为17-22毫米,A圆台的长为5-9毫米,A圆台的顶端开有一个直径0.3-1毫米的A圆台顶孔，A圆柱的侧壁开有一个A圆柱侧螺孔，A圆柱的内壁上设置一圈A收口，该A收口的厚度为0.5-1毫米，高度为14毫米。
[0044](2)如图3-2B所示，所述中轴线经过锥体外圆圆心。
[0045]如图3-4B所示，所述的接地电极分为B圆柱和B圆台两部分，其中B圆柱的长为13-20毫米,B圆台的长为7-10毫米,B圆台的顶端开有一个直径为0.3-1毫米的B圆台顶孔，B圆柱侧壁开有一个B圆柱侧螺孔。
[0046]安装过程:将高压电极插入绝缘套管中轴线上的A中轴通孔内，用固线螺丝穿过绝缘套管侧面上的A绝缘套管侧孔拧进高压电极的螺孔内，并将高压线连接在固线螺丝上，拧紧固线螺丝，这样就完成了高压接线和高压电极的固定；在绝缘套管另一端的A中轴通孔内插入通气管；将露出高压电极一端的绝缘套管插入接地电极内部，插到底为止；然后将接地导线连接在固线螺丝上，将固线螺丝拧进接地电极的A或B圆柱侧螺孔内，拧紧固线螺丝；至此完成了电极部分的组装；将组装好的电极部分装入手柄内；分别将高压导线和接地导线接到高压电源的高压输出端和接地端；通气管与气泵连接汸开关为总电源开关，在高压电源输入端和气泵电源输入处分别接入B、C两个开关，D开关为手柄上的控制开关；在高压电源输入端串联A、B两个常开触点继电器，A继电器的线圈与气泵并联，B继电器的线圈串联在手柄上开关的回路中；至此，装置整体组装完成(开关及控制电路见图7)。[0047]使用过程:打开A、B、C三个开关，此时气泵开始工作，供给电极工作气体，同时A继电器的常开触点闭合；按下手柄上的D开关，B继电器的常开触点闭合，此时高压电源开始工作，输出高压高频电能至高压电极；由于高压电极和接地电极间的电压差，放电先由电场最不均匀处即曲率半径最小处(锥头上的小孔)开始产生电弧；喷口处喷出等离子体；高压电源上有调压电位器，通过改变电阻阻值调节电压，调节电压大小可以控制喷出的等离子体长度，反应速率，粒子活性；此外通过改变气泵的流速也可以控制喷出等离子体长度以及温度和活性。
[0048]放电过程及等离子体发生原理说明和应用:第(I)种结构中，工作气体经由绝缘套管吹入高压电极中轴线的A中轴通孔内，然后由锥头上均匀分布的若干锥体侧孔与接地电极的内壁呈一定角度吹出；工作气体在高压电极与接地电极之间旋转产生涡流，接地电极内壁和高压电极锥顶上螺槽的设计能够加强涡流，使得涡流更加规律，旋转效果更好；工作气体旋转着向接地电极B圆台顶孔处吹去；同时带动在高压电极小孔处产生的滑动电弧旋转着前进，这样就延长了电弧存在和工作气体反应的时间，使得气体反应效率更高，粒子活性更好；适用于对等离子活性要求高的场合，比如杀菌，材料表面改性等领域；并且不会有任何化学物质的残留；第(2)种结构中，工作气体经由绝缘套管吹入高压电极中轴线的A中轴通孔内，然后由锥头上均匀分布的若干锥体侧孔垂直于接地电极内壁吹出；接地电极前端内部斜面的A收口作用，以及其柱面与斜面的平滑过渡，使得吹入的工作气体以很快的速度向接地电极前端A圆台顶孔处吹去，同时吹动在高压电极上小孔处产生的电弧沿直线向前端移动，由于高压电极锥形的顶角大于接地电极顶角，所以电弧在滑动过程中被拉长，当电弧到达长度极限后熄灭，然后高压电极A柱体底孔处再次产生电弧；电弧不断的产生，熄灭；在此过程中，工作气体被电离产生等离子体，由接地电极前端的A圆台顶孔喷出；等离子体作用于要处理的人体或者材料，进行处理；这种结构的设计使得工作气体流量大，流速快，能够快速带走滑动电弧产生的热量，因此喷出接地电极的等离子体温度低，长度长；适合对于人体皮肤美容，伤口处理，口腔牙齿美白杀菌以及相关的等离子体医疗领域。
[0049]锥形高压电极产生等离子体的粒子种类较多，其中氮的含量很高，还有较多的氢氧根；其光谱如图3-5所示。
[0050]实施例2
高压电极5为螺旋形，绝缘套管4为圆柱体形，接地电极6为圆锥台形。
[0051]如图4-1所示，螺旋形高压电极由螺旋金属丝和B柱体相接而成；在B柱体的中轴线上开有一个上下贯通的B中轴通孔，该B中轴通孔的直径为3-7毫米；B柱体的一端设C圆台，C圆台的一端靠近B中轴通孔；所述螺旋金属丝的螺距为0.7-1.2毫米，垂直长度为7-14毫米，直径为0.3-0.5毫米。
[0052]如图4-2所示，绝缘套管的中轴线上开有一个直径为5-8毫米的C中轴通孔，距绝缘套管底面7-10毫米处开有一个B绝缘套管侧孔,该B绝缘套管侧孔垂直于绝缘套管的中轴线，且B绝缘套管侧孔与C中轴通孔连通。
[0053]如图4-3所示，接地电极为中空电极，接地电极由C圆柱和D圆台两部分组成，其中C圆柱长为17-22毫米，D圆台长为5-9毫米，在D圆台的顶端开有一个直径为0.3-1毫米的C圆台顶孔，在C圆柱侧壁开有一个C圆柱侧螺孔。
[0054]安装过程:将高压电极插入绝缘套管中轴线上的B中轴通孔内，用固线螺丝穿过绝缘套管侧面上的B绝缘套管侧孔拧进高压电极的螺孔内，并将高压线连接在固线螺丝上，拧紧固线螺丝，这样就完成了高压接线和高压电极的固定；在绝缘套管另一端的B中轴通孔内插入通气管；将露出高压电极一端的绝缘套管插入接地电极内部，插到底为止；然后将接地导线连接在固线螺丝上，将固线螺丝拧进接地电极的C圆柱侧螺孔内，拧紧固线螺丝；至此完成了电极部分的组装；将组装好的电极部分装入手柄内；分别将高压导线和接地导线接到高压电源的高压输出端和接地端；通气管与气泵连接；A开关为总电源开关，在高压电源输入端和气泵电源输入处分别接入B、C两个开关，D开关为手柄上的控制开关；在高压电源输入端串联A、B两个常开触点继电器，A继电器的线圈与气泵并联，B继电器的线圈串联在手柄上开关的回路中；至此，装置整体组装完成(开关及控制电路见图7)。
[0055]使用过程:打开A、B、C三个开关，此时气泵开始工作，供给电极工作气体，同时A继电器的常开触点闭合；按下手柄上的D开关，B继电器的常开触点闭合，此时高压电源开始工作，输出高压高频电能至高压电极；由于高压电极和接地电极间的电压差，放电先由电场最不均匀处即曲率半径最小处(螺旋金属丝外侧)开始产生电弧；高压电源上有调压电位器，通过改变电阻阻值调节电压，调节电压大小可以控制喷出的等离子体长度，反应速率，粒子活性；此外通过改变气泵的流速也可以控制喷出等离子体长度以及温度和活性。
[0056]放电过程及等离子体发生原理说明和应用:在这种结构中，工作气体由绝缘套管吹入高压电极中轴线的B中轴通孔内，由于金属丝螺旋圆的直径小于B中轴通孔的直径，所以整个螺旋部分都被包裹在工作气体里面。当螺旋丝与接地电极之间放电产生滑动电弧，工作气体吹动滑动电弧有向喷口处移动的趋势，但是由于螺旋金属丝部分的螺旋丝直径很小，使得电弧随工作气体移动范围很小，导致电弧被拉长，到达长度极限就会从一个螺旋圆上跳到下一个螺旋圆上，也可以理解为原来的电弧熄灭，一个新的电弧产生。电弧熄灭产生的过程反复循环，工作气体在这个过程中被电离，产生等离子体。接地电极前端内部有平滑的收口，并且留有一个直径0.5毫米的C圆台顶孔，产生的等离子体从C圆台顶孔喷出，作用于待处理物。
[0057]螺旋形高压电极产生的等离子体温度和粒子活性适中，反应柔和，粒子含量适中；适用于等离子体医学对于人体柔和无刺激的处理与治疗，比如皮肤深度清洁，祛斑祛痘美白嫩肤等；光谱如图4-4所示。
[0058]实施例3
高压电极5为圆柱体形，绝缘套管4为圆柱体形、接地电极6为空心圆柱体形，接地电极6内底设有陶瓷垫片，绝缘套管4和高压电极6均与陶瓷垫片紧密接触。
[0059]如图5-1、5_2所示，圆柱体形高压电极5的一端上开有一个直径2_5毫米端孔，该端孔位于圆柱体形高压电极的中轴线上，端孔的孔深为7-15毫米，呈圆柱体形高压电极的侧面上开有一个直径1-2毫米A斜孔，该A斜孔距端孔底面1-3毫米，A斜孔与端孔连通，A斜孔与呈圆柱体形高压电极的中轴线呈40-80度夹角，A斜孔在高压电极底面上的投影与呈圆柱体形高压电极5的底面直径呈10-35度夹角。
[0060]如图5-3、5_4所示,绝缘套管的中轴线上开有一个直径为5-8毫米的D中轴通孔，绝缘套管内壁上开有一宽1-2毫米、深2-3毫米的内壁槽，距绝缘套管底面一端7-10毫米处开有一个C绝缘套管侧孔,该C绝缘套管侧孔与内壁槽相对应,且垂直于绝缘套管的中轴线，C绝缘套管侧孔与D中轴通孔连通。[0061]如图5-5所示，陶瓷垫片的厚度1-2毫米，直径20-25毫米，陶瓷垫片中间开有直径为0.7-2毫米的A垫片圆孔。
[0062]如图5-6所示，在接地电极的底端上开有一个直径0.5-1毫米的接地电极底孔。
[0063]安装过程:将圆柱型高压电极全部插入绝缘套管中轴线上的D中轴通孔内，使得高压电极侧面上的斜孔与绝缘套管内壁上的凹槽正对接触，用固线螺丝穿过绝缘套管侧面上的C绝缘套管侧孔拧进高压电极的螺孔内，并将高压线连接在固线螺丝上，拧紧固线螺丝，这样就完成了高压接线和高压电极的固定；接地电极内底放入陶瓷垫片；在绝缘套管另一端的孔内插入通气管，将安装有高压电极一侧的绝缘套管插入接地电极内；使得绝缘套管，高压电极均和陶瓷垫片紧密接触；然后将接地导线连接在固线螺丝上，将固线螺丝拧进接地电极的螺孔内，拧紧固线螺丝；至此完成了电极部分的组装；将组装好的电极部分装入手柄内；分别将高压导线和接地导线接到高压电源的高压输出端和接地端；通气管与气泵连接；A开关为总电源开关，在高压电源输入端和气泵电源输入处分别接入B、C两个开关，D开关为手柄上的控制开关；在高压电源输入端串联A、B两个常开触点继电器，A继电器的线圈与气泵并联，B继电器的线圈串联在手柄上D开关控制的回路中；至此，装置整体组装完成(开关及控制电路见图7)。
[0064]使用过程:打开A、B、C三个开关，此时气泵开始工作，供给电极工作气体，同时继电器A的常开触点闭合；按下手柄上的D开关，B继电器的常开触点闭合，此时高压电源开始工作，输出高压高频电能至高压电极；由于高压电极和接地电极间的电压差，放电先由电场最不均匀处即曲率半径最小处(圆柱体形底面的小孔)开始产生电弧；高压电源上有调压电位器，通过改变电阻阻值调节电压，调节电压大小可以控制喷出的等离子体长度，反应速率，粒子活性；此外通过改变气泵的流速也可以控制喷出等离子体长度以及温度和活性。
[0065]放电过程及等离子体发生原理说明和应用:工作气体由绝缘套管内孔边缘的凹槽，经过高压电极圆柱侧面的A斜孔吹入高压电极中轴线上的端孔，工作气体在孔内产生两个方向的涡流(一个涡流面平行于圆柱体形母线，另一个涡流面垂直于圆柱体形母线)；电弧在高压电极底面中轴线上的端孔与接地电极的喷口之间产生；电弧在工作气体产生的切向涡流的带动下，沿圆柱的切向运动；同时受到径向涡流的影响向喷口外运动；这样导致电弧熄灭；电弧熄灭后再产生新的滑动电弧；工作气体在与电弧的作用中电离成为等离子体；由于产生电弧的位置距离喷口非常近，而且电弧产生时间较短，使得原本产生就很少的热量又十分容易的扩散掉，所以产生的等离子体温度非常低，接近室温；同时产生适量的臭氧；这种装置适用于等离子体医学，杀菌处理等要求低温处理的场合。
[0066]这种结构产生的等离子体粒子活性好，氮的每一种价态的粒子含量都很高；光谱如图5-7所示。
[0067]实施例4
高压电极5为子弹头形，接地电极6为圆锥台形，绝缘套管4为圆柱体形，高压电极6上套有圆形陶瓷垫圈。
[0068]如图6-1Α、6-2所示，高压电极包括子弹头形体和C柱体两部分，子弹头形体的长度为7-15毫米，C柱体的长度为20-40毫米；子弹头形体的斜侧面上均匀设置5-8个突脊，该突脊呈钝角三角形，钝角三角形中的钝角角度为95-160度，与C柱体的母线相对应，突脊的厚度为0.8-1.2毫米；C柱体的底面上开一个B柱体底孔，该B柱体底孔在C柱体的中轴线上，B柱体底孔的直径为2-5毫米，B柱体底孔向下延伸至距高压电极下端的0.5-1毫米处；突脊的钝角三角形的第二长边上开一个B斜孔，该B斜孔距钝角三角形的钝角顶点为
0.2-0.7毫米，B斜孔与B柱体底孔连通，B斜孔的中轴线与C柱体上相应的母线在同一平面内，B斜孔与C柱体的母线呈15-30度的夹角；
如图6-1B所示，所述的钝角三角形突脊的短边可以为曲线。
[0069]如图6-3所示，在绝缘套管的中轴线上开有一个直径为5-8毫米的E中轴通孔，距绝缘套管一端底面7-10毫米处开有一个D绝缘套管侧孔,该D绝缘套管侧孔垂直于绝缘套管的中轴线，D绝缘套管侧孔与E中轴通孔连通。
[0070]如图6-4所示，接地电极为一圆锥台形的中空电极，接地电极分为D圆柱和E圆台两部分，该D圆柱的长为10-15毫米，E圆台的长为9-16毫米，E圆台的顶端开有一个直径为0.3-1毫米的D圆台顶孔，E圆台的内壁上设置一圈B收口，该B收口的厚度为1-1.5毫米，E圆台的内壁和接地电极中轴线的夹角与突脊的钝角三角形最小角的度数都为20-40度，突脊的钝角三角形第二长边与E圆台的内壁平行。
[0071]如图6-5所示，圆形陶瓷垫片直径15-20毫米，在圆形陶瓷垫圈的圆心处开有一直径为5-8毫米的B垫片圆孔，圆形陶瓷垫圈边缘的厚度为1.5-3毫米，B垫片圆孔的厚度为
0.7-1.5毫米；圆形陶瓷垫圈的底面是平面，圆形陶瓷垫圈的顶面是呈圆拱形的凹面，圆形陶瓷垫圈拱形凹面朝向高压电极的突脊。
[0072]安装过程:将陶瓷垫圈拱形凹面朝向高压电极突脊，套在高压电极上；将高压电极圆柱体的一端插入绝缘套管中轴线上的E中轴通孔内，用固线螺丝穿过绝缘套管侧面上的D绝缘套管侧孔拧进高压电极的螺孔内，并将高压线连接在固线螺丝上，拧紧固线螺丝，这样就完成了高压接线和高压电极的固定；在绝缘套管另一端的E中轴通孔内插入通气管；将露出高压电极一端的绝缘套管插入接地电极内部；然后将接地导线连接在固线螺丝上，将固线螺丝拧进接地电极的螺孔内，拧紧固线螺丝；至此完成了电极部分的组装；将组装好的电极部分装入手柄内；分别将高压导线和接地导线接到高压电源的高压输出端和接地端；通气管与气泵连接；A开关为总电源开关，在高压电源输入端和气泵电源输入处分别接入B、C两个开关，D开关为手柄上的控制开关；在高压电源输入端串联A、B两个常开触点继电器，A继电器的线圈与气泵并联，B继电器的线圈串联在手柄上D开关控制的回路中；至此，装置整体组装完成(开关及控制电路见图7)。
[0073]使用过程:打开A、B、C三个开关，此时气泵开始工作，供给电极工作气体，同时A继电器的常开触点闭合；按下手柄上的D开关，B继电器的常开触点闭合，此时高压电源开始工作，输出高压高频电能至高压电极；由于高压电极和接地电极间的电压差，放电先由电场最不均匀处即尖端(突脊三角形的钝角顶点)处开始产生电弧；高压电源上有调压电位器，通过改变电阻阻值调节电压，调节电压大小可以控制喷出的等离子体长度，反应速率，粒子活性；此外通过改变气泵的流速也可以控制喷出等离子体长度以及温度和活性。
[0074]放电过程及等离子体发生原理说明和应用:工作气体由绝缘套管吹入高压电极中轴线的B柱体底孔内，然后由子弹头上均匀分布的突脊上的B斜孔吹出；由于接地电极内部斜面与高压电极突脊三角形的第二长的边平行，突脊上的B斜孔将把钝角顶点的上产生的电弧吹向陶瓷垫片，电弧在突脊三角形最短边和接地电极内部斜面上滑动；电弧遇到陶瓷垫圈后熄灭，然后又在突脊三角形钝角顶点处产生新的电弧；不断反复；工作气体由突脊吹出，带动电弧向陶瓷垫圈移动中电离成等离子，由于陶瓷垫圈拱形的设计使得等离子体向中心聚集，并且从每个突脊之间的凹谷处吹向接地电极的D圆台顶孔，然后喷出低温等离子体；这种结构可以产生多个滑动电弧，曾加了工作气体反应效率；接地电极和高压电极的配合使得滑动电弧产生的热量没有直接由D圆台顶孔喷出，而是吹向了陶瓷垫片；这样喷出的等离子体温度低，粒子活性高；适用于等离子体医学，和一些要求低温处理的材料表面改性；图6-1B中高压电极结构的改进变形增加了电弧滑动的距离即电弧存在的时间，使得工作气体反应的更加充分，增加粒子活性。
[0075]这种结构产生的等离子体粒子含量高，种类多，除了高含量的氮、氢氧根以外，还有较多的氧；其光谱如图6-6所示。
【权利要求】
1.手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是包括微型气泵、高压电源、气体导管、绝缘套管、高压电极、接地电极和手柄，其中微型气泵通过硅胶导管与绝缘套管相接，为装置提供工作气体；绝缘套管在高压电极和接地电极之间，高压电源的高压输出端与高压电极的接线端口相连，高压电源的接地端与接地电极的接线端口相连，为两个电极供电；绝缘套管、高压电极和接地电极三者嵌套于手柄内，该手柄的前端开有一个直径1-3毫米的手柄前端孔，该孔使等离子体从中喷出，手柄上还装有控制开关，该控制开关用于控制高压电源工作；所述的高压电极呈锥形、螺旋形、圆柱体形或子弹头形。
2.如权利要求1所述的手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是所述呈锥形高压电极，其长为15-50毫米，高压电极分为锥体和A柱体两部分，其中锥体的长为5-10毫米；在A柱体的底面上开有一个直径2-5毫米的A柱体底孔，该A柱体底孔的底端与锥体底面相接；锥体侧面上间隔均匀的开有5-10个锥体侧孔，该锥体侧孔底部与A柱体底孔连通；锥体表面刻有螺槽，该螺槽深度为0.2-0.7毫米，螺距为0.7-1毫米JgA柱体底面3-5毫米处开有一个螺孔，与呈锥形高压电极嵌套于手柄内的绝缘套管呈圆柱体形，接地电极呈圆锥台形，在绝缘套管的中轴线上开有一个直径5-8毫米的A中轴通孔，距绝缘套管底面7-10毫米处开有一个A绝缘套管侧孔,该A绝缘套管侧孔与绝缘套管的中轴线相垂直，A绝缘套管侧孔与A中轴通孔连通，所述接地电极为中空电极。
3.如权利要求2所述的手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是所述的5-10个锥体侧孔 的中轴线在同一平面上，每个锥体侧孔的中轴线经过或不经过锥体外圆的圆心，不经过锥体外圆的圆心的锥体侧孔与锥体外圆直径间的夹角5-70度。
4.如权利要求3所述的手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是所述的锥体侧孔的中轴线不经过锥体外圆圆心时，接地电极分为A圆柱和A圆台两部分，其中A圆柱的长为17-22毫米，A圆台的长为5-9毫米，A圆台的顶端开有一个直径0.3-1毫米的A圆台顶孔，A圆柱的侧壁开有一个A圆柱侧螺孔，A圆柱的内壁上设置一圈A收口，该A收口的厚度为0.5-1毫米，高度为14毫米。
5.如权利要求3所述的手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是所述的锥体侧孔的中轴线经过锥体外圆圆心时，接地电极分为B圆柱和B圆台两部分，其中B圆柱的长为13-20毫米，B圆台的长为7-10毫米，B圆台的顶端开有一个直径为0.3-1毫米的B圆台顶孔，B圆柱侧壁开有一个B圆柱侧螺孔。
6.如权利要求1所述的手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是所述呈螺旋形高压电极由螺旋金属丝和B柱体相接而成；在B柱体的中轴线上开有一个上下贯通的B中轴通孔，该B中轴通孔的直径为3-7毫米；B柱体的一端为C圆台，C圆台的一端靠近B中轴通孔；所述螺旋金属丝的螺距为0.7-1.2毫米，垂直长度为7-14毫米，直径为0.3-0.5毫米；绝缘套管的中轴线上开有一个直径为5-8毫米的C中轴通孔,距绝缘套管底面7-10毫米处开有一个B绝缘套管侧孔,该B绝缘套管侧孔垂直于绝缘套管的中轴线,且B绝缘套管侧孔与C中轴通孔连通；与呈螺旋形高压电极嵌套于手柄内的绝缘套管呈圆柱体形，接地电极呈圆锥台形，所述接地电极为中空电极，接地电极分C圆柱和D圆台，其中C圆柱长为17-22毫米,D圆台长为5-9毫米,在D圆台的顶端开有一个直径为0.3-1毫米的C圆台顶孔，在C圆柱侧壁开有一个C圆柱侧螺孔。
7.如权利要求1所述的手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是所述的呈圆柱体形高压电极的一端上开有一个直径2-5毫米端孔，该端孔位于圆柱体形高压电极的中轴线上，端孔的孔深为7-15毫米，呈圆柱体形高压电极的侧面上开有一个直径1-2毫米A斜孔，该A斜孔距端孔底面1-3毫米，A斜孔与端孔连通，A斜孔与呈圆柱体形高压电极的中轴线呈40-80度夹角，A斜孔在高压电极底面上的投影与呈圆柱体形高压电极的底面直径呈10-35度夹角；绝缘套管的中轴线上开有一个直径为5-8毫米的D中轴通孔，绝缘套管内壁上开有一宽1-2毫米、深2-3毫米的内壁槽，距绝缘套管底面一端7-10毫米处开有一个C绝缘套管侧孔,该C绝缘套管侧孔与内壁槽相对应,且垂直于绝缘套管的中轴线,C绝缘套管侧孔与D中轴通孔连通；与呈圆柱体形高压电极嵌套于手柄内的绝缘套管呈圆柱体形，接地电极呈空心圆柱体形，接地电极底内设有陶瓷垫片，该陶瓷垫片与绝缘套管和高压电极紧密接触；所述陶瓷垫片的厚度1-2毫米，直径20-25毫米，陶瓷垫片中间开有直径为0.7-2毫米的A垫片圆孔；在接地电极的底端上开有一个直径0.5-1毫米的接地电极底孔。
8.如权利要求1所述的手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是所述呈子弹头形高压电极包括子弹头形体和C柱体两部分，子弹头形体的长度为7-15毫米，C柱体的长度为20-40毫米；子弹头形体的斜侧面上均匀设置5-8个突脊，该突脊呈钝角三角形，钝角三角形中的钝角角度为95-160度，与C柱体的母线相对应，突脊的厚度为0.8-1.2毫米；C柱体的底面上开一个B柱体底孔，该B柱体底孔在C柱体的中轴线上，B柱体底孔的直径为2-5毫米，B柱体底孔向下延伸至距高压电极下端的0.5-1毫米处； 突脊的钝角三角形的第二长边上开一个B斜孔，该B斜孔距钝角三角形的钝角顶点为0.2-0.7毫米，B斜孔与B柱体底孔连通，B斜孔的中轴线与C柱体相应的母线在同一平面内，B斜孔与C柱体的母线呈15-30度的夹角；与呈子弹头形高压电极嵌套于手柄内的绝缘套管呈圆柱体形，接地电极呈圆锥台形，呈子弹头形高压电极上套有圆形陶瓷垫圈；该圆形陶瓷垫圈的拱形凹面朝向突脊；圆形陶瓷垫片的直径为15-20毫米，在圆形陶瓷垫圈的圆心处开有一直径为5-8毫米的B垫片圆孔，圆形陶瓷垫圈边缘的厚度为1.5-3毫米，B垫片圆孔的厚度为0.7-1.5毫米；圆形陶瓷垫圈的底面是平面，圆形陶瓷垫圈的顶面是呈圆拱形的凹面，该凹面朝向突脊，该突脊的钝角三角形短边为直线或曲线。
9.如权利要求8所述的手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是所述绝缘套管的中轴线上开有一个直径为5-8毫米的E中轴通孔，距绝缘套管一端底面7-10毫米处开有一个D绝缘套管侧孔,该D绝缘套管侧孔垂直于绝缘套管的中轴线,D绝缘套管侧孔与E中轴通孔连通。
10.如权利要求8所述的手持便携式滑动弧低温等离子体的产生装置，其特征是所述接地电极为一圆锥台形的中空电极，接地电极分为D圆柱和E圆台两部分，该D圆柱的长为10-15毫米,E圆台的长为9-16毫米,E圆台的顶端开有一个直径为0.3-1毫米的D圆台顶孔，E圆台的内壁上设置一圈B收口，该B收口的厚度为1-1.5毫米，E圆台的内壁和接地电极中轴线的夹角与突脊的钝角三角形最小角的度数都为20-40度，突脊的钝角三角形第二长边与E圆台的内壁平行。
【文档编号】H05H1/24GK103997840SQ201410236903
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】方志, 张荐, 靳君, 吴伟杰 申请人:南京工业大学