一种等离子体射流发生装置

1.本发明涉及等离子体产生技术领域，具体而言，涉及一种等离子体射流发生装置。


背景技术：

2.等离子体(plasma)又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，其运动主要受电磁力支配，并表现出显著的集体行为，在航空、医疗以及处理污染废料中有着广泛的应用。
3.在目前发生等离子体射流的装置中，通常向放电腔体内通入气体是从装置尾部进入的，但是在采用这种方法通气产生等离子体射流的时候，往往在外界通入的气流过大的情况下，造成的气压会导致使用过程中，阴极晃动，甚至会在气压作用下，导致阴极像钉子一样射出，从而对放电腔内的放电过程产生影响。
4.有鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是现有技术中，通过从装置尾部向放电腔体内输送气体的时候，在气流过大的情况，造成在使用过程中阴极晃动，严重的时候会导致阴极像钉子一样射出，目的在于提供一种等离子体射流发生装置，能够实现在等离子体射流产生的过程中，不会对放电腔体内的放电过程产生任何影响。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种等离子体射流发生装置，包括放电腔体结构、供电电路以及供气结构，所述放电腔体结构包括底座、第一绝缘层、第一电极层以及等离子体加速层，所述第一绝缘层、所述第一电极层以及所述等离子体加速层依次通过螺丝顺次紧密连接在所述底座上，所述第一绝缘层上设有第一通孔，所述第一电极层上设有第二通孔，所述等离子体加速层上设有第三通孔，所述第一通孔、所述第二通孔以及所述第三通孔同轴心设置，所述第一通孔与所述第二通孔形成放电腔；所述底座上还设有阴极柱，所述阴极柱穿插在所述第一通孔与所述第二通孔之间；所述第一绝缘层上还设有通气孔，所述通气孔用于向所述第一通孔内输送气体；所述放电腔体结构用于产生等离子体射流，并将等离子体射流向外发射；所述供电电路用于向所述放电腔体结构提供直流电源；所述供气结构用于向所述第一通孔内输送气体。
8.传统的在等离子体射流产生的装置中，通常都是从装置的尾部进入放电腔体内，在阴极柱的作用下产生等离子体射流，但是采用这种装置对等离子体进行生成的时候，当输入的气流过大，会造成放电腔体内的气压过大，导致在使用过程中，阴极晃动，甚至会在气压作用下，导致阴极像钉子一样射出；本发明提供了一种等离子体射流发生装置，通过从侧面像放电腔内输送气体，且通过螺丝将从上到下形成放电腔体的层级紧密连接，避免了气流多大对各个层级状的冲击，实现在等离子体射流产生的过程中，不会对放电腔体内的
放电过程产生任何影响，防止阴极柱被射出。
9.优选地，所述阴极柱包括第一柱体与针尖，所述针尖包括第一圆柱体、第二圆柱体、圆锥体以及圆台，所述第一圆柱体一端设置在所述第一柱体上，所述第一圆柱体的另一端与所述圆台的下底面连接，所述圆台的上底面与所述第二圆柱体一端连接，所述第二圆柱体的另一端与所述圆锥底面连接。
10.优选地，所述圆台上底面直径、所述圆锥底面直径以及所述第二圆柱体的横截面直径相同，所述圆台下底面直径与所述第一圆柱体的横截面直径相同，所述第二圆柱体的横截面直径小于所述第一圆柱体的横截面直径。
11.优选地，所述等离子体加速层包括第二绝缘层与第二电极层，所述第二电极层设置在所述第二绝缘层上，所述第二电极层设有第一凸起，所述第二绝缘层上设有与所述第一凸起相匹配的第一凹槽。
12.优选地，所述第三通孔上设有缓冲腔室，所述缓冲腔室用于对传输的等离子体射流进行气流缓冲。
13.优选地，所述放电腔体结构内至少设置两层等离子体加速层，且至少一个等离子体加速层内的第三通孔设有lava喷管。
14.优选地，所述第一电极层设有第二凸起，所述第二通孔包括放电腔室、第一通道以及第二通道，所述第一通道通过所述放电腔室与所述第二通道连通设置，且所述第一通道设置在所述第二凸起上；所述针尖的尖端伸入到所述放电腔室设置。
15.优选地，所述装置设置至少三个螺丝，且所述螺栓均匀的将所述放电腔体结构的层状主体固定连接在一起。
16.优选地，所述供气结构包括流量计与气瓶，所述流量计设置在所述气瓶的出口，所述气瓶的出口通过流量计与所述通气孔连接。
17.优选地，所述第一绝缘层、所述第二绝缘层的材质均为陶瓷材质。
18.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
19.本发明实施例提供的一种等离子体射流发生装置，通过从侧面像放电腔内输送气体，且通过螺丝将从上到下形成放电腔体的层级紧密连接，避免了气流多大对各个层级状的冲击，实现在等离子体射流产生的过程中，不会对放电腔体内的放电过程产生任何影响，防止阴极柱被射出。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
21.图1为装置立体结构示意图
22.图2为装置剖视图
23.图3为底座与阴极座结构示意图
24.图4为供电电路示意图
25.附图标记：
26.1、第二电极层；2、螺丝；3、lava喷管；4、第二绝缘层；5、第一电极层；6、第一绝缘层；7、底座；8、通气孔；9、第一通孔；10、针尖；11、第一通道；12、缓冲腔室；13、第三通孔；14、放电腔室；15、第一圆柱体；16、圆台；17、圆锥；18、第二圆柱体；19、第一柱体。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
28.在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
29.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
30.在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“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发明和简化描述，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发明保护范围的限制。
31.本实施例公开了一种等离子体射流发生装置，本实施例是针对在现有的等离子体射流产生的装置中，从装置的尾部直接向放电腔体内输送气体，若在尾部输送气体的压力过大，会造成在等离子体射流产生的过程中，阴极柱无法稳定，且严重的时候可能会将阴极柱射出，因此，本实施例提供的装置中，将输入气体更改为从侧面输入，且通过螺丝2将形成放电腔体的各个层级及紧密连接，在保证放电腔体内不会漏气的情况下，保证在使用阴极柱的过程中，不会对阴极柱产生任何影响。
32.本实施例的示意图如图1～4所示，包括放电腔体结构、供电电路以及供气结构，所述放电腔体结构包括底座7、第一绝缘层6、第一电极层5以及等离子体加速层，所述第一绝缘层6、所述第一电极层5以及所述等离子体加速层依次通过螺丝2顺次紧密连接在所述底座7上，所述第一绝缘层6上设有第一通孔9，所述第一电极层5上设有第二通孔，所述等离子体加速层上设有第三通孔13，所述第一通孔9、所述第二通孔以及所述第三通孔13同轴心设置，所述第一通孔9与所述第二通孔形成放电腔；所述底座7上还设有阴极柱，所述阴极柱穿插在所述第一通孔9与所述第二通孔之间；所述第一绝缘层6上还设有通气孔8，所述通气孔8用于向所述第一通孔9内输送气体；所述放电腔体结构用于产生等离子体射流，并将等离子体射流向外发射；
33.所述第一电极层5设有第二凸起，所述第二通孔包括放电腔室14、第一通道11以及第二通道，所述第一通道11通过所述放电腔室14与所述第二通道连通设置，且所述第一通
道11设置在所述第二凸起上；所述针尖10的尖端伸入到所述放电腔室14设置，在第一电极层5内，设置放电腔室14，主要是将针尖10尖端伸入到放电腔室14，然后在外部气流输入的情况下，产生等离子体射流。
34.第一通孔9、第二通孔以及第三通孔13形成一个放电腔体，阴极柱伸入到第一通孔9内，进行放电，第二通孔与第三通孔13两边设置的电极层，用于将产生的等离子体射流进行加速射出。
35.所述供电电路用于向所述放电腔体结构提供直流电源，本实施例中设置的供电电路，主要是通过与不同的电极层之间进行连接，来实现对电极的电压供给；本实施例中，采用的供电电路结构图如图所示，需要将图4中1-5个点通过导线夹子引出，接入图1的等离子体装置上。具体是将图4中的导线夹子，依次连接到图1中的不同电极层上，通过连接的电阻分压的关系，来对电极层提供相对应的电压，在氩气未被击穿时候，导线夹子1与5之间为氩气，电阻很大，电流通过电路板上电阻。此时，我们可以观察到电源显示电流较小，数值大致为所加总电压除以串联电阻的总阻值。在氩气被击穿后，形成等离子体，此时导线1与5之间的电阻迅速下降，电流基本不会通过电路板上的电阻，而是直接走导线架子1与5中间的等离子体，电源电流示数会从ma级别变到a级别。所以可以通过电源的电流数值来判断是否击穿形成稳定的等离子体。
36.所述供气结构用于向所述第一通孔9内输送气体，本实施例中，所述供气结构包括流量计与气瓶，所述流量计设置在所述气瓶的出口，所述气瓶的出口通过流量计与所述通气孔8连接，设置流量计主要是为了控制输入到第一通孔9内的气压能够保证在一定的范围内，放置瞬间的气压过大，对装置产生一定的影响；
37.所述第三通孔13上设有缓冲腔室12，所述缓冲腔室12用于对传输的等离子体射流进行气流缓冲，设置缓冲腔室12的目的，主要的作用是当输入的气体气压过大的时候，会给放电通道内造成一定的缓冲过程。
38.所述阴极柱包括第一柱体与针尖10，所述针尖10包括第一圆柱体15、第二圆柱体18、圆锥17体以及圆台16，所述第一圆柱体15一端设置在所述第一柱体上，所述第一圆柱体15的另一端与所述圆台16的下底面连接，所述圆台16的上底面与所述第二圆柱体18一端连接，所述第二圆柱体18的另一端与所述圆锥17底面连接，本实施例中，利用尖端放电的原理，将阴极设计成阶梯状针尖10，可以防止针尖10断裂，同时方便放电。等离子体放电时，击穿氩气，瞬间会产生大电流，导致针尖10融化变黑，所以在材料的选用上可以用钨金属电镀一层铁镍，导电性好，耐高温，硬度大，抗氧化。
39.所述圆台16上底面直径、所述圆锥17底面直径以及所述第二圆柱体18的横截面直径相同，所述圆台16下底面直径与所述第一圆柱体15的横截面直径相同，所述第二圆柱体18的横截面直径小于所述第一圆柱体15的横截面直径。将尖端设置为阶梯形状的结构，针尖10的硬度会大一点，不会很容易的针尖10被烧断，与氩气接触面也大，放电效果会更好，且尖端的材料选用钨，然后利用电镀技术搞一层薄膜，防止其氧化。
40.所述等离子体加速层包括第二绝缘层4与第二电极层1，所述第二电极层1设置在所述第二绝缘层4上，所述第二电极层1设有第一凸起，所述第二绝缘层4上设有与所述第一凸起相匹配的第一凹槽，所述放电腔体结构内至少设置两层等离子体加速层，且至少一个等离子体加速层内的第三通孔13设有lava喷管3。
41.在等离子体加速层中，设置的第二电极层1，主要作用是将等离子体通道中，产生的等离子体加速引出。材料上用黄铜来制作，电极上有专门的接线端，方便与图4中的导线架子2-4连接在此处加入laval喷管设计的目的是增大气体流速，让引出的等离子体形成“子弹头”形状。laval喷管前后的等离子体通道直径不同，出气口的直径要略大于进气口方向。
42.本实施例中，所述装置设置至少三个螺丝2，且所述螺栓均匀的将所述放电腔体结构的层状主体固定连接在一起，设置的螺丝2至少三个，但是不限于三个，设置的个数是根据层状的尺寸以及结构来规定的，通过螺丝2将各个层级之间紧密连接，避免在等离子体射流产生的过程中，出现漏气的情况，采用的螺丝2为尼龙螺丝2。
43.本实施例中，所述第一绝缘层6、所述第二绝缘层4的材质均为陶瓷材质，将绝缘层设置为陶瓷材料的层状结构，主要是陶瓷在绝缘的同时，能够散发出电极在作用过程中产生的热量，避免装置的温度出现过高的情况，料选用陶瓷，耐高温并且硬度较高，并且绝缘，有效隔离上下级。
44.具体实施方式：
45.先对电源进行1min预热，让产生的电压稳定。先给装置通氩气，排尽内部的空气，让整个通路都被氩气充满，有效保护电极。然后给射流装置通电，逐渐调高电压，这个时候会在放电腔室14内发生等离子体化学反应。形成激发态的氩原子与电子进行碰撞，然后电离出带电粒子。通过中间电极所加的电场作用以及氩气气流带动，给带电粒子加速。同时可以利用laval喷管，给气流从亚音速加速到超音速。将这部分带电粒子从等离子体通道内拉出，形成等离子体射流。在等离子体激发的时候，先会产生一声尖锐的喷射的蜂鸣声，然后会形成稳定的射流，颜色呈红色。在等离子体形成稳定后，我们可以改变针尖10的距离，来观察射流长度是否发生变化，以及用纸张、肉类等来测试等离子体射流，能否来切割，借此反应电子能量。
46.本实施例公开的一种等离子体射流发生装置，通过从侧面像放电腔内输送气体，且通过螺丝2将从上到下形成放电腔体的层级紧密连接，避免了气流多大对各个层级状的冲击，实现在等离子体射流产生的过程中，不会对放电腔体内的放电过程产生任何影响，防止阴极柱被射出。
47.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。