本發(fā)明涉及等離子體領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體輔助激發(fā)方法、等離子體發(fā)生裝置及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、射頻/微波等離子體炬是一種利用高頻電磁場(chǎng)激發(fā)氣體以產(chǎn)生等離子體的裝置，廣泛應(yīng)用于材料表面處理、廢氣處理、光譜分析及航空航天推進(jìn)等領(lǐng)域。
2、然而，射頻/微波等離子體炬的穩(wěn)定激發(fā)與維持面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，主要源于射頻/微波源功率不穩(wěn)定、頻率頻移、環(huán)境極端（高溫、高濕）等因素。
3、目前，研究者已提出自適應(yīng)阻抗匹配、實(shí)時(shí)功率反饋控制及環(huán)境隔離措施等方法來改善等離子體炬焰的穩(wěn)定性。然而，這些方法仍存在響應(yīng)速度慢、控制精度不足或系統(tǒng)復(fù)雜度高等問題，難以在極端工況下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。更重要的是，針對(duì)被激發(fā)氣體為氬氣的情況，由于氬氣相對(duì)穩(wěn)定，自適應(yīng)阻抗匹配、實(shí)時(shí)功率反饋控制的方法尚能夠改善對(duì)氬氣的等離子體激發(fā)；而針對(duì)被激發(fā)氣體為空氣的情況，由于空氣的成分含量、濕度、溫度、壓強(qiáng)等條件不穩(wěn)定，上述傳統(tǒng)的方法對(duì)激發(fā)空氣以產(chǎn)生等離子體的點(diǎn)火成功率沒有突出的改善。
4、以上背景技術(shù)內(nèi)容的公開僅用于輔助理解本申請(qǐng)的構(gòu)思及技術(shù)方案，其并不必然屬于本申請(qǐng)的現(xiàn)有技術(shù)，也不必然會(huì)給出技術(shù)教導(dǎo)；在沒有明確的證據(jù)表明上述內(nèi)容在本申請(qǐng)的申請(qǐng)日之前已經(jīng)公開的情況下，上述背景技術(shù)不應(yīng)當(dāng)用于評(píng)價(jià)本申請(qǐng)的新穎性和創(chuàng)造性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種能夠輔助激發(fā)等離子體的方法和裝置。
2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
3、一種等離子體輔助激發(fā)方法，利用輔助激發(fā)裝置對(duì)等離子體炬進(jìn)行輔助激發(fā)：
4、所述輔助激發(fā)裝置包括激勵(lì)源、第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電極分別與所述激勵(lì)源的兩端電連接；當(dāng)接通所述激勵(lì)源時(shí)，所述第一電極與第二電極之間放電而產(chǎn)生電?。?/p>
5、將所述第一電極和第二電極的放電端布置在等離子體炬的工作氣進(jìn)氣通道內(nèi)或炬焰噴口外。
6、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，利用射頻能量或微波能量激發(fā)所述等離子體炬，向所述等離子體炬內(nèi)通入工作氣，并接通所述輔助激發(fā)裝置的激勵(lì)源。
7、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，所述激勵(lì)源為交流電源，或者，所述激勵(lì)源為直流電源。
8、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種等離子體發(fā)生裝置，包括等離子體炬和輔助激發(fā)裝置，其中，所述輔助激發(fā)裝置包括激勵(lì)源、第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電極分別與所述激勵(lì)源的兩端電連接；當(dāng)接通所述激勵(lì)源時(shí)，所述第一電極與第二電極之間放電而產(chǎn)生電弧；
9、所述等離子體炬包括激發(fā)能量接入口、工作氣通入口、等離子體反應(yīng)腔體和炬焰噴口，所述激發(fā)能量接入口被配置為與射頻能量源或微波能量源連接，所述工作氣通入口被配置為與工作氣進(jìn)氣通道連通；
10、所述第一電極和第二電極設(shè)置在所述工作氣進(jìn)氣通道內(nèi)或炬焰噴口外。
11、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，所述等離子體反應(yīng)腔體為介質(zhì)管，所述激發(fā)能量接入口為波導(dǎo)，所述第一電極與第二電極設(shè)置在所述介質(zhì)管的入口處或出口處；
12、或者，所述第一電極與第二電極的放電端伸入所述介質(zhì)管內(nèi)部，且不伸入與波導(dǎo)對(duì)應(yīng)的介質(zhì)管區(qū)域。
13、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，所述等離子體反應(yīng)腔體的底壁設(shè)有向反應(yīng)腔體上端延伸的內(nèi)電極，所述激發(fā)能量接入口、工作氣通入口分別設(shè)置在等離子體反應(yīng)腔體的側(cè)壁上，且所述激發(fā)能量接入口設(shè)有與所述內(nèi)電極連接的能量導(dǎo)體；
14、所述第一電極與第二電極設(shè)置在所述工作氣進(jìn)氣通道內(nèi)或者所述反應(yīng)腔體上端的炬焰噴口外。
15、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，所述等離子體反應(yīng)腔體的底壁設(shè)有向反應(yīng)腔體上端延伸的內(nèi)電極，且該內(nèi)電極為空心柱狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部容置有一用于通入工作氣的介質(zhì)管；所述激發(fā)能量接入口設(shè)置在等離子體反應(yīng)腔體的側(cè)壁上，且所述激發(fā)能量接入口設(shè)有與所述內(nèi)電極連接的能量導(dǎo)體；
16、所述第一電極與第二電極設(shè)置在所述介質(zhì)管的入口處或者所述反應(yīng)腔體上端的炬焰噴口外。
17、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，所述內(nèi)電極與所述等離子體反應(yīng)腔體同軸設(shè)置，所述內(nèi)電極的上端不探出所述等離子體反應(yīng)腔體。
18、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，所述激勵(lì)源為交流電源，所述第一電極與第二電極分別通過兩個(gè)引線與交流電源連接，且可選地，其中一個(gè)電極可以接地；
19、或者，所述激勵(lì)源為直流電源。
20、進(jìn)一步地，承前所述的任一技術(shù)方案或多個(gè)技術(shù)方案的組合，所述第一電極和第二電極均具有尖端結(jié)構(gòu)；
21、和/或，所述第一電極與第二電極的針頭間距介于0.5mm至50mm；
22、和/或，所述第一電極與第二電極的針頭中間點(diǎn)位于所述等離子體反應(yīng)腔體的虛擬中心軸上；
23、和/或，所述第一電極與第二電極的長(zhǎng)度方向的虛擬軸重疊或平行；
24、和/或，所述第一電極與第二電極的放電端在輔助激發(fā)區(qū)域內(nèi)任意布置，其中，所述輔助激發(fā)區(qū)域?yàn)檫M(jìn)氣通道或炬焰噴口外預(yù)設(shè)距離范圍的空間；
25、和/或，所述激勵(lì)源的激勵(lì)電壓介于0.1kv-50kv。
26、根據(jù)本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明提供了一種等離子體發(fā)生系統(tǒng)，包括激發(fā)能量裝置、工作氣源及如上所述的等離子體發(fā)生裝置，所述激發(fā)能量裝置為射頻能量源或微波能量源，所述激發(fā)能量裝置與等離子體發(fā)生裝置的激發(fā)能量接入口連接，所述工作氣源與等離子體發(fā)生裝置的工作氣通入口連通以形成工作氣進(jìn)氣通道。
27、本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來的有益效果如下：適用于射頻/微波能量饋入的各種等離子體炬，利用電極間放電產(chǎn)生的電弧或等離子體來輔助激發(fā)微波等離子體，以產(chǎn)生穩(wěn)定的炬焰；既可以在進(jìn)氣通道處輔助激發(fā)，又可在等離子體炬的噴口外輔助激發(fā)，靈活適應(yīng)各種場(chǎng)景。
1.一種等離子體輔助激發(fā)方法，其特征在于，利用輔助激發(fā)裝置對(duì)等離子體炬進(jìn)行輔助激發(fā)：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體輔助激發(fā)方法，其特征在于，利用射頻能量或微波能量激發(fā)所述等離子體炬，向所述等離子體炬內(nèi)通入工作氣，并接通所述輔助激發(fā)裝置的激勵(lì)源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體輔助激發(fā)方法，其特征在于，所述激勵(lì)源為交流電源，或者，所述激勵(lì)源為直流電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體輔助激發(fā)方法，其特征在于，先通入工作氣，后打開等離子體炬連接的激發(fā)能量裝置，再接通所述第一電極、第二電極與激勵(lì)源的回路，所述第一電極、第二電極與激勵(lì)源的回路接通時(shí)長(zhǎng)介于50微秒至60秒之間，或者介于0.5毫秒至10秒之間，或者介于1毫秒至2秒之間；
5.一種等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，包括等離子體炬和輔助激發(fā)裝置，其中，所述輔助激發(fā)裝置包括激勵(lì)源、第一電極和第二電極，所述第一電極和第二電極分別與所述激勵(lì)源的兩端電連接；當(dāng)接通所述激勵(lì)源時(shí)，所述第一電極與第二電極之間放電而產(chǎn)生電??；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，所述等離子體反應(yīng)腔體為介質(zhì)管，所述激發(fā)能量接入口為波導(dǎo)，所述第一電極與第二電極的放電端設(shè)置在所述介質(zhì)管的入口處或出口處；
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，所述等離子體反應(yīng)腔體的底壁設(shè)有向反應(yīng)腔體上端延伸的內(nèi)電極，所述激發(fā)能量接入口、工作氣通入口分別設(shè)置在等離子體反應(yīng)腔體的側(cè)壁上，且所述激發(fā)能量接入口設(shè)有與所述內(nèi)電極連接的能量導(dǎo)體；
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，所述等離子體反應(yīng)腔體的底壁設(shè)有向反應(yīng)腔體上端延伸的內(nèi)電極，且該內(nèi)電極為空心柱狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部容置有一用于通入工作氣的介質(zhì)管；所述激發(fā)能量接入口設(shè)置在等離子體反應(yīng)腔體的側(cè)壁上，且所述激發(fā)能量接入口設(shè)有與所述內(nèi)電極連接的能量導(dǎo)體；
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，所述內(nèi)電極與所述等離子體反應(yīng)腔體同軸設(shè)置，所述內(nèi)電極的上端不探出所述等離子體反應(yīng)腔體。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的等離子體發(fā)生裝置，其特征在于，所述第一電極和第二電極均具有尖端結(jié)構(gòu)；
11.一種等離子體發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，包括激發(fā)能量裝置、工作氣源及如權(quán)利要求5至10中任一項(xiàng)所述的等離子體發(fā)生裝置，所述激發(fā)能量裝置為射頻能量源或微波能量源，所述激發(fā)能量裝置與等離子體發(fā)生裝置的激發(fā)能量接入口連接，所述工作氣源與等離子體發(fā)生裝置的工作氣通入口連通以形成工作氣進(jìn)氣通道。