CN101606443B - 高电压等离子体发生装置 - Google Patents

Abstract

一种能够用于NO氧化处理装置等且可生成高电压等离子体的等离子体发生装置(10)，包括：线状电极(22)，通过接收交流信号的电流供应以产生谐振来生成高电压；接地电极(24)，与线状电极(22)间隔设置，并形成有覆盖线状电极(22)周围的内部空间(24b)，以使能够抑制由线状电极(22)所放射的电磁波的泄漏；控制装置(40)，其控制线状电极(22)的供电，其中，控制装置(40)包括：电场探头(30)，其对内部空间(24b)的电场进行计测；带通滤波器(44)，其将该计量信号过滤为规定频带并将其作为交流信号；可变移相器(52)，其对交流信号进行相位位移，以使该交流信号作为电流而供电到线状电极(22)时，与在内部空间(24b)内的谐振信号同步；放大器(54)，对进行了相位位移的交流信号进行放大。

Description

高电压等离子体发生装置

技术领域

本发明涉及能够在高频带例如在100MHz～10GHz频带使用10²～10⁵V高电压来生成等离子体的高电压等离子体发生装置，例如，涉及能够适用于对由柴油机等所排出的气体中的NO(一氧化氮)进行氧化处理的氧化处理装置等领域的装置。

背景技术

目前，为了对由柴油发动机等所排出的气体中的NO(一氧化氮)进行氧化处理，公开有利用大气压中的高电压等离子体的氧化处理装置。

为了生成高电压等离子体，在使用常用于10MHz以下低频带的电压转换用变压器时，在100MHz以上的高频中，需要减小电感(电抗)，因此必须减少线圈的卷绕数或线圈的尺寸。因而用作电线的线圈的直径也会变细，从而存在无法输入大的功率的问题。

另一方面，如果在不转换上述电压且保持低特性阻抗(例如50Ω等)的情况下要提高电压，则例如，相对于1000V的电压需要10kW(＝1000²·50/2)的功率。实际上难以具有能够输入这种功率的电源。

另一方面，在下述的非专利文献1中公开有一种平行平板型高电压等离子体发生装置，为了氧化由发动机等所排出的气体中的NO，在数kHz的频率下，使用振荡器将峰值电压为5000～10000V的高电压脉冲施加到电极上，由此在电极间生成等离子体。

非专利文献1：“并用非平衡等离子体与化学反应过程的NO_x的完全去除技术(现有型和阻挡型等离子体反应器的性能比较)”，日本机械学会论文集66-646B，1501-1506(2000)

发明内容

但是，上述平行平板型装置存在如下问题：由于所施加的脉冲电压信号与阻抗不匹配，因此供给电力的一部分被反射，从而导致电力无法充分供给电极上。此外，在数kHz的高电压脉冲中，通过高电压脉冲来放电的时间较短且高电压脉冲之间的时间较长。此时，由于一次从气体中电离出来的电子进行再结合，因此每次施加高电压脉冲时，为了电离电子必须供给大量的能量，从而成为功率效率较低的装置。因此存在NO的单位时间的氧化处理量相对于输入功率较低的问题。

于是，本发明为了解决上述问题点，其目的在于提供能够用于NO氧化处理装置等且可生成高电压等离子体的等离子体发生装置，该装置与现有技术相比不但能够抑制输入电力还使高电压等离子体能够有效地生成。。

为了达到上述目的，本发明提供一种高电压等离子体发生装置，其利用10²～10⁵V的高电压来生成等离子体，其特征在于，该装置包括：第1电极，从馈电点接收含有规定频率信号的第1交流信号的供电，该供电导致谐振发生，由此产生高电压；第2电极，被接地，其以与上述第1电极间隔且包围上述第1电极的周围的方式设置，在上述第1电极的周围上确定有空间；电场探头，其对接收上述第1交流信号供电的上述第1电极与第2电极的电极之间所产生的电场强度进行计测；控制装置，对从上述电场探头计测出的计量信号进行调整以生成上述第1交流信号；上述控制装置包括：滤波器，其将上述电场探头计测出的计量信号过滤为事先设定好的频带并将其作为第2交流信号，所述事先设定好的频带为谐振频带；可变移相器，其对上述第2交流信号进行相位位移，以使当后述放大了的所述第2交流信号作为电力供电到上述第1电极时，与在上述空间中所发生的电场谐振同步；放大器，其对进行了相位位移的上述第2交流信号进行放大，上述控制装置将放大了的第2交流信号作为上述第1交流信号供电给上述第1电极。

此时，优选上述控制装置还包括对上述第2交流信号进行振幅调制的调幅器，用来控制在上述空间中生成的等离子体的增减。

此外，优选上述控制装置对由上述电场探头所输出的计量信号进行检波，且监测上述电场或生成的等离子体状态，并根据监测结果控制上述可变移相器和上述调幅器中的至少一个。

并且，上述第1电极为在一个方向上呈长度较长形状的线状电极；通过上述第2电极而形成的上述空间为用来包围第1电极的周围的细长的空间；从上述线状电极的两端至上述接地电极的间隔距离与从上述线状电极的上述两端的周边部分至上述接地电极的间隔距离相比短。

此外，所述线状电极的馈电点偏离所述线状电极的长度方向上的中心位置，且其偏差值x₀以下述式(1)表示，

式1

$\frac{X_0}{2l}=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\sin }^{-1}\left(\sqrt{\frac{\mathrm{\π}{Z}_{00}}{2Q{Z}_{\mathrm{cr}}}}\right)---\left(1\right)$

其中，2l为线状电极的长度；Z₀₀为供电给馈电点的馈电线的特性阻抗；Z_cr为将线状电极作为传输线时的特性阻抗Z_c的实数部，其中，Q＝1/χ，在此，χ为表示在高电压等离子体发生装置中生成等离子体时的等效电容C的能量损失的系数。

在本发明中，控制装置中具有反馈系统，其对在第1电极和第2电极之间产生的电场进行计测的计量信号进行过滤，进而将此时的交流信号的相位发生位移，然后将该交流信号作为交流电流来进行放大以供电给第1电极。所以，能够使供电的交流信号追随因生成等离子体而引起的谐振频率的变化。此时，由于以与谐振同步的信号作为电力来进行供电，因此能够使谐振很容易放大。所以，与使用振荡器来生成信号的现有装置相比，不但能够抑制输入电力还使高电压等离子体能够有效地生成。

此外，由于具有对供电的交流信号实施振幅调制的调幅器，因此通过振幅调制能够改变交流信号的占空比，从而使谐振的增加、减小变得很容易进行调整。

并且，当将第1电极作为线状电极时，线状电极的馈电点的位置偏离线状电极的长度方向上的中心位置，且通过将其偏差值x₀规定在上述式(1)的方式能够形成阻抗匹配的系统。所以，与现有装置相比，抑制输入电力且使高电压等离子体能够有效地生成。

附图说明

图1为本发明的高电压等离子体发生装置的一个实施方式的概略框图；

图2中，图2(a)为图1所示的反应器的截面图；(b)为沿(a)中的B-B’线进行切断时的箭头方向截面图；(c)为沿(a)中的A-A’线进行切断时的箭头方向截面图；

图3(a)、(b)为简略表示图1所示的线状电极的谐振系统的传输线模型；

图4为当使用图3(a)、(b)表示的传输线模型时，说明馈电位置与输入阻抗之间的关系的说明图。

符号说明

10  高电压等离子体发生装置

20  反应器

22  线状电极

22a，22b  两端

24  接地电极

24a  凹部

24b  内部空间

25  放电用突出部

26  电介质

28  馈电接线端子

30  电场探头

32  孔

40  控制装置

42  定向耦合器

44  带通滤波器

46  检波器

48  放大滤波器

50  调幅器

52  可变移相器

54  放大器

具体实施方式

以下，基于图1所示的高电压等离子体发生装置10来说明本发明的高电压等离子体发生装置。

图1为高电压等离子体发生装置(以下，称为装置)10的概略框图。

装置10包括生成高电压等离子体的反应器20和控制装置40。

图2(a)～(c)表示反应器20。图2(a)为从反应器20的侧面观察的截面图；图2(b)为沿图2(a)中的B-B’线进行切断时的箭头方向截面图；图2(c)为沿图2(a)中的A-A’线进行切断时的箭头方向截面图。

反应器20以主要包括线状电极(第1电极)22、一对接地电极(第2电极)24、一对电介质26、馈电接线端子28以及电场探头30的方式构成，且其为呈棒状的装置。

线状电极22是在内部空间24b内沿接地电极24的壁面方向与其壁面相距一定距离的方式设置的、在一个方向上呈长线状的电极。内部空间24b是通过使一对接地电极24的凹部24a相对而置的方式设置而形成的空间。

线状电极22被细长的板状电介质26夹持而构成有带状线路。在本实施方式中，除了带状线路之外，还可以使用微带线或同轴电缆中心导体。线状电极22可以使用高导体材料，例如可以优选使用银、铜、铝等。

线状电极22是具有长2l的长度的带状线，且在与其长度方向的中心位置稍微错开的位置，具体来说在上述式(1)中所确定的位置上设置有馈电点F。作为电力交流信号从馈电线29通过馈电接线端子28施加在馈电点F上。馈电点F之所以被设置在与线状电极22的长度方向的中心位置稍微错开的位置，是因为如后述，为了获得向反应器20供电时的阻抗匹配的缘故。线状电极22与交流偶极天线相同，当使传输在线状电极22中的传送信号的波长λ的一半长度作为线状电极22的长度2l时，由于发生最低阶模式的共振而能够有效生成高电压，因此上述长度2l成为在装置10中能够决定共振频率的重要因素。在本实施方式中，长度2l以在100MHz～10GHz频带有效产生高电压的方式来设定。

另外，电介质26使用介质损耗低且耐热性高的电介质材料。例如，适用石英玻璃、氧化铝和含有氮化硼的陶瓷等。

接地电极24以包围线状电极22的周围的方式设置且被接地。具体来说，一对接地电极24，24以相对而置的方式设置，通过设置在相对而置的一对接地电极24，24内侧面的凹部24a来决定内部空间24b。在内部空间24b中，设置有被一对电介质26所夹持的线状电极22，一对电介质26与接地电极24的内侧面接触而固定。因此内部空间24b是以包围线状电极22的周围的方式来形成，且线状电极22与接地电极之间有间隔。

接地电极24使用导电性较高的导体材料，例如适用银、铜、铝等。

线状电极22中除了两端22a、22b的大部分与接地电极间隔有一定距离，而线状电极22的两端22a、22b与接地电极的间隔距离，与两端22a、22b周边部分的间隔距离相比较短。更具体来讲，对应于线状电极22的两端22a、22b的接地电极24的部分中设置有放电用突出部25，以使从线状电极22的两端22a、22b到接地电极24的间隔距离与上述一定的间隔距离相比短。放电用突出部25使用导体材料或高电介质材料。另外，放电用突出部25不仅可以设置在接地电极24的一侧，也可以设置在线状电极22的一侧。此处所说的间隔距离是指，从线状电极22的注视位置到接地电极24之间的距离中最为短的距离。之所以将线状电极22的两端22a、22b到接地电极24的间隔距离设置成短于其周围部分，是因为线状电极22的两端22a、22b中电压变得最高，以使等离子体在该部分能够有效生成。

另外，馈电接线端子28按照通过绝缘部件与接地电极24绝缘的馈电线29与线状电极22的馈电点F相连接的方式设置在接地电极24上。

另外，虽然一对接地电极24以相对而置的方式设置，但是反应器20的两端(图2(a)中的左右两端)设置有与外部机器或外部大气相通的孔32，其与内部空间24b相连接。当将装置10用来对例如氧化柴油发动机等的排气中的NO等进行处理时，从一侧的孔32导入所排出的气体并利用高电压等离子体来氧化NO等，之后从另一侧的孔32排放到外部大气中。另外，为了使在内部空间24b中生成的电磁波不泄漏到外部，孔32的直径以远远小于线状电极22的长度2l的方式来进行设定，具体来说，孔32的截面的最大宽度以相对于作为电磁波的波长λ的一半的λ/2被设定成极小的宽度。

电场探头30为感知内部空间24b内的电场并输出与电场强度成比例的计量信号的传感器，它被设置在接地电极24上。电场探头30可以使用公知的电场探头，电场探头30所感知的计量信号被传输到控制装置40。

控制装置40处理从电场探头30所得到的计量信号并对其进行调整，然后将调整好的信号作为电力供电给线状电极22。

控制装置40按照以下方式构成：其包括定向耦合器42、带通滤波器44、检波器46、放大滤波器48、调幅器50、可变移相器52、放大器54和控制单元56。

定向耦合器42为对电场探头30所得到的计量信号进行分离的部分。被分离的一部分计量信号通过检波器46、放大滤波器48被传输到控制单元56，而另一部分的计量信号被传输到带通滤波器44。

带通滤波器44用来从电场探头30的计量信号中仅取出谐振频率的频带波长。例如，谐振频带被预先设定，例如将其设定为100MHz的情况下，带通滤波器44的频带被设定为50MHz～150MHz。在带通滤波器44中得到的交流信号被传输到调幅器50。

调幅器50是为了通过改变占空比来控制等离子体的生成量，对带通滤波器44所传输来的交流信号进行振幅调制的部分。例如，用于排气中的NO(一氧化氮)的氧化处理装置的情况下，通过改变占空比来改变等离子体的生成量，由此控制NO的处理量。排气量越多则占空比变得越高。此时，振幅调制频率被设定为数kHz～1MHz左右。

可变移相器52是对调制了振幅的交流信号实施规定的相位位移的部分。在可变移相器52中所进行的相位位移按照下述方式进行控制：当如后述的被放大的交流信号作为馈电点F的供电电流(电压)而供给到馈电点F时，使其与在反应器20内产生谐振时的电流(电压)的相位呈同相位，即与电场的谐振同步。设定相位位移量时，要考虑从电场探头30到馈电点F的反馈路径的传输线的传输时间和各处理所需的延迟时间。

放大器54按照规定的放大率对相位位移了的交流信号进行放大，并作为电流供给到馈电点F。

在调幅器50和可变移相器52中，根据控制单元56的控制信号来实施振幅调制和位相位移。控制单元56以通过检波器46和放大滤波器48来监测提供来的计量信号并根据其监测结果决定振幅调制和位相位移的方式来生成控制信号。监测按照如下方式进行：例如，求出谐振频率中的电场强度并从该电场强度评价电场或所生成的等离子体状态，进一步评价谐振是在放大还是在减小。

检波器46是以与设定好的谐振频率相同的频率信号作为基准信号对计量信号进行检波的部分。放大滤波器48对检波了的计量信号进行放大，且仅使规定频率的成分通过并传输到控制单元56。

这样，本发明对由感知反应器20内的电场强度的电场探头30所计测出的计量信号进行振幅调制，且将通过进行相位位移而得到的交流信号作为供电给反应器20的供电电力而反馈到反应器20上。

本发明中，装置10虽然不构成有振荡器但利用反馈系统来生成高电压的输出，然而在谐振的开始阶段中，通过放大器54的热噪声等噪音成分作为对应于谐振频率的信号成分而被供电，该信号变成触发信号而产生微弱的谐振，该微弱的谐振通过利用反馈系统的供电作用而被放大。

另外，利用液体氮或液体氦对接地电极24的周围进行冷却，由此能够提高高电压的输出。

利用传输线模型对作为上述装置10的谐振器的线状电极22进行更详细的说明。图3(a)、(b)是表示线状电极22的谐振系统的传输线模型图。如图3(a)所示，在传输线模型中以沿着轴平行配置的一对传输线来表示。馈电点F的位置为x₀。

如图3(b)所示，当将位置x中的电压设定为V、将离位置x相距Δ_x的位置x+Δ_x中的电压设定为V+ΔV时，可由连续式得到下述式(2)。在此，I₀(t)表示供给到馈电点F的电流，等效电容C表示每单位长度的容量。另一方面，在传输线模型中，能够将传输线的每单位长度的等效电阻R与传输线的每单位长度的等效电感L之间的关系表示在下述式(3)中。在此，式(2)中的等效电容C在等离子体的导电度有限的情况下会变成多个。在该等效电容C引起的能量损失中只考虑等离子体引起的损失，可以表示为如下述式(4)。

式2

$C\frac{\∂V(t,x)}{\∂t}+\frac{\∂I(t,x)}{\∂x}=I_0\left(t\right)\∂(x-x_0)---\left(2\right)$

式3

$R\·I(t,x)+L\frac{\∂I(t,x)}{\∂t}+\frac{\∂V(t,x)}{\∂x}=0---\left(3\right)$

式4

C＝Cr(1-iχ)        (4)

将上述式(2)～(4)总结成一个式，则电压V的2次偏微分方程式可表示为下述式(5)。在此，由于等离子体的导电度低于传输线的导电度，因此忽略传输线的等效电阻R。在此，将狄拉克函数δ(x-x₀)以下述式(6)的方式级数展开，与此同时，电压V也以下述式(7)的方式级数展开。

式5

$L\·\mathrm{Cr}\frac{{\∂}^{2}V(t,x)}{\∂t^2}+L\·\mathrm{Cr}\left(\mathrm{\χ\ω}\right)\frac{\∂V(t,x)}{\∂t}-\frac{{\∂}^{2}V(t,x)}{\∂x^2}=L\frac{{\mathrm{dI}}_0\left(t\right)}{\mathrm{dt}}\mathrm{\δ}(x-x_0)---\left(5\right)$

式6

$\mathrm{\δ}(x-x_0)=\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}[{\mathrm{\ξ}}_n\cos \left(\frac{\mathrm{n\πx}}{l}\right)+{\mathrm{\η}}_n\sin \{(n+\frac{1}{2})\frac{\mathrm{\πx}}{l}\left\}\right]$

(6)

其中 ${\mathrm{\ξ}}_n=\frac{1}{l}\cos \left(\frac{\mathrm{n\π}{x}_0}{l}\right),{\mathrm{\η}}_n=\frac{1}{l}\sin \left\{(n+\frac{1}{2})\frac{\mathrm{\π}{x}_0}{l}\right\}$

式7

$V(t,x)=\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}[a_n\left(t\right)\cos \left(\frac{\mathrm{n\πx}}{l}\right)+b_n\left(t\right)\sin \{(n+\frac{1}{2})\frac{\mathrm{\πx}}{l}\left\}\right]---\left(7\right)$

此时的式(5)的解以如下述式(8)的方式来表示。作为最低阶的谐振模式n＝0的模式中，电压V的传输线上的分布以如下述式(9)的方式来表示。下述式(10)为更简单地表示了式(9)的数学式。与此相应的电流分布被表示在式(11)中。在n＝0的模式中，从式(10)可知电压V的分布相当于正弦波的半波长分布，且在x＝±l(两端的位置)处其电压的绝对值变得最大。装置10由此使最低谐振模式中的线状电极22的两端22a、22b(参照图2(a))处的电压变得最大，且等离子体在两端22a、22b与接地电极24之间易于生成。而且如上述所述，两端22a、22b与接地电极24之间的间隔距离比其他部分近，因此生成等离子体的可能性极高。

式8

$V(t,x)=\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}[\frac{\left(\mathrm{i\ω}\frac{{\mathrm{\ξ}}_n}{\mathrm{Cr}}\right)I_{00}{e}^{\mathrm{i\ωt}}\cos \left(\frac{\mathrm{n\πx}}{l}\right)}{-{\mathrm{\ω}}^2+{\left(\frac{\mathrm{n\π}}{l\sqrt{\mathrm{LCr}}}\right)}^2+\mathrm{i\χ}{\mathrm{\ω}}^2}+$

$\frac{\left(\mathrm{i\ω}\frac{{\mathrm{\η}}_n}{\mathrm{Cr}}\right)I_{00}{e}^{\mathrm{i\ωt}}\sin \left\{(n+\frac{1}{2})\frac{\mathrm{\πx}}{l}\right\}}{-{\mathrm{\ω}}^2+{\left\{(n+\frac{1}{2})\frac{\mathrm{\π}}{l\sqrt{\mathrm{LCr}}}\right\}}^2+\mathrm{i\χ}{\mathrm{\ω}}^2}]---\left(8\right)$

其中，I₀(t)＝I₀₀e^iωt

式9

$V_{n=0}(t,x)=\frac{\left(\mathrm{i\ω}\frac{{\mathrm{\η}}_n}{\mathrm{Cr}}\right)I_{00}{e}^{\mathrm{i\ωt}}\sin \left(\frac{\mathrm{\πx}}{2l}\right)}{-{\mathrm{\ω}}^2+{{\mathrm{\ω}}_0}^2+\mathrm{i\χ}{\mathrm{\ω}}^2}---\left(9\right)$

式10

$V_{n=0}(t,x)=V_{00}{e}^{\mathrm{i\ωt}}\frac{\sin \left(\frac{\mathrm{\πx}}{2l}\right)}{\sin \left(\frac{\mathrm{\π}{x}_0}{2l}\right)}---\left(10\right)$

其中，V₀₀是馈电点X＝X₀处的输入电压。

式11

$I_{n=0}(t,x)=i\frac{Z_{00}}{Z_c}{I}_{00}{e}^{\mathrm{i\ωt}}\frac{\cos \left(\frac{\mathrm{\πx}}{2l}\right)}{\sin \left(\frac{\mathrm{\π}{x}_0}{2l}\right)}---\left(11\right)$

Z₀₀是馈电线的特性阻抗，Z_c是传输线的特性阻抗，即

接下来，对馈电点F中的阻抗匹配进行说明。

一般来讲，在传输线上从输入侧到负载侧的输入阻抗Z_in可由下述式(12)来表示。本发明中的负载指的是由等离子体而引起的放电负载。Z_r表示放电负载的负载阻抗。Z_c表示上述传输线中的特性阻抗；γ表示系统的传播常数，且γ可表示为γ＝i·(π/2l)·(1-i·χ/2)。

此时，馈电点x＝x₀中的阻抗匹配条件为下述式(13)。

在此，Z₀₀表示馈电线侧的输入阻抗；Z_inp表示从馈电点x＝x₀位置到图3(a)的x轴正方向(图中右侧)上的输入阻抗。Z_inn表示从馈电点x＝x₀位置到图3(a)的x轴负方向(图中左侧)上的输入阻抗。因此，利用式(12)求出Z_inp、Z_inn，检查是否具有满足式(13)的解的组，具体来说，馈电点F的位置和损失系数得以存在的组，由此可以得知阻抗匹配是否可能。

式12

$Z_{\mathrm{in}}=Z_c\·\frac{Z_r+Z_c\tanh \left(\mathrm{\γx}\right)}{Z_c+Z_r\tanh \left(\mathrm{\γx}\right)}$

其中，

$Z_c=\sqrt{\frac{L}{C}}\≈\sqrt{\frac{L}{\mathrm{Cr}}}(1+i\frac{\mathrm{\χ}}{2})---\left(12\right)$

式13

$\frac{1}{Z_{00}}=\frac{1}{Z_{\mathrm{inp}}}+\frac{1}{Z_{\mathrm{inn}}}---\left(13\right)$

图4是说明使用图3(a)、(b)表示的传输线模型时的馈电位置与输入阻抗之间的关系的说明图。此时，设定Z_cr＝100Ω、Z_r＝10¹⁸Ω(实际上无限大)。另外，ω＝(π/2l)·(L·C)^-(1/2)。

如图4所示，在0.002～0.006的范围内改变χ/2的值时，由于作为常用的馈电线使用阻抗50Ω的馈电线，所以当检查具有该值的馈电点F的位置x₀是否存在时，得知阻抗50Ω的位置x₀是存在的。利用50Ω进行阻抗匹配时的馈电点F的位置x₀以x₀/l(l为线状电极22的长度的一半)值来表示时，其值为0.1以下。由此，如果χ确定，则如上述式(1)所示，能够唯一地求出偏差值x₀，并从该偏差值x₀可以确定出馈电点F的位置。实现这样的阻抗匹配的馈电点F的位置x₀依赖于反应器20的谐振系统中的等效电感L、等效电容C和等效电阻R，而这些值随着使用条件发生变动。所以，馈电点F的位置x₀优选在装置10的制作阶段中先确定反应器20的使用条件之后再来决定其位置。

另外，馈电点F的位置x₀(偏差值)按照下述方式来求得：将在上述式(6)中所定义的n＝0的η_n代入到上述式(9)，并利用ω＝ω₀＝(π/2l)·(L·C)^-(1/2)进行整理后得到下述式(14)。此时，由于V_n＝0(t，x₀)＝V₀₀，因此可以表示成如下述式(15)。此时，设定Q＝1/χ，从而得到下述式(16)。通过该式(16)，馈电点F的位置x₀可表示为上述式(1)。

式14

$V_{n=0}(t,x)=\frac{1}{\mathrm{\χ}}\·\frac{2}{\mathrm{\π}}\·\frac{Z_{\mathrm{cr}}}{Z_{00}}{V}_{00}{e}^{\mathrm{i\ωt}}\sin \left(\frac{\mathrm{\π}{x}_0}{2l}\right)\sin \left(\frac{\mathrm{\πx}}{2l}\right)---\left(14\right)$

式15

$\frac{1}{\mathrm{\χ}}\·\frac{2}{\mathrm{\π}}\·\frac{Z_{\mathrm{cr}}}{Z_{00}}{V}_{00}\·{\left\{\sin \left(\frac{\mathrm{\π}{x}_0}{2l}\right)\right\}}^2=V_{00}---\left(15\right)$

式16

$Q=\frac{1}{\mathrm{\χ}}=\frac{\mathrm{\π}}{2}\·\frac{Z_{00}}{Z_{\mathrm{cr}}}\·\frac{1}{{\left\{\sin \left(\frac{\mathrm{\π}{x}_0}{2l}\right)\right\}}^2}---\left(16\right)$

在本发明中，这样的谐振发生对于线状电极22来说，处理电场探头30所计测出的计量信号且作为再度电力而进行供电，并通过谐振使振幅变大，因此在式(10)所示的电压分布中，能够容易生成最大电压为10²～10⁵V的高电压。特别是，优选对阻抗匹配的馈电点F的位置x₀进行限制，其位置最好从中心位置偏离在上述式(1)中所确定的偏差值x₀的位置。由于在该位置进行阻抗匹配，因此高效率的供电成为可能，且在不使用以往振荡器的情况下能够容易生成最大电压为10²～10⁵V的高电压。

综上所述，对本发明的高电压等离子体发生装置进行了详细说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明主题的范围内，当然也可以进行各种改进和变形。本发明除了适用于柴油发动机等排出的排气中的NO(一氧化氮)的氧化处理装置之外，还可以适用于通过利用使用在半导体制造过程中的大气压等离子体而进行蚀刻或成膜等的处理装置。另外，也适用于气体激光发生装置。

Claims (5)

1.一种高电压等离子体发生装置，其利用10²～10⁵V的高电压来生成等离子体，其特征在于，该装置包括：

第1电极，从馈电点接收含有规定频率信号的第1交流信号的供电，该供电导致谐振发生，由此产生高电压；

第2电极，被接地，其以与上述第1电极间隔且包围上述第1电极的周围的方式设置，在上述第1电极的周围上确定有空间；

电场探头，其对上述第1电极与上述第2电极的电极之间所产生的电场强度进行计测；

控制装置，对上述电场探头计测出的计量信号进行调整以生成上述第1交流信号；

上述控制装置包括：

滤波器，其将上述电场探头计测出的计量信号过滤为事先设定好的频带并将其作为第2交流信号，所述事先设定好的频带为谐振频带；

可变移相器，其对上述第2交流信号进行相位位移，以使当后述放大了的所述第2交流信号作为电力供电到上述第1电极时，与在上述空间中所发生的电场谐振同步；

放大器，其对进行了相位位移的上述第2交流信号进行放大，上述控制装置将放大了的上述第2交流信号作为上述第1交流信号供电给上述第1电极。

2.如权利要求1所述的高电压等离子体发生装置，所述控制装置还包括对上述第2交流信号进行振幅调制的调幅器，用来控制在上述空间中生成的等离子体的增减。

3.如权利要求2所述的高电压等离子体装置，所述控制装置对由上述电场探头所输出的计量信号进行检波，且监测上述电场或生成的等离子体状态，并根据监测结果控制上述可变移相器和上述调幅器中的至少一个。

4.如权利要求1～3中任一项所述的高电压等离子体装置，其中，

上述第1电极为在一个方向上呈长度较长形状的线状电极；

通过上述第2电极而形成的上述空间为用来包围上述第1电极的周围的细长的空间；

从上述线状电极的两端至上述被接地的第2电极的间隔距离与从上述线状电极的上述两端的周边部分至上述被接地的第2电极的间隔距离相比短。

5.如权利要求4所述的高电压等离子体发生装置，其中，

所述线状电极的馈电点偏离所述线状电极的长度方向上的中心位置，且其偏差值x₀以下述式(1)表示，

$\frac{X_0}{2l}=\frac{1}{\mathrm{\π}}{\sin }^{-1}\left(\sqrt{\frac{\mathrm{\π}{Z}_{00}}{2Q{Z}_{\mathrm{cr}}}}\right)---\left(1\right)$

其中，2l为线状电极的长度；Z₀₀为供电给馈电点的馈电线的特性阻抗；Z_cr为将线状电极作为传输线时的特性阻抗Z_c的实数部，其中，Q＝1/χ，在此，χ为表示在高电压等离子体发生装置中生成等离子体时的等效电容C的能量损失的系数。

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