CN108538696B - 微波与等离子体耦合率可调的谐振腔及微波等离子体装置 - Google Patents

微波与等离子体耦合率可调的谐振腔及微波等离子体装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种大功率微波与其激发产生的等离子体耦合率可调的谐振腔，包括：圆柱谐振腔、等离子体生成装置、支撑装置及调节装置；等离子体生成装置，与支撑装置连接；支撑装置，一端连接等离子体生成装置，另一端连接调节装置；调节装置，与支撑装置连接；谐振腔，用于产生激发等离子所需的强微波场，包裹等离子体生成装置、支撑装置及调节装置。本发明实施例还提供了一种高效率的微波等离子体装置,包括：微波传输装置及上述谐振腔；微波传输装置与微波和等离子体耦合率可调的谐振腔耦合一起，用于向微波与等离子体耦合率可调的谐振腔内传输大功率微波并激发等离子体。本发明可以获取动态可调与最大化的等离子体电离效率。

Description

微波与等离子体耦合率可调的谐振腔及微波等离子体装置
技术领域
本发明实施例涉及能源领域，尤其涉及一种微波与等离子体耦合率可调的谐振腔及微波等离子体装置。
背景技术
大功率微波等离子体装置，是一种高效率的无极灯。能够在红外、可见光和紫外产生光谱很宽的高亮度光，用于照明、强辐照和材料固化处理，具有无灯丝、无电极、光效强、低能耗，使用寿命长等技术优势，光通量可几近持之以恒，整个寿命期限基本无衰减的超强光亮度。
大功率微波等离子体装置包含一个大约30mm左右石英球，球泡中含有氩气和其它填充物质，用于产生不同波段的光。球泡置于一个金属网的微波谐振腔中。一个磁控管发射特定频率的微波，通过波导耦合进入微波谐振腔，在整个微波谐振腔内形成电场，石英球中的氩气会在电场中受到激发并电离。但是，由于电场强度在微波谐振腔内的分布是不均匀的，而石英球在不同的电场强度中的电离效率并不相同，现有的大功率微波等离子体装置的微波谐振腔中的石英球通常是位置固定的，所以石英球的电离效率通常不能得到充分发挥。因此，获取一种可以获取石英球最大等离子体电离效率的微波谐振腔，并包含该谐振腔的大功率微波等离子体装置就成为业界亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种大功率微波与等离子体耦合率可调的谐振腔及微波等离子体装置。
一方面，本发明实施例提供了一种大功率微波与等离子体耦合率可调的谐振腔，包括：等离子体生成装置、支撑装置、调节装置及谐振腔；所述等离子体生成装置，与所述支撑装置连接，用于生成等离子体；所述支撑装置，一端连接所述等离子体生成装置，另一端连接所述调节装置，用于支撑所述等离子体生成装置；所述调节装置，与所述支撑装置连接，用于调节所述等离子体生成装置在所述微波与等离子体耦合率可调的谐振腔内的位置；所述谐振腔壁，包裹所述等离子体生成装置、支撑装置及调节装置，用于形成所述微波与等离子体耦合率可调的谐振腔。
另一方面，本发明实施例提供了一种微波与等离子体耦合率可调的微波等离子体装置,包括：微波传输装置及上述微波与等离子体耦合率可调的谐振腔；所述微波传输装置，与微波与等离子体耦合率可调的谐振腔耦合，用于向微波与等离子体耦合率可调的谐振腔内传输微波以电离等离子体。
本发明实施例提供了一种微波与等离子体耦合率可调的谐振腔及微波等离子体装置，通过在谐振腔下部加装调节装置，可以实时调节等离子体生成装置在谐振腔内电场中的位置，从而获取最大的等离子体电离效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明第一实施例中微波与等离子体耦合率可调的谐振腔的结构示意图；
图2是本发明第二实施例中微波与等离子体耦合率可调的谐振腔的结构示意图；
图3是本发明第三实施例中一种微波等离子体装置结构示意图；
图4是本发明第四实施例中一种微波等离子体装置结构示意图；
图5是本发明实施例中微波电场强弱检测结果示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种微波与等离子体耦合率可调的谐振腔及微波等离子体装置。参见图1，图1是本发明第一实施例中微波与等离子体耦合率可调的谐振腔的结构示意图，包括：
等离子体生成装置102、支撑装置103(在另一实施例中，可以是石英柱状棒)、调节装置104及谐振腔壁101；
所述等离子体生成装置102，与所述支撑装置103连接，用于生成等离子体；
所述支撑装置103，一端连接所述等离子体生成装置102，另一端连接所述调节装置104，用于支撑所述等离子体生成装置102；
所述调节装置104，与所述支撑装置103连接，用于调节所述等离子体生成装置102在所述微波与等离子体耦合率可调的谐振腔内的位置；
所述谐振腔壁101，包裹所述等离子体生成装置102、支撑装置103及调节装置104，用于形成所述微波与等离子体耦合率可调的谐振腔。用户可以通过谐振腔壁101的上部空间观察等离子体生成装置102在微波与等离子体耦合率可调的谐振腔内的位置。
参见图2，图2是本发明第二实施例中微波与等离子体耦合率可调的谐振腔的结构示意图，包括：
石英球202、支撑棒203、螺纹调节杆204、谐振腔壁201(可以为圆柱体或其他形状)及蜂窝状观察孔205；
所述石英球202，与所述支撑棒203连接，用于生成等离子体；
所述支撑棒203，一端连接所述石英球202，另一端连接所述螺纹调节杆204，用于支撑所述石英球202；
所述螺纹调节杆204，与所述支撑棒203连接，用于调节所述石英球202在所述微波与等离子体耦合率可调的谐振腔内的位置；
所述谐振腔壁201，包裹所述石英球202、支撑棒203及螺纹调节杆204，用于形成所述微波与等离子体耦合率可调的谐振腔。其中，用户可以通过蜂窝状观察孔205观察石英球202在微波与等离子体耦合率可调的谐振腔内的位置。
参见图3，图3是本发明第三实施例中一种微波等离子体装置结构示意图，包括：
微波传输装置302及基于第一实施例的微波与等离子体耦合率可调的谐振腔301；
所述微波传输装置302，与基于第一实施例的微波与等离子体耦合率可调的谐振腔301耦合，用于向微波与等离子体耦合率可调的谐振腔301内传输微波以电离等离子体。其中，微波与等离子体耦合率可调的谐振腔301的组成原理已在第一实施例中得到描述，在此不再赘述。
参见图4，图4是本发明第四实施例中一种微波等离子体装置结构示意图，包括：
耦合孔402、装置壁403、微波发生装置404及基于第二实施例的微波与等离子体耦合率可调的谐振腔401。其中，耦合孔402、装置壁403及微波发生装置404组成微波传输装置；
所述耦合孔402，安装在所述装置壁403上，用于将微波传输装置与基于第二实施例的微波与等离子体耦合率可调的谐振腔401耦合；
所述微波发生装置404，安装在所述装置壁403内部，用于产生微波，所述微波通过所述耦合孔402传输进基于第二实施例的微波与等离子体耦合率可调的谐振腔401；
所述装置壁403上装有耦合孔402并且包裹所述微波发生装置404，用于形成所述微波传输装置。其中，基于第二实施例的微波与等离子体耦合率可调的谐振腔401的组成原理在第二实施例中已经得到描述，在此不再赘述。
在谐振腔内的微波电场强度分布并不均匀，有强有弱。
参见图5，图5是本发明实施例中微波电场强弱检测结果示意图，包括：
微波频率轴501、微波电场反射参数轴502、等离子体生成装置高度曲线503、检测结果点504、检测结果点505、检测结果点506、等离子体生成装置高度曲线507及等离子体生成装置高度曲线508。
由图中可见，等离子体生成装置高度曲线503代表的高度是80，在该高度下能够检测到微波频率为2.36GHz的微波电场的微波反射最少(反射值为-16.483，即微波的反射损失最少)，即检测结果点504处的信息；等离子体生成装置高度曲线507代表的高度是70，在该高度下能够检测到微波频率为2.71GHz的微波电场的微波反射最少(反射值为-8.9，即微波的反射损失最少)，即检测结果点506处的信息；等离子体生成装置高度曲线508代表的高度是60，在该高度下能够检测到微波频率为2.45GHz的微波电场的微波反射最少(反射值为-35.262，即微波的反射损失最少)，即检测结果点505处的信息。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种微波与等离子体耦合率可调的谐振腔，其特征在于，包括：
等离子体生成装置、支撑装置、调节装置及谐振腔壁；
所述等离子体生成装置，与所述支撑装置连接，用于生成等离子体；
所述支撑装置，一端连接所述等离子体生成装置，另一端连接所述调节装置，用于支撑所述等离子体生成装置；
所述调节装置，与所述支撑装置连接，用于调节所述等离子体生成装置在所述微波与等离子体耦合率可调的谐振腔内的位置；
所述谐振腔壁，包裹所述等离子体生成装置、支撑装置及调节装置，用于形成所述微波与等离子体耦合率可调的谐振腔；
所述等离子体生成装置包括：石英球；
所述支撑装置包括：支撑棒；
所述调节装置包括：螺纹调节杆；
所述谐振腔壁的形状包括圆柱体，所述圆柱体上具有蜂窝状观察孔。
2.一种微波等离子体装置，其特征在于，包括：
微波传输装置及权利要求1所述的微波与等离子体耦合率可调的谐振腔；
所述微波传输装置，与权利要求1所述的微波与等离子体耦合率可调的谐振腔耦合，用于向微波与等离子体耦合率可调的谐振腔内传输微波以电离等离子体。
3.根据权利要求2所述的微波等离子体装置，其特征在于，所述微波传输装置包括：
耦合孔、装置壁及微波发生装置；
所述耦合孔，安装在所述装置壁上，用于将所述微波传输装置与权利要求1所述的微波与等离子体耦合率可调的谐振腔耦合；
所述微波发生装置，安装在所述装置壁内部，用于产生微波，所述微波通过所述耦合孔传输进权利要求1所述的微波与等离子体耦合率可调的谐振腔；
所述装置壁上装有耦合孔并且包裹所述微波发生装置，用于形成所述微波传输装置。
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