CN109545643B - 一种大体积蜂巢电晕等离子体3d均匀性调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，包括第一平板结构、所述第一平板结构端面上设置由电极针组成的蜂巢状多针电极，电极针垂直所述第一平板结构，电极针与第一平板结构的接触点的连线组成正六边形，所述正六边形的中心设置长度可调节的调节针，调节针垂直所述第一平板结构，所述第一平板结构、蜂巢状多针电极和调节针组成放电组合电极，本发明提供了一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置。该装置能够在较低电压下产生大体积电晕等离子体，并且能够在三维范围对电晕等离子体的规模大小以及形状进行调节，使得电晕等离子体能够更好地运用到工业生产、科学研究中。

Description

一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置

技术领域

本发明涉及等离子放电领域，具体涉及一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置。

背景技术

等离子体作为继固体、液体、气体之后的物质的第四种状态，在照明、焊接、冶炼、刻蚀微细加工和表面处理和改性等方面均有广泛应用。

目前，等离子体反应器的形式多种多样，按结构不同分为线-筒式、线板式、针板式等等。对于本文研究的针板式电极结构，相对于其它等离子体反应器结构，有以下优点：

1)起晕电压低；

2)火花击穿电压高；

3)放电稳定性好。

其缺点是由于仅在针电极附近电场畸变最为严重，仅能在针电极附近形成有限个强烈放电点，放电效率较低，即放电能量较小，实际应用中受到限制，这也是针板电极没有得到广泛运用的原因之一。而且，对于针板反应器，通常在针尖附近发生强烈放电，反应器内的场强分布随着针板间距的增大而减小，且衰减速度是最大的。有相关研究人员通过实验手段优化了针板电极结构，通过优化锥形针电极和面积后取得了较好的效果，还有学者将针板电极优化为布满针尖的同轴式电极后，对汞蒸气的处理得到了较好的效果。另外，由于针电极处的电场畸变较为严重，难以在空间形成均匀大体积电晕等离子体。

发明内容

为了克服以上技术的不足，本发明提供了一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置。该装置能够在较低电压下产生大体积电晕等离子体，并且能够在三维范围对电晕等离子体的规模大小以及形状进行调节，使得电晕等离子体能够更好地运用到工业生产、科学研究中。本装置由多针电极，该电极由蜂巢状单元构成，此单元由周围呈六边形分布的电晕针以及中间位置的调节针。其中，呈六边形分布的电晕针位置及长短固定，中间位置的调节针长度可调整，这主要由固定底座上的可收缩固定孔来完成。通过该单元的阵列，最终形成蜂巢状多针结构，配合板电极，能够保证大体积电晕等离子体产生，通过调整中间位置的调节针的有效长度，可以改变产生的等离子体的均匀性，实现对等离子体3D均匀性调节。

本发明通过下述技术方案实现：

一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，包括第一平板结构，所述第一平板结构端面上设置长度可调节的调节针，所述调节针垂直于第一平板结构，所述调节针的数量为若干，每根调节针周围设置电极针，所述电极针的数量为六根，所述六根电极针与调节针的距离相等，所述电极针垂直于第一平板结构，所述六根电极针组成一个蜂巢单元，每相邻的两根调节针共享六根电极针中的两根，所有的电极针组成蜂巢状多针电极，所述第一平板结构、蜂巢状多针电极和调节针组成放电组合电极。

本发明由电极针组成蜂巢状多针电极、蜂巢单位中心的可调节有效长度的调节针和平板组成的放电组合电极。通过调整中心位置的调节针，可以调节多针结构附近的电场分布，从而实现对电晕等离子体的形状以及均匀程度进行调节。

进一步的，一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，所述第一平板结构为圆形平板结构。

进一步的，一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，所述电极针为端部倒角的等长等直径的电晕针。

进一步的，一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，所述电晕针在第一平板结构上的排列方式为正六边形排列，通过阵列的方式形成蜂巢状多针电极。

进一步的，一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，所述蜂巢状多针电极的每个蜂巢单元共享2根电晕针，蜂巢状多针电极整体为正六边形结构，且关于所述第一平板结构的轴线呈对称分布。

进一步的，一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，所述第一平板结构端面上位于正六边形中心的位置设置可收缩的固定孔，所述固定孔与调节针匹配。所述固定孔可满足不同直径大小的调节针配合使用。

进一步的，一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，还包括第二平板结构，所述第二平板结构为圆型平板结构，第二平板结构的直径大于所述第一平板结构，所述第二平板结构的旋转中心轴与第一平板结构的旋转中心轴重合。以此保证调节装置整体为轴对称图形，保证电晕等离子体呈轴对称分布。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明利用类似蜂巢结构的排布方式构成多针-板结构，能够在大体积电晕等离子体产生。与单针-板电极比较，当针板间距相同时，多针电极结构具有起晕电压较低、火花击穿电压较高，放电稳定性较好等优点，更加利于电晕等离子的产生与利用。

2、本发明通过中间位置的调节针的有效长度的调节，能够调整电晕等离子体的均匀性以及形状，这可以控制产生需要的等离子体。

3、本发明是一种科学、便捷、可调控的大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，通过对中间位置的调节针进行调节，能够实现大体积等离子体均匀性调节。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为蜂巢状多针电极中电晕针及调节针的分布示意图；

图3为在指定条件下各针尖的电场等值面分布情况；

图4为不同长度的调节针对应的针尖附近电场分布图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-第一平板结构，2-调节针，3-电极针，4-第二平板结构。

具体实施方式

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。

实施例1

如图1所示，一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，包括第一平板结构1，所述第一平板结构1端面上设置长度可调节的调节针2，所述调节针2垂直于第一平板结构1，所述调节针2的数量为若干，每根调节针2周围设置电极针3，所述电极针3的数量为六根，所述六根电极针3与调节针2的距离相等，所述电极针3垂直于第一平板结构1，所述六根电极针3组成一个蜂巢单元，每相邻的两根调节针2共享六根电极针3中的两根，所有的电极针3组成蜂巢状多针电极，所述第一平板结构1、蜂巢状多针电极和调节针2组成放电组合电极，电极针3与第一平板结构1的接触点的连线组成正六边形，所述正六边形的中心设置长度可调节的调节针2。所述第一平板结构1为圆形平板结构，所述电极针3为端部倒角的等长等直径的电晕针，所述电晕针在第一平板结构1上的排列方式为正六边形排列，通过阵列的方式形成蜂巢状多针电极，所述蜂巢状多针电极的每个蜂巢单元共享2根电晕针，蜂巢状多针电极整体为正六边形结构，且关于所述第一平板结构1的轴线呈对称分布，所述第一平板结构1端面上位于正六边形中心的位置设置可收缩的固定孔，所述固定孔与调节针2匹配。所述固定孔可满足不同直径大小的调节针2配合使用，还包括第二平板结构4，所述第二平板结构4为圆型平板结构，第二平板结构4的直径大于所述第一平板结构1，所述第二平板结构4的旋转中心轴与第一平板结构1的旋转中心轴重合。以此保证调节装置整体为轴对称图形，保证电晕等离子体呈轴对称分布。

本发明由电极针3组成蜂巢状多针电极、蜂巢单位中心的可调节有效长度的调节针2和平板组成的放电组合电极。通过调整中心位置的调节针2，可以调节多针结构附近的电场分布，从而实现对电晕等离子体的形状以及均匀程度进行调节。

实施例2

在实施例1的基础上实施本实施例，本发明主要由电极针3组成蜂巢状多针电极、蜂巢单位中心的可调节有效长度的调节针2和第一平板结构1组成。

其中，蜂巢状多针电极结构由电晕针组成，如图2所示。其中，电晕针材料为钨，这主要利用了金属钨材料的熔点高以及化学性质稳定等特点，保证电晕针能够循环多次使用。底座材料为铝，起支撑以及电气连接的作用。

蜂巢单位中心的可调节有效长度的调节针2的功能完成主要是依靠第一平板结构1上的可收缩固定孔对调节针2的伸出第一平板结构1端面的长度进行调节。长度可通过尖嘴钳调整。

对于第一平板结构1，平板材料为铝，主要是通过调整第一平板结构1与多针之间的距离以及平板的直径，来实现对放电等离子体整体形态的调节。

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图3和图4，本实施例包括：

一种大体积近似均匀电晕等离子体产生，首先利用仿真软件，对多针针尖附近电场进行仿真，仿真过程中通过调整调节针2的有效长度，使得各针尖电场分布近似相同，如图3所示，记录下此刻各调节针2长度。参考此长度，对实物调节针2长度进行调节，进行试验。考虑到各针尖环境不同，可适当通过试验之后微调，进一步保证等离子体的均匀性。

在另一实施例中，设置调整电极的长度，可得到针附近电场分布图，如图4所示。可知，通过调节调节针2的长度，可有效调节针2附近电场分布，进而调节电晕等离子的均匀程度和形状。

本发明利用类似蜂巢结构的排布方式构成多针-板结构，能够在大体积电晕等离子体产生。与单针-板电极比较，当针板间距相同时，多针电极结构具有起晕电压较低、火花击穿电压较高，放电稳定性较好等优点，更加利于电晕等离子的产生与利用。通过中间位置的调节针2的有效长度的调节，能够调整电晕等离子体的均匀性以及形状，这可以控制产生需要的等离子体。本发明是一种科学、便捷、可调控的大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，通过对中间位置的调节针2进行调节，能够实现大体积等离子体均匀性调节。

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。

Claims (7)

1.一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，其特征在于，包括第一平板结构(1)，所述第一平板结构(1)端面上设置长度可调节的调节针(2)，所述调节针(2)垂直于第一平板结构(1)，所述调节针(2)的数量为若干，每根调节针(2)周围设置电极针(3)，所述电极针(3)的数量为六根，所述六根电极针(3)与调节针(2)的距离相等，所述电极针(3)垂直于第一平板结构(1)，所述六根电极针(3)组成一个蜂巢单元，每相邻的两根调节针(2)共享六根电极针(3)中的两根，所有的电极针(3)组成蜂巢状多针电极，所述第一平板结构(1)、蜂巢状多针电极和调节针(2)组成放电组合电极。

2.根据权利要求1所述的一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，其特征在于，所述第一平板结构(1)为圆形平板结构。

3.根据权利要求2所述的一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，其特征在于，所述电极针(3)为端部倒角的等长等直径的电晕针。

4.根据权利要求3所述的一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，其特征在于，所述电晕针在第一平板结构(1)上的排列方式为正六边形排列，通过阵列的方式形成蜂巢状多针电极。

5.根据权利要求3所述的一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，其特征在于，所述蜂巢状多针电极的每个蜂巢单元共享2根电晕针，蜂巢状多针电极整体为正六边形结构，且关于所述第一平板结构(1)的轴线呈对称分布。

6.根据权利要求2所述的一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，其特征在于，所述第一平板结构(1)端面上位于正六边形中心的位置设置可收缩的固定孔，所述固定孔与调节针(2)匹配。

7.根据权利要求2所述的一种大体积蜂巢电晕等离子体3D均匀性调节装置，其特征在于，还包括第二平板结构(4)，所述第二平板结构(4)为圆型平板结构，第二平板结构(4)的直径大于所述第一平板结构(1)，所述第二平板结构(4)的旋转中心轴与第一平板结构(1)的旋转中心轴重合。

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