CN109587925A - 一种微波等离子体装置 - Google Patents

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阮存军
刘肃
黄瑞
曹英
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    • H05H1/24—Generating plasma
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    • H05H1/461—Microwave discharges

Abstract

本发明提供了一种微波等离子体装置，包括：波导腔体、同轴传输内芯、同轴支撑外壳、等离子体激发球、谐振腔及填充介质；波导腔体的侧壁上设置有耦合孔；同轴传输内芯的一端穿过耦合孔伸入波导腔体的内部，另一端通过谐振腔的开口伸入谐振腔内部；谐振腔内部设置有填充介质，填充介质上设有向内的凹陷孔，凹陷孔中设置有等离子体激发球，等离子体激发球与同轴传输内芯的另一端相连接。本发明降低了微波等离子体装置的使用功率以及降低微波等离子体装置的体积，增加微波等离子体装置的灵活程度为民用增加更多的条件；通过在谐振腔中填充一种填充介质，提高了微波等离子体装置的功率容量，使得谐振腔内各部分不易击穿。

Description

一种微波等离子体装置
技术领域
本发明涉及能源领域，具体涉及一种微波等离子体装置。
背景技术
微波等离子体装置能够产生光谱很宽的高亮度光，并具有光效强、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。
在现有的微波等离子体装置中，由于谐振腔与波长需要满足一定的关系，微波等离子体装置的体积不能无限度的减小，而且，其工作功率均在千瓦级之上，即使用在工业领域也需要使用导光管等方法将光线分散，更难以应用在低功率的民用领域。
因此，目前的微波等离子体装置还因其体积和功率都比较大等问题，很难在民用领域得到广泛运用。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种微波等离子体装置，实现降低现有微波等离子体装置体积和其工作功率。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种微波等离子体装置，包括：波导腔体、同轴传输内芯、谐振腔、同轴支撑外壳、填充介质和等离子体激发球；
波导腔体的一面上设有安装磁控管的通孔；波导腔体上垂直于通孔所在平面的侧壁上设置有耦合孔；同轴传输内芯的一端穿过耦合孔伸入波导腔体的内部，另一端通过谐振腔的开口伸入谐振腔内部；
谐振腔内部设置有填充介质，填充介质上设有向内的凹陷孔，凹陷孔中设置有等离子体激发球，其中，谐振腔的开口方向与凹陷孔的开口方向相同；等离子体激发球与伸入谐振腔内部的同轴传输内芯的另一端相连接；
同轴传输内芯的外部设有旋转对称结构的同轴支撑外壳，其旋转轴心与同轴传输内芯的轴心重合；同轴支撑外壳的一端与波导腔体的外表面固定连接，另一端通过谐振腔的开口伸入谐振腔内部。
进一步地，所述同轴传输内芯，包括：圆筒状的支持部，以及设置在支撑部内部的传输内芯；
所述传输内芯的轴心与所述支撑部的轴心重合。
进一步地，所述传输内芯上设置有连接部；连接部与波导腔体内部的传输内芯的一端相连接；
所述连接部的轴心垂直于所述传输内芯的轴心，所述连接部的轴心垂直于通孔所在平面。
进一步地，所述连接部与所述传输内芯的材质相同。
进一步地，所述传输内芯的材质是铜。
进一步地，所述支撑部的材质是陶瓷。
进一步地，所述填充介质和所述等离子体激发球的材质相同。
进一步地，所述等离子体激发球的材质是石英。
本发明所述的一种微波等离子体装置，通过同轴传输内芯将波导腔体内的微波耦合至谐振腔中，降低了微波等离子体装置的使用功率，增加微波等离子体装置的灵活程度为民用增加更多的条件；通过在谐振腔中填充一种填充介质，提高了微波等离子体装置的功率容量，使得谐振腔内各部分更不容易击穿；而且，填充介质的高相对介电常数也能够起到压缩设备体积的作用，实现降低微波等离子体装置的体积。
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是本发明实施例提供的一种微波等离子体装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中同轴传输内芯的结构示意图。
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、完整的描述，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做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等离子体装置，参见图1，包括：波导腔体10、同轴传输内芯20、谐振腔30、同轴支撑外壳40、填充介质301和等离子体激发球302；
波导腔体10的一面上设有安装磁控管的通孔101，磁控管发射特定频率的微波通过该通孔101进行波导腔体10的内部，同轴传输内芯20用于传输微波，将波导腔体10中的微波耦合进入谐振腔30中，其中，波导腔体10上垂直于通孔所在平面的侧壁上设置有耦合孔；同轴传输内芯20的一端穿过耦合孔伸入波导腔体10的内部，另一端通过谐振腔30的开口伸入谐振腔30的内部。
需要说明的是，通孔优选设置在波导腔体上长度与宽度组成平面的一端，在垂直于通孔所在平面的侧壁上设置有耦合孔，耦合孔优选设置在波导腔体上高度与宽度组成平面上。
谐振腔30内部设置有填充介质301，填充介质301上设有向内的凹陷孔，凹陷孔中设置有等离子体激发球302，其中，谐振腔30的开口方向与凹陷孔的开口方向相同；等离子体激发球302与伸入谐振腔30内部的同轴传输内芯20的另一端相连接；
进一步的，填充介质和等离子体激发球的材质相同，材质均为石英。
为了减小微波等离子体装置的体积，谐振腔内可以采用透光性良好的石英作为填充介质，在压缩了微波等离子体装置体积的同时也可以避免因耦合打火而引起的微波等离子体装置寿命减少。
其中，等离子体激发球302中含有氩气和其它填充物质，用于产生不同波段的光。等离子体激发球302置于一个金属网的谐振腔30中。一个磁控管发射特定频率的微波进入波导腔体10中，波导腔体10中的微波通过同轴传输内芯20耦合进入微波谐振腔30，在整个谐振腔30内形成电场，等离子体激发球302中的氩气会在电场中受到激发并电离，产生光谱很宽的高亮度光。波导腔体10内部的微波进入谐振腔30中，在谐振腔中设置材料为石英的填充介质301，该填充介质301能够有效提高谐振腔中微波的频率，因而能够降低谐振腔中的微波的波长。
需要说明的是，本发明提供的微波等离子体装置，降低了微波等离子体装置的使用功率以及降低微波等离子体装置的体积，增加微波等离子体装置的灵活程度为民用增加更多的条件；通过在谐振腔中填充一种填充介质，提高了微波等离子体装置的功率容量，使得谐振腔内各部分不易击穿。在保证小型化的同时，并且结构简单、成本低廉、方便拆卸和易于维修。
在同轴传输内芯20的外部设有同轴支撑外壳40；同轴支撑外壳40为旋转对称结构，优选地为圆筒状，将波导腔体10外部的同轴传输内芯20设置在同轴支撑外壳40的内部，且同轴支撑外壳40的旋转轴心与同轴传输内芯20的轴心重合；同轴支撑外壳40起到保护同轴传输内芯20的作用，并降低外部对同轴传输内芯20的干扰。同轴支撑外壳40的一端与波导腔体10的外表面固定连接，另一端通过谐振腔30开口伸入谐振腔30的内部，扩大了谐振腔的开口。
参见图2，在上述实施例中，同轴传输内芯20，包括：圆筒状的支持部201，以及设置在支撑部内部的传输内芯202；传输内芯202的轴心与支撑部201的轴心重合。该支撑部201可以将传输内芯202可拆卸的连接在波导腔体10的耦合孔中，并且还能够对传输内芯202起到支撑的作用。
进一步地，传输内芯的材质是低损耗的金属；优选地，传输内芯的材质为铜。支撑部的材质是绝缘材料；优选地，支撑部的材质为陶瓷。
由于传输内芯为金属铜，周围的支撑部为陶瓷，可以实现提高传输内芯传输内芯功率通过量，提高同轴传输内芯的性能。
进一步的，在传输内芯上设置有连接部203；该连接部203用于固定连接传输内芯与波导腔体，以使传输内芯连通波导腔体的内部与外部，该连接部203还能够对传输内芯起到支撑的作用。该连接部203与设置在波导腔体的内部的传输内芯的一端连接，连接部203可以与传输内芯、波导腔体固定连接，还可以通过螺丝和螺母实现可拆卸的连接。
优选地，连接部的轴心垂直于传输内芯的轴心，且连接部的轴心垂直于通孔所在平面。
进一步地，述连接部与传输内芯的材质相同。
从上述描述可知，本发明实施例提供的一种微波等离子体装置，通过同轴传输内芯将波导腔体内的微波耦合至谐振腔中，降低了微波等离子体装置的使用功率，增加微波等离子体装置的灵活程度为民用增加更多的条件；通过在谐振腔中填充一种填充介质，提高了微波等离子体装置的功率容量，使得谐振腔内各部分更不容易击穿；而且，填充介质的高相对介电常数也能够起到压缩设备体积的作用，实现降低微波等离子体装置的体积；采用了同轴激励谐振腔的方式，此种方式所激励出的电场分布可以避免原有的微波硫灯中出现的玻璃泡与谐振腔网罩受热不匀易于损坏的问题。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种微波等离子体装置，其特征在于，包括：波导腔体、同轴传输内芯、谐振腔、同轴支撑外壳、填充介质和等离子体激发球；
波导腔体的一面上设有安装磁控管的通孔；波导腔体上垂直于通孔所在平面的侧壁上设置有耦合孔；同轴传输内芯的一端穿过耦合孔伸入波导腔体的内部，另一端通过谐振腔的开口伸入谐振腔内部；
谐振腔内部设置有填充介质，填充介质上设有向内的凹陷孔，凹陷孔中设置有等离子体激发球，其中，谐振腔的开口方向与凹陷孔的开口方向相同；等离子体激发球与伸入谐振腔内部的同轴传输内芯的另一端相连接；
同轴传输内芯的外部设有旋转对称结构的同轴支撑外壳，其旋转轴心与同轴传输内芯的轴心重合；同轴支撑外壳的一端与波导腔体的外表面固定连接，另一端通过谐振腔的开口伸入谐振腔内部。
2.根据权利要求1所述的微波等离子体装置，其特征在于，所述同轴传输内芯，包括：圆筒状的支持部，以及设置在支撑部内部的传输内芯；
所述传输内芯的轴心与所述支撑部的轴心重合。
3.根据权利要求2所述的微波等离子体装置，其特征在于，所述传输内芯上设置有连接部；连接部与波导腔体内部的传输内芯的一端相连接；
所述连接部的轴心垂直于所述传输内芯的轴心，所述连接部的轴心垂直于通孔所在平面。
4.根据权利要求3所述的微波等离子体装置，其特征在于，所述连接部与所述传输内芯的材质相同。
5.根据权利要求2所述的微波等离子体装置，其特征在于，所述传输内芯的材质是铜。
6.根据权利要求2所述的微波等离子体装置，其特征在于，所述支撑部的材质是陶瓷。
7.根据权利要求1所述的微波等离子体装置，其特征在于，所述填充介质和所述等离子体激发球的材质相同。
8.根据权利要求7所述的微波等离子体装置，其特征在于，所述等离子体激发球的材质是石英。
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