CN109936903A - 一种悬浮式低温等离子发生装置及基于其的治疗仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种悬浮式低温等离子发生装置，包括直流电源、第一二极管、第一电感元件、第一放电开关、第一电容元件、第二电感元件、第三电感元件和负载装置，第一放电开关周围设有过电压抑制电路。本发明公开了基于一种悬浮式低温等离子发生装置的治疗仪，负载装置包括条形的高压电极、包裹高压电极侧面的绝缘屏蔽层和包裹高压电极端部的绝缘体。有益效果：过电压抑制电路可保证电路的正常运行，可抑制高频脉冲电路产生过电压，可提高输出电压的可靠性和稳定性。特氟龙材质的绝缘屏蔽层管套具有良好的电绝缘性和安全性，使负载装置具有良好的可靠性和安全性。本发明涉及医用低温等离子发生装置。
Description
技术领域
本发明涉及医用低温等离子发生装置，特别涉及一种悬浮式低温等离子发生装置及基于其的治疗仪。
背景技术
等离子体由电子、离子和中性粒子组成。宇宙中，99％的物质以等离子体状态存在。恒星的内核、受控热核聚变堆中，电子温度、离子温度及中性粒子温度完全一致，被称为完全热平衡等离子体。巨型闪电及用于切割、焊接的电弧等离子体中，带电粒子和中性粒子接近热平衡，称为局部热力学平衡等离子体。而在极光、荧光灯中，电子温度远高于离子和中性粒子的温度，称为非热力学平衡等离子体，也称为低温等离子体。低温等离子体的高能电子足以使反应物分子激发、离解和电离，而整个低温等离子体反应体系可以保持为常温。低温等离子体在工业中应用最为广泛，在材料表面改性、废水废气处理、流动控制和生物医学等领域具有广阔的应用前景。
在过去的时间里，作为探索新的治疗手段的结果，低温等离子体医疗技术已经成为一个具有很大潜能的领域。大气压低温等离子体已经展示了它在非接触消毒杀菌、止血和伤口方面的巨大潜力。等离子体的组成成分复杂，包括带电粒子的混合，包括活性含氧种类和活性含氮种类的活性自由基。大气压低温等离子体的产生不需特殊的条件，在大气环境下就可实现，故可以被用来制作方便使用的装置。已经被证实，等离子体可以无痛、无接触地应用在治疗当中，甚至在显微影像中观察到并不会对健康的组织造成伤害。大气压冷等离子体在皮肤医学方面展示了它在伤口愈合、组织再生、伤口消毒杀菌和牙齿美白等方面的功能。
早在20世纪50年代，科学家们就已经成功作出大气压辉光放电实验。但由于当时的技术限制，其所采用的裸露的铜电极和钨电极块无法进行良好的绝缘屏蔽，因而存在巨大的安全隐患。且现有技术的技术方案中铜电极和钨电极之间的放电间隙较小，无法在生物医学上顺利应用。在现有技术中，低温等离子体需要在0.1Pa至500Pa的低气压下才能产生，意味着实验需要在低气压密闭环境下才能达到令人满意的实验结果。这中条件限制了低温等离子发生装置在医学临床的大规模应用，其应用成本较高。现有技术的技术缺陷在于：高频脉冲电路中缺少过过电压抑制电路，且负载装置的电极外的绝缘屏蔽层可靠性较低。
现有技术中，等离子电源一般有直流电源、交流电源、射频电源、微波电源和直流脉冲电源。经过实验验证，医学上一般采用较为安全且产生射流温度相对较低的高压直流脉冲电源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种悬浮式低温等离子发生装置及基于其的治疗仪，可克服高频脉冲电路容易产生过电压的技术问题，且负载装置的电极外具有可靠的绝缘屏蔽层。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
一种悬浮式低温等离子发生装置，包括直流电源、第一二极管、第一电感元件、第一放电开关、第一电容元件、第二电感元件、第三电感元件和负载装置；其中，直流电源、第一二极管、第一电感元件和第一放电开关串联成回路，第二电感元件与第一放电开关并联，第一电容元件设在第一放电开关与第二电感元件之间，第一电容元件与第二电感元件串联，第三电感元件与第二电感元件耦合形成变压器，负载装置与第三电感元件并联，第一放电开关周围设有过电压抑制电路。
作为改进，过电压抑制电路包括与第一放电开关并联的第二电容元件。
作为改进，过电压抑制电路还包括设在第一放电开关与第二电容元件之间的第一电阻元件，第一电阻元件与第二电容元件串联。
作为改进，过电压抑制电路还包括与第一电阻元件并联的第二二极管。
作为改进，过电压抑制电路包括第四电感元件、第三电容元件、第二电阻元件和第五电感元件；第一放电开关、第一电容元件、第五电感元件、第二电阻元件和第二电感元件串联成回路，第四电感元件与第二电感元件并联，第三电容元件与第二电感元件并联。
作为改进，过电压抑制电路包括第二放电开关和第三二极管，第二放电开关的一端与第一放电开关连接且第二放电开关的另一端与第三二极管的正极连接，第三二极管的负极与直流电源的正极连接。
一种治疗仪，包括悬浮式低温等离子发生装置，以及，悬浮式低温等离子发生装置的负载装置包括条形的高压电极、包裹高压电极侧面的绝缘屏蔽层和包裹高压电极端部的绝缘体；高压电极的一端与第三电感元件连接。
作为改进，绝缘屏蔽层为特氟龙材质的套管。
作为改进，套管外设有包裹套管的侧面的外壳，高压电极的端部设有径向尺寸大于高压电极的放电端头，绝缘体包裹外壳的端部、管套的端部和放电端头。
作为改进，外壳的一端与绝缘体连接且外壳的另一端设有外螺纹。
有益效果：过电压抑制电路可保证电路的正常运行，可抑制高频脉冲电路产生过电压，可提高输出电压的可靠性和稳定性。特氟龙材质的绝缘屏蔽层管套具有良好的电绝缘性和安全性，使负载装置具有良好的可靠性和安全性。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明的电路原理图；
图2为本发明实施例1的电路图；
图3为本发明实施例2的电路图；
图4为本发明实施例3的电路图；
图5为本发明实施例4的电路图；
图6为本发明实施例5的电路图；
图7为本发明实施例1至5的负载装置的结构图；
图8为本发明实施例1至5的负载装置的主视图；
图9为本发明实施例1至5的负载装置的A截面的剖视图；
图10为本发明实施例6至10的负载装置的结构图；
图11为本发明实施例6至10的负载装置的主视图；
图12为本发明实施例6至10的负载装置的截面的剖视图；
图13为本发明实施例1的整体结构图。
具体实施方式
实施例1：
参照图1，图1是本发明的高频率脉冲电路的电路原理图，包括直流电源1、第一二极管2、第一电感元件3、第一放电开关4、第一电容元件5、第二电感元件6、第三电感元件7和负载装置8；其中，直流电源1、第一二极管2、第一电感元件3和第一放电开关4串联成回路，第二电感元件6与第一放电开关4并联，第一电容元件5设在第一放电开关4与第二电感元件6之间，第一电容元件5与第二电感元件6串联，第三电感元件7与第二电感元件6耦合形成变压器，负载装置8与第三电感元件7并联。
参照图2、7、8、9和13，一种悬浮式低温等离子发生装置，包括直流电源1、第一二极管2、第一电感元件3、第一放电开关4、第一电容元件5、第二电感元件6、第三电感元件7和负载装置8；其中，直流电源1、第一二极管2、第一电感元件3和第一放电开关4串联成回路，第二电感元件6与第一放电开关4并联，第一电容元件5设在第一放电开关4与第二电感元件6之间，第一电容元件5与第二电感元件6串联，第三电感元件7与第二电感元件6耦合形成变压器，负载装置8与第三电感元件7并联，第一放电开关4周围设有过电压抑制电路。
作为改进，本实施例的过电压抑制电路包括与第一放电开关4并联的第二电容元件9。
一种治疗仪，包括悬浮式低温等离子发生装置，悬浮式低温等离子发生装置的的负载装置8包括条形的高压电极18、包裹高压电极18侧面的绝缘屏蔽层19和包裹高压电极18端部的绝缘体20；高压电极18的一端与第三电感元件7连接。
作为改进，绝缘屏蔽层19为特氟龙材质的套管。
作为改进，套管外设有包裹套管的侧面的外壳21，高压电极18的端部设有径向尺寸大于高压电极18的放电端头22，绝缘体20包裹外壳21的端部、管套的端部和放电端头22。
本实施例的第一二极管2和第一电感元件3具有充电功能，第一电容元件5具有储电功能，第一放电开关4为放电开关管，第二电感元件6和第三电感元件7耦合形成的变压器具有升压功能。
本技术方案的高频脉冲电路具有两种工作模式：
模式一：当第一放电开关4导通时，第一电容元件5通过第一放电开关4对第一电感元件3放电，在第一电感元件3两端施加一个电压脉冲，于是在变压器的副边绕组第三电感元件7的两端感应出一个高压脉冲，输出到负载装置8，同时，第一二极管2导通，直流电源1的电压全部加在第一电感元件3上，使通过第一电感元件3的电流线性上升。
模式二：当第一放电开关4断开时，直流电源1通过第一二极管2、第一电感元件3和变压器的原边绕组第二电感元件6给第一电容元件5充电。由于充电过程中电流逐渐减小，第一电感元件3的两端的电压反向，因而第一电容元件5充满电时，第一电感元件3的电压会高于直流电源1。变压器内设有可动的磁芯，此时变压器的磁芯可得到复位。
负载装置8的外壳21为铝合金材质，外壳21的表面设有相互交错的若干防滑凹槽，防滑凹槽可改进负载装置8的握持手感。外壳21的作用是保护负载装置8本体，外壳21的材质也可用其他具有一定结构强度的材料代替。
外壳21与绝缘屏蔽层19之间设有相互配合的螺纹，外壳21与绝缘体20之间设有相互配合的螺纹，绝缘屏蔽层19与绝缘体20之间设有相互配合的螺纹，放电端头22与高压电极18之间设有相互配合的螺纹。绝缘屏蔽层19通过螺纹固定在外壳21内，绝缘体20通过螺纹镶嵌在外壳21和绝缘屏蔽层19的一端。放电端头22被包裹在绝缘体20内。放电端头22通过螺纹固定在高压电极18的一端。本实施例的放电端头22为圆形的铜片，高压电极18为导电铜柱。
本实施例的高压电极18通过高压导线与变压器的输出端连接，此连接方式可保证操作人员的安全和设备的正常运行。高压导线采用含内层屏蔽网的线材，有利于提高高压导线的绝缘屏蔽能力，使负载装置8可持续稳定地放电并产生等离子体。
为进一步提高高压导线的绝缘屏蔽能力，高压导线外还可加套铁氟龙软管和编织网管，铁氟龙软管可加强高压导线的绝缘性能，编织网管可加强高压导线的屏蔽性能。铁氟龙软管和编织网管还可加强高压导线的耐磨性能，可减小线材磨损的风险，有利于提高设备的可靠性和安全性。
本技术方案的负载装置8通过高压导线与变压器的输出端相连，变压器的地极与机箱地线相连，铝合金外壳21不需要与地极相连。本技术方案中人体或动物皮肤充当地极，与高压电极18和放电端头22形成放电回路，从而产生等离子体。
本发明采用悬浮介质阻挡放电(DBD)方案，负载装置8的高压电极18的端部作为放电电极，负载装置8以人体或动物皮肤作为地极。当放电电极与地极靠近时，两者之间会放电产生等离子体，用于杀灭人体或动物皮肤伤口上的细菌，可促进伤口愈合。
过电压抑制电路可保证电路的正常运行，可抑制高频脉冲电路产生过电压，可提高输出电压的可靠性和稳定性。特氟龙材质的绝缘屏蔽层19管套具有良好的电绝缘性和安全性，使负载装置8具有良好的可靠性和安全性。
本技术方案在大气环境下产生等离子体，由于负载装置8直接以人体或动物皮肤作为地极，可避免待处理的物体收到放电方案的尺寸限制。本技术方案产生的等离子体温度较低，可直接对人体皮肤进行处理。本技术方案产生的等离子体可根据需要改变长度及其他放电参数，杀菌消毒效果明显，具有广泛的医学应用价值。
本实施例的第二电容元件9与第一放电开关4并联形成过电压抑制电路来保证电路的正常运行。本实施例的过电压抑制电路为R型吸收电路，可抑制高频脉冲电路产生过电压，可提高输出电压的可靠性和稳定性。
本实施例的绝缘屏蔽层19、铁氟龙软管和编织网管有利于提高等离子体产生过程的稳定性，使负载装置8靠近皮肤时无刺激感、无点击感，且温度适宜。
参照图13，本实施例的整体结构示意图，包括机箱24、输出线材和负载装置8。输出线材连接机箱24与负载装置8。机箱24上设有可显示电学参数的显示屏25、可调节设备参数的旋钮27和若干按钮26。机箱24上还设有可控制电源通断的电源开关29和保险丝28。保险丝28可在设备电流异常时熔断来保护设备。机箱24上还设有提手30，使机箱24便于搬运。
实施例2：
参照图3、7、8、9和13，本实施例与实施例1的区别在于，过电压抑制电路还包括设在第一放电开关4与第二电容元件9之间的第一电阻元件10，第一电阻元件10与第二电容元件9串联。
本实施例的第一电阻元件10和第二电容元件9形成过电压抑制电路来保证电路的正常运行。本实施例的过电压抑制电路为RC型吸收电路，可抑制高频脉冲电路产生过电压，可提高输出电压的可靠性和稳定性。
实施例3：
参照图4、7、8、9和13，本实施例与实施例2的区别在于，过电压抑制电路还包括与第一电阻元件10并联的第二二极管11。
本实施例的第一电阻元件10、第二电容元件9和第二二极管11形成过电压抑制电路来保证电路的正常运行。本实施例的过电压抑制电路为RCD型吸收电路，可抑制高频脉冲电路产生过电压，可提高输出电压的可靠性和稳定性。
实施例4：
参照图5、7、8、9和13，本实施例与实施例1的区别在于，过电压抑制电路包括第四电感元件12、第三电容元件13、第二电阻元件14和第五电感元件15；第一放电开关4、第一电容元件5、第五电感元件15、第二电阻元件14和第二电感元件6串联成回路，第四电感元件12与第二电感元件6并联，第三电容元件13与第二电感元件6并联。
本实施例的过电压抑制电路可抑制高频脉冲电路产生过电压，可提高输出电压的可靠性和稳定性。
实施例5：
参照图6、7、8、9和13，本实施例与实施例4的区别在于，过电压抑制电路包括第二放电开关16和第三二极管17，第二放电开关16的一端与第一放电开关4连接且第二放电开关16的另一端与第三二极管17的正极连接，第三二极管17的负极与直流电源1的正极连接。
本实施例的过电压抑制电路可抑制高频脉冲电路产生过电压，可提高输出电压的可靠性和稳定性。
实施例6：
参照图2、10、11、12和13，本实施例与实施例1的区别在于，外壳21的一端与绝缘体20连接且外壳21的另一端设有外螺纹23，外壳21端部的外螺纹23有利于安装包裹高压导线的铁氟龙软管和编织网管。
实施例7：
参照图3、10、11、12和13，本实施例与实施例2的区别在于，外壳21的一端与绝缘体20连接且外壳21的另一端设有外螺纹23，外壳21端部的外螺纹23有利于安装包裹高压导线的铁氟龙软管和编织网管。
实施例8：
参照图4、10、11、12和13，本实施例与实施例3的区别在于，外壳21的一端与绝缘体20连接且外壳21的另一端设有外螺纹23，外壳21端部的外螺纹23有利于安装包裹高压导线的铁氟龙软管和编织网管。
实施例9：
参照图5、10、11、12和13，本实施例与实施例4的区别在于，外壳21的一端与绝缘体20连接且外壳21的另一端设有外螺纹23，外壳21端部的外螺纹23有利于安装包裹高压导线的铁氟龙软管和编织网管。
实施例10：
参照图6、10、11、12和13，本实施例与实施例5的区别在于，外壳21的一端与绝缘体20连接且外壳21的另一端设有外螺纹23，外壳21端部的外螺纹23有利于安装包裹高压导线的铁氟龙软管和编织网管。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种悬浮式低温等离子发生装置，其特征在于：包括直流电源(1)、第一二极管(2)、第一电感元件(3)、第一放电开关(4)、第一电容元件(5)、第二电感元件(6)、第三电感元件(7)和负载装置(8)；其中，直流电源(1)、第一二极管(2)、第一电感元件(3)和第一放电开关(4)串联成回路，第二电感元件(6)与第一放电开关(4)并联，第一电容元件(5)设在第一放电开关(4)与第二电感元件(6)之间，第一电容元件(5)与第二电感元件(6)串联，第三电感元件(7)与第二电感元件(6)耦合形成变压器，负载装置(8)与第三电感元件(7)并联，第一放电开关(4)周围设有过电压抑制电路。
2.根据权利要求1所述的一种悬浮式低温等离子发生装置，其特征在于：所述过电压抑制电路包括与所述第一放电开关(4)并联的第二电容元件(9)。
3.根据权利要求2所述的一种悬浮式低温等离子发生装置，其特征在于：所述过电压抑制电路还包括设在所述第一放电开关(4)与所述第二电容元件(9)之间的第一电阻元件(10)，所述第一电阻元件(10)与第二电容元件(9)串联。
4.根据权利要求3所述的一种悬浮式低温等离子发生装置，其特征在于：所述过电压抑制电路还包括与所述第一电阻元件(10)并联的第二二极管(11)。
5.根据权利要求1所述的一种悬浮式低温等离子发生装置，其特征在于：所述过电压抑制电路包括第四电感元件(12)、第三电容元件(13)、第二电阻元件(14)和第五电感元件(15)；所述第一放电开关(4)、所述第一电容元件(5)、第五电感元件(15)、第二电阻元件(14)和所述第二电感元件(6)串联成回路，第四电感元件(12)与第二电感元件(6)并联，第三电容元件(13)与第二电感元件(6)并联。
6.根据权利要求5所述的一种悬浮式低温等离子发生装置，其特征在于：所述过电压抑制电路包括第二放电开关(16)和第三二极管(17)，第二放电开关(16)的一端与所述第一放电开关(4)连接且第二放电开关(16)的另一端与第三二极管(17)的正极连接，第三二极管(17)的负极与所述直流电源(1)的正极连接。
7.一种治疗仪，其特征在于：包括权利要求1至6任意一项所述的一种悬浮式低温等离子发生装置，以及，所述一种悬浮式低温等离子发生装置的所述负载装置(8)包括条形的高压电极(18)、包裹高压电极(18)侧面的绝缘屏蔽层(19)和包裹高压电极(18)端部的绝缘体(20)；高压电极(18)的一端与所述第三电感元件(7)连接。
8.根据权利要求7所述的一种治疗仪，其特征在于：所述绝缘屏蔽层(19)为特氟龙材质的套管。
9.根据权利要求8所述的一种治疗仪，其特征在于：所述套管外设有包裹套管的侧面的外壳(21)，所述高压电极(18)的端部设有径向尺寸大于高压电极(18)的放电端头(22)，所述绝缘体(20)包裹外壳(21)的端部、管套的端部和放电端头(22)。
10.根据权利要求9所述的一种治疗仪，其特征在于：所述外壳(21)的一端与所述绝缘体(20)连接且外壳(21)的另一端设有外螺纹(23)。
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