CN111868943A - 产生非热大气压等离子体的设备和运行压电变压器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生非热大气压等离子体的设备，其具有：压电变压器(1)；操控电路(11)，所述操控电路设计用于，将输入信号施加到压电变压器(1)上；和场探头(12)，所述场探头构成用于，在测量点处测量由压电变压器(1)产生的电场的场强，其中操控电路(11)构成用于，在考虑场探头(12)的测量结果的情况下调整输入信号。根据另一方面，本发明涉及一种用于运行压电变压器(1)的方法。

Description

产生非热大气压等离子体的设备和运行压电变压器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于产生非热大气压等离子体的设备以及一种用于运行压电变压器的方法。

背景技术

压电变压器，尤其是Rosen型变压器可用于产生等离子体。在生成等离子体时，当以与变压器的串联谐振频率或并联谐振频率相对应的频率来操控压电变压器时，实现高的效率。然而，串联谐振频率和并联谐振频率不是恒定的，而是与各种参数相关。如果在变压器的输出侧的端侧上对等离子体点火，那么所述等离子体作为负载与变压器共同作用，并且在此影响变压器的阻抗。由此，出现串联谐振和并联谐振相对于变压器在空转中的运行的偏移，在所述空转中，施加的电压不足以对等离子体点火。工作环境，例如所使用的工艺气体，变压器的温度或附加的或变换的外部负载的存在影响串联谐振频率和并联谐振频率。此外，施加到变压器上的输入信号也可能影响串联谐振频率和并联谐振频率。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种用于产生非热大气压等离子体的改进的设备。本发明的另一目的是，提出一种用于运行压电变压器的改进的方法。

所述目的通过独立权利要求的主题来实现。

提出一种用于产生非热大气压等离子体的设备，所述设备具有压电变压器、操控电路和场探头，所述操控电路设计用于将输入信号施加到压电变压器上，所述场探头构成用于，在测量点处，优选在至少两个测量点处测量由压电变压器产生的电场的场强。操控电路构成用于，在考虑场探头的测量结果的情况下调整输入信号。

通过在至少两个测量点处测量场强，可以确定在不同位置处的局部场强。设备可以与之相应地实现，测量由变压器产生的电场的空间变化曲线。尤其设备可以实现，确定场强达到其最大值的地点。所述地点对于等离子体点火的类型是重要的。如果场强的最大值位于变压器的输出侧的端侧上或者位于变压器前方，那么在输出侧的端侧处对等离子体点火。如果场强的最大值然而位于变压器的输出区域中并且距变压器的输出侧的端侧一定间距，那么出现沿着输出区域的棱边的等离子体点火。在棱边处的等离子体点火可能造成变压器的巨大的机械负荷并且引起裂纹形成。裂纹可能损坏变压器。因此，施加到变压器上的输入信号应当根据可能性调整为，使得场强中的最大值不在变压器的输出区域中构成。

所述设备使用高的电场强度，所述高的电场强度在压电变压器的输出区域的周围环境中产生。可以对所述场强进行测量，而在此变压器的工作不受在变压器的输出区域中直接地、在负载侧截取功率影响。尤其，可以进行场强的测量，而不会由此衰减压电变压器的振荡。

场探头可以集成到用于产生非热大气压等离子体的设备的壳体中。场探头可以直接靠近压电变压器设置。例如，压电变压器和场探头之间的间距可以小于5cm。优选地，压电变压器和场探头之间的间距可以小于3cm，特别优选小于1.5cm或甚至小于0.75cm。在场探头和压电变压器之间可以留有间隙。所述间隙应当是足够宽的，以便排除在场探头和变压器之间的等离子体点火。

场探头越靠近变压器设置，则由场探头测量的参数的空间分辨率可以越好。然而，不应将间距与当前的环境和运行条件相关地选择为过小的，以便排除场探头和变压器之间的电短路和闪络。在具有相对小的空气湿度的环境中，0.75cm或1.5cm的间距足以可靠地排除闪络。然而如果存在相对高的空气湿度，那么应当使用如下设备，所述设备在场探头和变压器之间具有1.5cm至3cm的间距。以类似的方式也影响其他参数，例如工艺介质或工艺介质的点火能力、适合的间距的选择。

场探头构成用于，借助于至少一个测量点确定场强。优选地，场探头构成用于，在多于两个测量点处确定场强。特别优选地，测量点的数量可以位于5和50之间，更特别优选地位于8和30之间。测量点的数量越大，测量的分辨率就可以是越好的。

操控电路可以构成用于，在考虑场探头的测量结果的情况下调整输入信号的频率。尤其可以将输入信号的频率设定为变压器的当前的串联谐振频率或当前的并联谐振频率。在此，当前的串联谐振频率和/或当前的并联谐振频率可以从场探头的测量结果中确定。操控电路可以构成用于，在考虑场探头的测量结果的情况下将输入信号调整成，使得输入信号的频率对应于压电变压器的串联谐振频率或者输入信号的频率对应于压电变压器的并联谐振频率。这能够实现操控信号或输入信号的实时调控。这随后能够实现变压器的更有效率的运行、更少的损耗和更小的机械负载。由此，构件的能量需求降低并且使用寿命升高。

操控电路然而也可以构成用于，对于频率替选地或补充地调整输入信号的其他参数，例如形状、功率、输入电压、输入电流强度和/或相位。

操控电路可以构成用于，在考虑场探头的测量结果的情况下将输入信号调整成，使得在由压电变压器产生的电场的场强中的最大值在压电变压器的输出侧的端侧上构成或在压电变压器的输出侧的端侧前方在背离压电变压器的半空间中构成。以这种方式可以避免沿着输出区域的棱边的等离子体点火，所述等离子体点火否则会损坏变压器。

场探头可以具有基底，所述基底具有绝缘材料。场探头可以具有彼此分离的金属化部，所述金属化部形成优选至少两个测量点。基底可以是电路板。基底可以是单层的或多层的。金属化部例如可以是圆形的或矩形的。由压电变压器产生的交变电场可以在金属化部中产生交变电压。交变电压可以被测量以确定场强。

场探头可以具有金属面，其中设备构成用于，通过测量金属面和相应的测量点之间的电压来确定在每个测量点处的场强。以这种方式可以得到稳定的测量信号。在各个测量点之间的局部差异在此可以良好地识别。金属面可以形成框架。金属面和金属化部可以设置在基底的下侧上，所述下侧背离压电变压器，以便避免对着金属面或金属化部的等离子体点火。替选地，金属化部可以设置在多层基底之内，其中向外设置有绝缘层。

附加地，至少一个无源组件可以集成到基底中。替选地或补充地，至少一个无源组件和/或有源组件可以设置在基底的表面上。操控电路可以完全地或部分地通过一个或多个无源组件和/或一个或多个有源组件构成，所述无源组件集成到基底中或者设置在基底的表面上，所述有源组件设置在基底的表面上。通过将组件集成到基底中或将组件设置在基底的表面上，可以实现设备的紧凑的构造方式。在关于微型化的常见要求方面，这种紧凑的构造方式是有利的。

场探头可以具有至少三个彼此分离的金属化部，所述金属化部各自形成测量点，其中至少三个金属化部成一排地设置。场探头可以设置为，使得所述排平行于压电变压器设置。

所述设备还可以具有用于对由场探头检测的测量值进行继续处理的评估电子装置。评估电子装置可以与操控电路连接。评估电子装置可以具有信号调节器和信号处理单元。评估电子装置也可以完全地或部分地经由软件解决方案来实现，这也适用于信号的继续处理和操控电路及其功能。

操控电路可以构成用于，将施加到压电变压器上的输入信号传输给评估电子装置，其中评估电子装置构成用于，从由场探头检测的测量值中确定由压电变压器确定的输出信号，并且其中评估电子装置构成用于，将输入信号与输出信号比较。

在将输入信号与输出信号比较时，可以观察信号的电压和/或信号的电流强度和/或信号的阻抗和/或频率和/或信号的相位。在将输入信号与输出信号比较时，可以确定压电变压器的并联谐振频率和/或串联谐振频率。串联谐振频率的特征在于在输入信号的电流最小的同时在场探头上的最大场强。由此，串联谐振频率也可以借助于唯一的测量点确定。相反地，为了确定并联谐振频率需要至少两个，优选更多个测量点。

评估电子装置可以完全地或部分地通过一个或多个无源组件和/或一个或多个有源组件构成，所述无源组件集成到基底中或者设置在基底的表面上，所述有源组件设置在基底的表面上。

评估电子装置可以构成用于，根据场强的变化来识别在压电变压器的输出侧的端侧前方设置的负载，其中操控电路构成为，使得仅当在输出侧的端侧前方识别到负载时，才将足以将废热大气压等离子体点火的功率施加到压电变压器的输入区域上。此外，可行的能够是，为负载输出最优的功率和/或最优地调整功率。

通过在多个、至少两个不同的测量点处测量场强和通过将输入信号与输出信号比较可以实现，定性地且定量地识别设置在变压器前方的负载。因为负载可以具有对由变压器产生的电场的明显的影响，所以通过在操控变压器时识别和考虑负载能够实现变压器的改进的功能。如果没有识别到负载，那么可以将输入信号的功率设定为小的值，使得不将等离子体点火。

设备还可以具有第二场探头，所述第二场探头构成用于，在至少两个测量点处测量由压电变压器产生的电场的场强。变压器例如可以设置在两个场探头之间。第二场探头可以与第一场探头是构造相同的或者具有与第二场探头不同的形状。

附加地，场探头可以与用于例如空气压力、温度、湿度、传导率、臭氧浓度、气体成分、离子浓度和/或颗粒浓度的测量装置组合。

操控电路还可以构成用于，在调整输入信号时，除了由场探头确定的测量值以外，考虑选自压力、温度、湿度、传导率、臭氧浓度、气体成分、离子浓度和/或颗粒浓度中的至少一个。在此尤其可以涉及由场探头借助于上述测量装置确定的参数，所述参数选自压力、温度、湿度、传导率、臭氧浓度、气体成分、离子浓度和/或颗粒浓度。

压电变压器构成用于，在其输出侧的端侧上将等离子体点火。操控电路可以构成用于，在设备的持续运行中以固定的时间间隔在考虑场探头的测量结果的情况下对输入信号进行修正。替选地，这可以连续地和/或实时地进行。

所述设备可以用于产生激励的分子、离子或自由基，尤其用于产生OH自由基和/或氧化氮和/或臭氧。

另一方面涉及一种用于运行压电变压器的方法。在此可以涉及上述设备的压电变压器。与之相应地，结合设备所描述的结构上的和功能上的特征也可以适用于变压器。

所述方法可以包括如下步骤：

-将输入信号施加到压电变压器上；

-通过场探头在测量点处，优选在至少两个测量点处测量由压电变压器产生的电场的场强；

-在考虑测量值的情况下调整施加到压电变压器上的输入信号。

将输入信号的频率逐步地改变并且确定如下频率，在该频率下场强中的最大值在变压器的输出侧的端侧上出现或在压电变压器的输出侧的端侧前方在背离压电变压器的半空间中出现，其中将输入信号的频率随后设定成所确定的频率。

所述方法还可以具有如下步骤：

-将输入信号传输到评估电子装置上；

-从由场探头检测的测量值中通过评估电子装置确定压电变压器的输出信号；和

-通过评估电子装置将输入信号与输出信号比较。

方法的这些步骤也可以完全地或部分地经由软件进行。

在将输入信号与输出信号比较时可以确定压电变压器的并联谐振频率，并且将输入信号的频率设定为并联谐振频率。替选地，可以确定串联谐振频率并且将输入信号的频率设定为串联谐振频率。附加地或替选地，可以根据从其他测量传感器读取的和评估的测量信号来设定输入信号和/或匹配于特定的运行状态。在此，其他测量传感器例如可以确定压力、温度和/或臭氧浓度。

压电变压器可以用于产生非热大气压等离子体。等离子体可以用于产生激励的分子、离子或自由基。

通过将由场探头确定的测量值与参考信号比较可以校准压电变压器和/或确定压电变压器的老化和/或使用寿命。

附图说明

下面，根据附图详细阐述本发明的优选的实施例。

图1示出压电变压器1的立体图。

图2示出用于产生非热大气压等离子体的设备。

图3、4和5分别示出根据第一实施例的场探头12。

图6、7和8示出根据第二实施例的场探头12。

图9示出第一信号，所述第一信号可以作为输入信号施加到压电变压器1上。

图10示出由场探头确定的测量值。

图11示出第二输入信号，所述第二输入信号可以施加到压电变压器1上。

图12对于施加在压电变压器上的不同信号分别示出测量值，所述测量值由用于场强的场探头的各个测量点确定。

具体实施方式

图1示出压电变压器1的立体图。压电变压器1尤其可以在用于产生非热大气压等离子体的等离子体生成器中使用。

压电变压器1是谐振变压器的构造方式，所述谐振变压器基于压电现象并且与常规的磁变压器不同地为机电系统。压电变压器1例如是Rosen型变压器。

压电变压器1具有输入区域2和输出区域3，其中输出区域3沿纵向方向z连接于输入区域2。在输入区域2中，压电变压器1具有电极4，在所述电极上可以施加交流电压。电极4沿压电变压器1的纵向方向z延伸。电极4沿垂直于纵向方向z的堆叠方向x交替地与压电材料堆叠。压电材料5在此沿堆叠方向x极化。

电极4设置在压电变压器1内部并且也称作为内电极。压电变压器1具有第一侧面6和第二侧面7，所述第二侧面与第一侧面6相对置。在第一侧面6上设置有第一外电极8。在第二侧面7上设置有第二外电极(未示出)。内电极4沿堆叠方向x交替地与第一外电极8或第二外电极电接触。

输入区域2可以借助于小的交流电压操控，所述交流电压施加在电极4之间。由于压电效应，在输入侧施加的交流电压首先转换为机械振荡。机械振荡的频率在此主要与压电变压器1的几何形状和机械构造相关。

输出区域3具有压电材料9并且不具有位于内部的电极。在输出区域3中的压电材料9沿纵向方向z极化。输出区域3的压电材料9可以是与输入区域2的压电材料5相同的材料，其中压电材料5和9的极化方向可以不同。在输出区域3中，压电材料9成形为唯一的单片的层，所述层完全地沿纵向方向z极化。在此，在输出区域3中的压电材料9仅具有唯一的极化方向。

如果在输入区域2中的电极4上施加交流电压，那么在压电材料5、9之内构成机械波，所述机械波通过在输出区域3中的压电效应产生输出电压。输出区域3具有输出侧的端侧10。由此，在输出区域3中，在端侧10和输入区域2的电极4的端部之间产生电压。在输出侧的端侧10上在此产生高压。在此，也在输出侧的端侧和压电变压器的环境之间产生高的电势差，所述电势差足以产生强电场，使得工艺气体离子化。

以这种方式，压电变压器1产生高的电场，所述电场能将气体或液体通过电激励离子化。在此，将相应的气体或相应的液体的原子或分子离子化并且形成等离子体。如果在压电变压器1的表面上的电场强度超过等离子体的点火场强，那么始终出现离子化。在此，需要用于将原子或分子离子化的场强称作为等离子体的点火场强。

图2示出用于产生非热大气压等离子体的设备，所述设备具有结合图1所描述的压电变压器1。设备还具有：操控电路11，所述操控电路设计用于，将输入信号施加到压电变压器1上；场探头12，所述场探头测量由压电变压器1产生的场；和评估电子装置13，所述评估电子装置与场探头12和操控电路11连接。

本发明的一个目标是，能实现持续调整输入信号，使得压电变压器1在其当前的串联谐振频率下或在其当前的并联谐振频率下运行。变压器1的串联谐振频率和并联谐振频率不是恒定的，而是与不同参数相关。如果在变压器1的输出侧的端侧10上将等离子体点火，那么所述等离子体作为负载与变压器1共同作用并且在此影响变压器1的阻抗。由此出现串联谐振和并联谐振频率相对于变压器1在空转中的运行的偏移，在所述空转中，施加的电压不足以将等离子体点火。工作环境，例如所使用的工艺气体或变压器1的温度也影响串联谐振频率和并联谐振频率。

操控电路11在压电变压器1上施加输入信号。输入信号优选是正弦形的。然而，具有其他形状，例如矩形或三角形的输入信号也是可能的。由操控电路11产生的输入信号根据由评估电子装置13传输到操控电路11上的反馈信号持续地调整。

场探头12构成用于，测量由压电变压器1产生的电场的场强。场探头12直接在压电变压器1的输出区域3附近设置。尤其，场探头12构成用于，在多个测量点处确定由压电变压器1产生的电场的局部场强。与之相应地，电场的场强的空间变化曲线可以通过场探头12确定。在此，场探头12可以实现，确定在哪个位置存在最大场强。

电场的设计方案和最大场强的位置与施加到变压器1上的输入信号和与压电变压器1的运行条件相关。在输入信号方面，在此如下参数对于场的构成是重要的：输入电压、输入电流的电流强度、输入电压和输入电流之间的相位关系和输入信号的频率。在运行条件方面，电场可以由工艺介质、环境温度和/或空气湿度影响。此外，在变压器1附近设置的负载也影响电场的电势分布从而影响最大场强的位置。

评估电子装置13构成用于，评估由场探头12确定的测量值，并且还构成用于，控制操控电路11。评估电子装置13具有信号调节器14和信号处理单元15。

场探头12将测量信号传输给评估电子装置13。在评估电子装置13中首先将测量信号由信号调节器14处理。尤其，信号调节器14可以对测量信号进行滤波，转换为数字信号，增强和/或矫正。随后将由信号调节器14继续处理的信号继续发送给信号处理单元15。信号处理单元15处理信号并且确定反馈信号，所述反馈信号传输给操控电路11。

信号处理单元14在此可以将由操控电路11施加到压电变压器1上的输入信号和变压器1的输出信号彼此比较。为了该目的，由操控电路11施加到压电变压器1上的输入信号也可以传输给信号处理单元14。变压器1的输出信号由信号处理单元14根据由场探头12记录的测量值确定。替选地，在信号处理单元14中的输出信号也可以与参考信号比较。这可以用于设备的校准和/或用于压电变压器1的老化程度的确定和/或用于压电变压器1的使用寿命监控。

在将输入信号与输出信号比较时，可以将两个信号的电压相互比较。替选地或补充地，在将输入信号与输出信号比较时，可以将两个信号的电流强度相互比较。替选地或补充地，在将输入信号与输出信号比较时可以将两个信号的电压和电流强度之间的相位关系相互比较。替选地或补充地，在将输入信号与输出信号比较时，可以将两个信号的频率相互比较。替选地或补充地，在将输入信号与输出信号比较时，可以考虑变压器的阻抗。通过在比较信号时考虑一个或多个在此提到的参数，评估电子装置13可以确定变压器1的当前的并联谐振频率和/或当前的串联谐振频率。评估电子装置13随后将反馈信号传输给操控电路11，所述反馈信号推动操控电路11，对输入信号的频率进行调整并且设定为变压器1的当前的并联谐振频率或当前的串联谐振频率。所述过程可以在设备运行期间以规则的时间间隔或连续地实时地重复。

图3、4和5分别示出根据第一实施例的场探头12。图3在此示出场探头12的下侧，所述下侧背离压电变压器1。图4示出场探头12的上侧，所述上侧指向压电变压器。图5示出贯穿场探头12的横截面。

场探头12具有由绝缘材料构成的基底16。绝缘材料例如可以是聚合物、陶瓷材料、FR4、玻璃或Al₂O₃。根据第一实施例，基底16是单层的。

在基底16的背离压电变压器1的下侧上构成有金属化部17。根据第一实施例，金属化部17是圆形的。也可考虑其他形状的金属化部17，例如矩形的金属化部。每个金属化部17形成测量点，在所述测量点处场探头12确定由压电变压器1产生的电场的局部场强。测量点成一排地设置。

场探头12距压电变压器1以间距d设置，所述间距是足够大的，以便避免对着场探头12的变压器1的等离子体点火。间距d还可以选择为，由变压器1产生的等离子体束的火花不到达场探头12。

场探头12并联于压电变压器1的输出区域3设置并且伸出输出区域3。场探头12与之相应地可以测量在压电变压器1的输出侧的端侧10前方在背离变压器1的半空间中和在输出区域3中的场强。

此外，场探头12具有金属面18，在所述金属面上施加参考电势。金属面18形成框架并且设置在场探头12的下侧的边缘上。由测量点形成的排通过金属面18环绕。为了确定局部场强，分别确定在相应的测量点和金属面18之间的电压。为了该目的，金属面18与参考电势连接。可考虑的还有其他形状的金属面18。例如，金属面18代替形成环绕的框架也可以是U形的或Π形的。

图6、7和8示出根据第二实施例的场探头12。在此，图6示出场探头12的朝向压电变压器1的上侧。图7示出场探头12的背离压电变压器1的下侧。图8示出贯穿场探头12的横截面。

根据第二实施例，场探头12的基底16是多层的。构成测量点的金属化部17设置在基底的内层中。此外，金属化部17具有通孔17a，所述通孔穿引至场探头12的下侧。由金属面18形成的框架也在多层的基底16的内层中构成并且具有通孔18a。在通孔17a、18a上可以截取金属面18和金属化部17的电势。

此外，无源组件19集成到场探头12的多层的基底16中。在场探头12的下侧上设置有另外的无源组件20。此外，有源组件21也设置在场探头12的下侧上。有源和无源组件19、20、21是操控电路11和/或评估电子装置13的组件。尤其，评估电子装置13和/或操控电路11可以分别完全地或部分地在场探头12上构成。

图9示出第一信号，所述第一信号作为输入信号可以由操控电路11施加到压电变压器1上。信号是基本上正弦形的。

图10示出对于在压电变压器1附近的不同位置处的场强的由场探头12确定的测量值。场探头12在此设置为，使得测量点平行于输出区域3并且在输出侧的端侧10前方的区域中设置。

在图10中在纵坐标轴上分别记录以伏特为单位的由场探头12在各个测量点处确定的场强。在横坐标轴上记录测量点的位置，其中位置0对应于输出侧的端侧10。压电变压器1的输出区域3在此沿正方向伸展。与之相应地，例如位置“3mm”设置在变压器1的输出区域3中并且位于距输出侧的端侧10为3mm的间距处。位置“-3mm”位于输出侧的端侧10前方距输出侧的端侧间距为3mm处。

图10示出用于两个不同的输入信号的场强的变化曲线，所述输入信号分别具有在图9中示出的基本上正弦形的形状。第一输入信号的功率为10W。第二输入信号的功率为5W。在图10中可见，对于第一输入信号，电场强度的最大值在输出侧的端侧10前方大约4mm的间距处构成。而对于具有5W的功率的第二输入信号，在电场强度的分布中构成最大场强的平台，所述平台从输入区域的边缘区域伸展至在输出侧的端侧10前方大约6mm的间距处。由此，所述测量显示出，输入信号的功率对于场强的最大值的空间设置是重要的。

图11示出第二输入信号，所述第二输出信号可以由操控电路11施加到压电变压器1上。第二输入信号具有周期性变化曲线，然而所述第二输入信号不形成规则的正弦曲线。

图12对于在压电变压器1上施加的不同信号分别示出测量值，由用于场强的场探头的各个测量点确定所述测量值。所有施加的信号在此具有5W的输入功率。曲线F1和F2对应于施加的第一信号，所述第一信号的变化曲线在图9中示出，并且曲线L1、L2和L3对应于施加的第二信号，所述第二信号的变化曲线在图11中示出。

图12示出，第二输入信号构成场强中的最大值，所述最大值在压电变压器1的输出区域3中与输出侧的端侧的间距为数毫米。这种最大值是不利的，因为所述最大值会造成沿着输出区域3的棱边的等离子体点火，由于所述等离子体点火可能损坏压电变压器1。

变压器1借助于第二输入信号的运行是可能的，在此输入信号应当调整为，使得场强的最大值朝向输出侧的端侧10移动。为了该目的，例如可以调整输入信号的频率。在输出侧的端侧10前方设置的负载也造成场的改变。

由此，场探头12能够实现记录由压电变压器1产生的电场的空间变化曲线，因为场探头12同时在多个测量点处记录场强。由此，如结合图12所示出的那样，测量输入信号的不同的信号形状对产生的场的电势变化曲线的影响。还可以借助于这种场探头12测量不同的工作条件对所产生的场的电势变化曲线的影响，其中工作条件例如可以在温度、空气湿度或所使用的工艺介质方面不同。还可以借助于这种场探头12记录变压器1的老化的效应，其中可以测量电场在变压器1的使用寿命期间的变化。

对由场探头12检测的测量值的评估能够实现，做出关于在变压器1前方设置的负载的定量的和定性的结论。尤其，评估电子装置13可以构成用于，根据由场探头12检测的测量值和输入信号与输出信号的比较来确定：负载是否设置在压电变压器1前方。如果没有识别到负载，那么评估电子装置13可以将反馈信号发送给操控电路11，根据所述反馈信号降低输入信号的功率，使得不出现等离子体点火。如果识别到负载，那么评估电子装置13可以将反馈信号发送给操控电路11，根据所述反馈信号设定输入信号的足以将等离子体点火的功率。与之相应地，仅在识别到设置在变压器1前方的负载时，才可以将等离子体点火。

场探头12可以集成到如下支架中，压电变压器1机械地固定在所述支架中并且经由所述支架电接触压电变压器1。

附图标记列表

1 压电变压器

2 输入区域

3 输出区域

4 电极

5 压电材料

6 第一侧面

7 第二侧面

8 外电极

9 压电材料

10 输出侧的端侧

11 操控电路

12 场探头

13 评估电子装置

14 信号调节器

15 信号处理单元

16 基底

17 金属化部

17a 通孔

18 金属面

18a 通孔

19 无源组件

20 无源组件

21 有源组件

x 堆叠方向

z 纵向方向

d 间距

Claims (36)

1.一种用于产生非热大气压等离子体的设备，所述设备具有：

压电变压器(1)；

操控电路(11)，所述操控电路设计用于，将输入信号施加到所述压电变压器(1)上；和

场探头(12)，所述场探头构成用于，在测量点处测量由所述压电变压器(1)产生的电场的场强，

其中所述操控电路(11)构成用于，在考虑所述场探头(12)的测量结果的情况下调整所述输入信号。

2.根据上一项权利要求所述的设备，

其中所述场探头(12)构成用于，在至少两个测量点处测量由所述压电变压器(1)产生的电场的场强。

3.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述操控电路(11)构成用于，在考虑所述场探头(12)的测量结果的情况下调整所述输入信号的频率。

4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述操控电路(11)构成用于，在考虑所述场探头(12)的测量结果的情况下调整所述输入信号的电压、所述输入信号的电流强度、所述输入信号的相位和/或所述输入信号的信号形状。

5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述操控电路(11)构成用于，在考虑所述场探头(12)的测量结果的情况下调整所述输入信号，使得所述输入信号的频率对应于所述压电变压器(1)的串联谐振频率或者所述输入信号的频率对应于所述压电变压器(1)的并联谐振频率。

6.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述操控电路(11)构成用于，在考虑所述场探头(12)的测量结果的情况下调整所述输入信号，使得由所述压电变压器(1)产生的电场的场强中的最大值在所述压电变压器(1)的输出侧的端侧(10)处构成，或在所述压电变压器(1)的输出侧的端侧(10)前方在背离所述压电变压器(1)的半空间中构成。

7.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述场探头(12)具有基底(16)，所述基底具有绝缘材料，并且其中所述场探头(12)具有彼此分离的金属化部(17)，所述金属化部形成至少两个测量点。

8.根据上一项权利要求所述的设备，

其中所述场探头(12)具有金属面(18)，并且其中所述设备构成用于，通过测量在所述金属面(18)和相应的测量点之间的电压确定在每个测量点处的场强。

9.根据权利要求7或8所述的设备，

其中至少一个无源组件(19)集成到所述基底(16)中，

和/或

其中至少一个无源组件(20)和/或有源组件(21)设置在所述基底(16)的表面上。

10.根据上一项权利要求所述的设备，

其中所述操控电路(11)完全地或部分地通过一个或多个无源组件(19，20)和/或一个或多个有源组件(21)构成，所述无源组件集成到所述基底(16)中或者设置在所述基底(16)的表面上，所述有源组件设置在所述基底(16)的表面上。

11.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述场探头(12)具有至少三个彼此分离的金属化部(17)，所述金属化部各自形成测量点，并且

其中所述至少三个金属化部(17)成一排地设置。

12.根据上一项权利要求所述的设备，

其中所述场探头(12)设置成，使得所述排平行于所述压电变压器(1)设置。

13.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

所述设备还具有评估电子装置(13)，所述评估电子装置用于继续处理由所述场探头(12)检测的测量值，

其中所述评估电子装置(13)与所述操控电路(11)连接。

14.根据上一项权利要求所述的设备，

其中所述操控电路(11)构成用于，将施加到所述压电变压器(1)上的输入信号传输到所述评估电子装置(13)上，

其中所述评估电子装置(13)构成用于，从由所述场探头(12)检测的测量值中确定由所述压电变压器(1)确定的输出信号，并且

其中所述评估电子装置(13)构成用于，将所述输入信号与所述输出信号比较。

15.根据上一项权利要求所述的设备，

其中在将所述输入信号与所述输出信号比较时，考虑所述信号的电压和/或所述信号的电流强度和/或所述信号的阻抗和/或频率和/或所述信号的相位。

16.根据权利要求14或15所述的设备，

其中在将所述输入信号与所述输出信号比较时，确定所述压电变压器(1)的并联谐振频率和/或串联谐振频率。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的设备，

其中所述评估电子装置(13)完全地或部分地通过一个或多个无源组件(19，20)和/或一个或多个有源组件(21)构成，所述无源组件集成到所述基底(16)中或者设置在所述基底(16)的表面上，所述有源组件设置在所述基底(16)的表面上。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的设备，

其中所述评估电子装置(13)构成用于，根据场强的改变来识别在所述压电变压器(1)的所述输出侧的端侧(10)前方设置的负载，并且其中所述操控电路(11)构成为，使得仅当在所述输出侧的端侧(10)前方识别到负载(18，19，22)时，才将足以将非热大气压等离子体点火的功率施加到所述压电变压器(1)的输入区域(2)上。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的设备，

其中所述评估电子装置(13)完全地或部分地通过软件实现。

20.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述操控电路(11)完全地或部分地通过软件实现。

21.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

所述设备还具有第二场探头(12)，所述第二场探头构成用于，在至少两个测量点处测量由所述压电变压器(1)产生的电场的场强。

22.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述压电变压器(1)构成用于，在其输出侧的端侧(10)上将等离子体点火。

23.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述场探头构成用于，测量选自压力、温度、湿度、传导率、臭氧浓度、气体成分、离子浓度和/或颗粒浓度中的至少一项。

24.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述操控电路构成用于，在调整所述输入信号时，考虑选自压力、温度、湿度、传导率、臭氧浓度、气体成分、离子浓度和/或颗粒浓度中的至少一项。

25.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述操控电路(11)构成用于，在所述设备运行期间以固定的时间间隔在考虑所述场探头(12)的测量结果的情况下对所述输入信号进行修正。

26.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述输入信号的调整连续地和/或实时地进行。

27.根据上述权利要求中任一项所述的设备，

其中所述设备用于产生激励的分子、离子或自由基，尤其用于产生OH自由基和/或氧化氮和/或臭氧。

28.一种用于运行压电变压器(1)的方法，所述方法包括如下步骤：

-将输入信号施加到所述压电变压器(1)上；

-通过场探头(12)在测量点处测量由所述压电变压器(1)产生的电场的场强；

-在考虑测量值的情况下调整施加到所述压电变压器(1)上的输入信号。

29.根据上一项权利要求所述的方法，

其中通过所述场探头(12)在两个测量点处测量由所述压电变压器(1)产生的电场的场强。

30.根据权利要求28或29所述的方法，

其中将所述输入信号的频率逐步地改变并且确定如下频率，在该频率下，所述场强中的最大值在所述变压器(1)的输出侧的端侧(10)上出现，或在所述压电变压器(1)的输出侧的端侧(10)前方在背离所述压电变压器(1)的半空间中出现，并且

其中将所述输入信号的频率随后设定为所确定的该频率。

31.根据权利要求28至30中任一项所述的方法，

所述方法还具有如下步骤：

-将所述输入信号传输到评估电子装置(13)上；

-从由所述场探头(12)检测的测量值中通过所述评估电子装置(13)确定所述压电变压器(1)的输出信号；和

-通过所述评估电子装置(13)将所述输入信号与所述输出信号比较。

32.根据上一项权利要求所述的设备，

其中在将所述输入信号与所述输出信号比较时，确定所述压电变压器(1)的并联谐振频率，并且将所述输入信号的频率设定为所述并联谐振频率。

33.根据权利要求28至32中任一项所述的方法，

其中所述压电变压器(1)用于产生非热大气压等离子体。

34.根据上一项权利要求所述的方法，

其中所述等离子体用于产生激励的分子、离子或自由基。

35.根据权利要求28至34中任一项所述的方法，

其中通过将由所述场探头(12)确定的测量值与参考信号比较，对所述压电变压器(1)进行校准。

36.根据权利要求28至35中任一项所述的方法，

其中通过将由所述场探头(12)确定的测量值与参考信号比较，确定所述压电变压器(1)的老化和/或使用寿命。

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