CN112804806A - 一种磁约束三维等离子体射流阵列方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于等离子体技术领域，公开了一种磁约束三维等离子体射流阵列方法及系统，由高压供电单元产生放电高压到射流阵列的高低压电极间；高压供气单元输送放电反应气体至沿气流轴向可调节多个一维射流阵列或二维射流阵列位置产生的三维等离子体射流阵列单元中的三维放电室；磁约束单元对放电区域产生的等离子体进行约束；通过测量单元测量电参数、光学参数和表面性能的变化来实时调整三维射流阵列结构中的单个射流单元或多个一维射流阵列或多个二维射流阵列的放电等离子体的长度位置，从而构成可调节的三维射流阵列结构。本发明提供的装置灵活性和适应性大大增加，可用于改善人造器官的生物兼容性或有机材料表面的润湿性。
Description
技术领域
本发明属于等离子体技术领域，尤其涉及一种磁约束三维等离子体射流阵列方法及系统。
背景技术
目前，地球生态环境的不断恶化使人们对环境友好的加工处理技术日益重视，在环境友好的加工技术中，等离子体技术是使用性能优良的干法加工技术，在各种等离子体加工技术中，等离子体射流技术具有安全性高、放电温度低、放电装置灵活、化学活性可控性好、处理试样尺寸不受限制等优势，在材料表面改性、生物医疗、有害气体处理、土壤改造等方面具有广阔的应用前景。
在等离子体射流技术中，现阶段常见的是单个射流的点结构、一维射流阵列的线结构和二维射流阵列的面结构，尽管上述三种结构在实际的有机材料表面处理、聚丙烯酸(PAA)薄膜或TiO2薄膜或ZnO薄膜沉积以及大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白念珠菌灭活应用中得到了一定的应用，但在多曲面结构的瓦楞板、凸球面或凹球面结构的人造骨关节以及多组合曲球面结构等三维结构方面还没有应用，而且即使上述三种射流结构用在三维结构表面改性，也会存在处理不均匀和处理强度不够等缺陷，也不能够同时处理不同材料或物质组成的组合材料或复合材料，此外，上述三种结构也不能实现对等离子体中高能粒子的约束和流动性控制。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现阶段单个射流的点结构、一维射流阵列线结构和二维的射流阵列的面结构没有用于处理曲面结构和球面结构以及组合多曲面结构等三维结构，而且即使被采用于三维结构也存在处理不均匀、处理强度不够等缺陷，也不能够同时处理不同材料或物质组成的组合材料或复合材料；同时，目前采用的单个射流的点结构、一维射流阵列的线结构和二维射流阵列的面结构也不能实现对等离子体中高能粒子的约束和流动性控制。
解决以上问题及缺陷的难度为：现有的单个射流的点结构、一维射流阵列线结构和二维的射流阵列的面结构的等离子体射流技术更多地用于科学实验研究，其自身结构的缺陷使其很难完美地用于处理三维结构材料和不同类型材料组成的复合材料；另外，在相同条件下，它们缺少约束和控制等离子体中高能粒子的技术手段，在处理效果上与本发明所述技术相差较多。
解决以上问题及缺陷的意义为：近年来，随着生命科学技术的发展，各种三维结构的人造器官，如人造关节、人造心脏、人造血管和人造眼球逐步得到应用，而这些人造器官与人体结合时会存在生物兼容性问题；除此以外，利用3D打印技术制成的各种三维物体也需要进行一定的表面改性；而且在新能源汽车中多个三维结构或多曲面结构的材料也需要进行一定的润湿性处理。总之，在实际的工程应用中，需要用环保型的三维等离子体射流技术处理的物体不可胜数。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种磁约束三维等离子体射流阵列方法及系统。本发明能够满足等离子体射流技术加工处理的实际需求，其基于磁场约束和可调节的电极结构，可以适应多种加工处理对象。
本发明是这样实现的，一种磁约束三维等离子体射流阵列方法，所述磁约束三维等离子体射流阵列方法，包括：
步骤一，由高压供电单元产生的放电高压传输到射流阵列的高低压电极间；
步骤二，高压供气单元输送放电反应气体至三维等离子体射流阵列单元的三维放电室，所述三维等离子体射流阵列单元由沿气流轴向可调节多个单射流或多个一维射流阵列或多个二维射流阵列位置产生；
步骤三，磁约束单元对放电区域产生的多个单射流或多个一维射流阵列或多个二维射流阵列的放电等离子体进行约束；
步骤四，通过测量单元测量电参数、光学参数和和表面性能的变化实时调整三维等离子体射流阵列结构中的多个单射流或多个一维射流阵列或多个二维射流阵列的放电等离子体的长度位置，构成可调节的三维射流阵列结构。
进一步，所述步骤一中，高压供电单元的运行方法为：
220V的市电经过全桥整流电路和滤波电路输出脉动直流，再经脉冲宽度调制控制的全桥逆变电路输出频率可调电压可变的交流正弦波；
经升压变压器后在高压电极上产生高频高压，高频高压经导线作用在放电区域的高压和低压电极之间，通过击穿高低压间隙间的反应气体产生所需的低温等离子体。
进一步，所述步骤二中，高压供气单元运行方法为：
气瓶内的高压气体由阀头开关控制气体的流出，阀头开关打开后，高压气体经过减压阀输入到耐高气压的气管中；
再经具有调节阀功能的气管转换接头后进入可测量气体流速的玻璃转子流量计；
然后根据实际需要经气体混合装置或管路转换接头等将不同类型的反应气体放输送至高低压电极间的放电反应区。
进一步，所述步骤三中，磁约束单元运行方法为：
当高压气体流入钨针电极所在的气体腔室后，将有高压气体沿着石英管内部射出，此时如在高低压电极间施加高频高压，将在高压钨针电极和低压电极间的石英管管内部产生等离子体射流；
射流区域的大小随高压气体的流速和高频高压的大小等因素而变化，射流区域包含了多种高能活性粒子，这些粒子可在待处理样品表面或内部一定区域发生物理化学作用，实现改性、杀菌、薄膜沉积等功能。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述磁约束三维等离子体射流阵列方法的磁约束三维等离子体射流阵列系统，所述磁约束三维等离子体射流阵列系统包括：高压供电单元、高压供气单元、磁约束单元、三维等离子体射流阵列单元和测量单元；
高压供电单元，提供产生等离子体所需的电能；
磁约束单元，提供增强等离子体粒子密度的磁能；
三维等离子体射流阵列单元，提供产生三维等离子体射流的电极结构及放电腔室；
高压供气单元，提供产生等离子体射流的气体；
测量单元包括供气量测量子单元、放电电参数测量子单元、放电光学参数测量子单元和表面性能测量子单元。
进一步，所述供气量测量子单元，测量供气量和气流速度；放电电参数测量子单元，测量放电电压、放电电流和放电功率；放电光学测量子单元，测量放电区域的发光强度和发光光谱；
进一步，所述高压供气单元设置有第一气瓶，第一气瓶与第一减压阀连接，第一减压阀与第一节流阀连接，第一节流阀与第一流量计连接，第一流量计与气体混合装置连接；
第二气瓶与第二减压阀连接，第二减压阀与第二节流阀连接，第二节流阀与第二流量计连接，第二流量计与气体混合装置连接，气体混合装置与气体放电室。
进一步，所述三维等离子体射流阵列单元为带有磁约束单元的三维等离子体射流阵列单元；
磁约束单元采用永磁体材料构成的磁环或马蹄形磁铁产生磁场，或采用螺旋管线圈通电产生磁场，磁约束单元环绕三位等离子体射流区或分布在三维等离子体射流的两侧。
进一步，所述三维等离子体射流阵列单元设置有有机玻璃管，有机玻璃管内部设置有石英玻璃管；
有机玻璃管左端设置有嵌有长钨针的铜圆柱高压电极，有机玻璃管下侧设置有进气管，有机玻璃管内部设置有钨针；
有机玻璃管右端设置有多孔有机玻璃圆柱和多孔铜圆柱低压电极。
进一步，所述测量单元包括高压供气单元中的流量计子单元、放电电参数测量子单元、放电光参数测量子单元和表面性能测量子单元；流量计子单元主要由玻璃转子流量计来测量高压供气单元中的气体流流速；
放电电参数测量子单元由数字示波器、高压探头、电流探头、测量无感电容、无感电阻等组成，主要测量放电时的电压波形、电流波形和莉萨如图形，根据莉萨如图形和放电频率等可计算出放电功率；
放电光参数测量子单元由光纤光谱仪或扫描光谱仪、高性能数字相机或CCD相机组成；用来测量和记录测量放电时等离子体射流区域的发光光谱和发光图像；
表面性能测量子单元由接触角测量仪、厚度计等组成；用来测量处理表面的润湿性、生物兼容性和薄膜厚度等。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明装置由高压供电单元产生放电高压到射流阵列的高低压电极间，高压供气单元输送放电反应气体至位置可调节的三维射流阵列放电室，磁约束单元对放电区域产生的等离子体进行约束，通过测量电参数和光学参数可根据需要调节阵列结构中的单个或多个射流单元，从而构成可调节的三维射流阵列结构。等离子体区域的磁约束单元能有效增强放电电场强度，产生等离子体高效活性粒子数大大增加。单个或多个射流单元可调节的三维结构可适应实际应用中的曲面和球形等特殊待处理表面，装置的灵活性和适应性大大增加。本发明可有效用于各种三维结构的人造器官，如人造关节、人造心脏、人造血管和人造眼球，以提升其与人体结合时的生物兼容性；还可用于3D打印技术制成的各种三维物体的表面改性；亦可用于新能源汽车中各种三维结构或多曲球面结构材料的润湿性改善。
对比的技术效果或者实验效果。
通过前期的对一维磁约束射流阵列的仿真分析，发现采用磁约束将使放电电场强度提升30％以上，而放电电场强度是激发等离子体，产生高能粒子的最重要的因素。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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磁约束三维等离子体射流阵列方法流程图。
图2是本发明实施例提供的磁约束三维等离子体射流阵列系统结构示意图。
图3是本发明实施例提供的高压供电单元结构示意图。
图4是本发明实施例提供的高压供气单元结构示意图。
图5是本发明实施例提供的三维等离子体射流阵列单元结构示意图。
图6是本发明实施例提供的三维等离子体射流阵列单元A-A剖视图。
图7是本发明实施例提供的磁约束单元采用环形磁铁结构示意图。
图8是本发明实施例提供的放电电参数测量子单元结构示意图。
图9是本发明实施例提供的放电光参数测量子单元结构示意图。
图10是本发明实施例提供的表面性能测量子单元结构示意图。
图中：1、高压供电单元；2、磁约束单元；3、三维等离子体射流阵列单元；4、高压供气单元；5、测量单元；6、第一气瓶；7、第二气瓶；8、第一减压阀；9、第二减压阀；10、第一节流阀；11、第二节流阀；12、第一流量计；13、第二流量计；14、气体混合装置；15、气管转换接头；16、嵌有长钨针的铜圆柱高压电极；17、进气管；18、钨针；19、多孔有机玻璃圆柱；20、多孔铜圆柱低压电极；21、有机玻璃管；22、石英玻璃管；23、示波器；24、高压电压探头；25、电流探头；26、相机；27、光纤光谱仪；28、光纤探头；29、接触角测量仪；30、厚度测试仪；31、笔记本电脑。
图11是本发明实施例提供的有无磁铁时的等离子体射流阵列有限元模型图。图11(a)无磁铁时模型；图11(a)(b)有磁铁时模型。
图12是本发明实施例提供的有无磁铁时的电场强度分布比较仿真图。其中图12(a)无磁铁时的电场强度分布；图12(b)有磁铁时的电场强度分布。
图13是本发明实施例提供的有无磁铁时的YZ截面电场强度分布比较图。其中，图13(a)无磁铁时的YZ截面电场强度分布；图13(b)有磁铁时的YZ截面电场强度分布。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种磁约束三维等离子体射流阵列方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的磁约束三维等离子体射流阵列方法，包括：
S101：由高压供电单元产生放电高压到射流阵列的高低压电极间。
S102：高压供气单元输送放电反应气体至沿气流轴向的单个射流或多个一维射流阵列或多个二维射流阵列位置可调的三维等离子体射流阵列单元中的三维阵列放电室。
S103：磁约束单元对放电区域产生的等离子体进行约束。
S104：通过测量单元测量电参数、光学参数和表面性能以实时调节三维阵列结构中的单射流或一维射流阵列或二维射流阵列的位置以产生三维的等离子体射流区，从而构成可调节的三维射流阵列结构。
本发明实施例提供的S101中，高压供电单元的运行过程为：220V的市电经过全桥整流电路和滤波电路输出脉动直流，再经脉冲宽度调制控制的全桥逆变电路输出频率可调电压可变的交流正弦波，经升压变压器后在高压电极上产生高频高压，高频高压经导线作用在放电区域的高压和低压电极之间，通过击穿高低压间隙间的反应气体产生所需的低温等离子体。
本发明实施例提供的S102中，高压供气单元运行过程为：气瓶内的高压气体由阀头开关控制气体的流出，阀头开关打开后，高压气体经过减压阀输入到耐高气压的气管中，再经具有调节阀功能的气管转换接头后进入可测量气体流速的玻璃转子流量计，然后根据实际需要经气体混合装置或管路转换接头等将不同类型的反应气体放输送至高低压电极间的放电反应区。
本发明实施例提供的S103中，磁约束单元运行过程为：当高压气体流入钨针电极所在的气体腔室后，将有高压气体沿着石英管内部射出，此时如在高低压电极间施加高频高压，将在高压钨针电极和低压电极间的石英管管内部产生等离子体射流。射流区域的大小随高压气体的流速和高频高压的大小等因素而变化，射流区域包含了多种高能活性粒子，这些粒子可在待处理样品表面或内部一定区域发生物理化学作用，实现改性、杀菌、薄膜沉积等功能。
本发明实施例提供的S104中，测量单元包括高压供气单元中的流量计子单元、放电电参数测量子单元和放电光参数测量子单元；流量计子单元主要由玻璃转子流量计来测量高压供气单元中的气体流流速。
放电电参数测量子单元由数字示波器、高压探头、电流探头、测量无感电容、无感电阻等组成，主要测量放电时的电压波形、电流波形和莉萨如图形，根据莉萨如图形和放电频率等可计算出放电功率；放电光参数测量子单元由光纤光谱仪或扫描光谱仪、高性能数字相机或CCD相机组成，主要用来测量和记录测量放电时等离子体射流区域的发光光谱和发光图像；表面性能测量子单元由接触角测量仪、厚度计等组成；用来测量处理表面的润湿性、生物兼容性和薄膜厚度等。
如图2所示，本发明实施例提供的磁约束三维等离子体射流阵列系统，包括：高压供电单元1、高压供气单元4、磁约束单元2、三维等离子体射流阵列单元3和测量单元5。
高压供电单元1，提供产生等离子体所需的电能。
磁约束单元2，提供增强等离子体粒子密度的磁能。
三维等离子体射流阵列单元3，提供产生等离子体的电极结构及放电腔室；
高压供气单元4，提供产生等离子体射流的气体。
测量单元5包括供气量测量子单元、放电电参数测量子单元、放电光学参数测量子单元和表面性能测量子单元。
供气量测量子单元，主要测量供气量和气流速度；放电电参数测量子单元，主要测量放电电压、放电电流和放电功率；放电光学测量子单元，主要测量放电区域的发光强度和发光光谱；表面性能测量子单元，主要测量处理表面的润湿性、生物兼容性和薄膜厚度等。
如图4所示，高压供气单元4设置有第一气瓶6，第一气瓶6与第一减压阀8连接，第一减压阀8与第一节流阀10连接，第一节流阀10与第一流量计12连接，第一流量计12与气体混合装置14连接；第二气瓶7与第二减压阀9连接，第二减压阀9与第二节流阀11连接，第二节流阀11与第二流量计13连接，第二流量计13与气体混合装置14连接，气体混合装置14与气体放电室。
如图6-图7所示，本发明实施例提供的三维等离子体射流阵列单元是本发明的核心部分，带有磁约束单元的三维等离子体射流阵列单元。磁约束单元可以采用永磁体材料构成的磁环或马蹄形磁铁产生磁场，也可以采用螺旋管线圈通电产生磁场，磁约束单元环绕三位等离子体射流区或分布在三维等离子体射流的两侧。
三维等离子体射流阵列单元设置有有机玻璃管21，有机玻璃管21上侧设置有石英玻璃管22；有机玻璃管21左端设置有嵌有长钨针的铜圆柱高压电极16，有机玻璃管21下侧设置有进气管17，有机玻璃管21上设置有钨针18；有机玻璃管21右端设置有多孔有机玻璃圆柱19和多孔铜圆柱低压电极20。
三维等离子体射流阵列单元是本发明最核心单元，它由轴向可任意调节单个射流位置的高压电极三维阵列、石英玻璃管阻挡介质、接地低压电极和起保护作用的有机玻璃管组成。当高压气体流入钨针电极所在的气体腔室后，将有高压气体沿着石英管内部射出，此时如在高低压电极间施加高频高压，将在高压钨针电极和低压电极间的石英管管内部产生等离子体射流。射流区域的大小随高压气体的流速和高频高压的大小等因素而变化，射流区域包含了多种高能活性粒子，这些粒子可在待处理样品表面或内部一定区域发生物理化学作用，实现改性、杀菌等功能。
如图8-图9所示，测量单元包括高压供气单元中的流量计子单元、放电电参数测量子单元和放电光参数测量子单元。流量计子单元主要由玻璃转子流量计来测量高压供气单元中的气体流流速。
放电电参数测量子单元由数字示波器23、高压探头24、电流探头25、测量无感电容、无感电阻等组成，主要测量放电时的电压波形、电流波形和莉萨如图形，根据莉萨如图形和放电频率等可计算出放电功率。在本实施例中，数字示波器23分别与高压探头24和电流探头25连接。
放电光参数测量子单元由光纤光谱仪或扫描光谱仪、高性能数字相机或CCD相机组成；主要用来测量和记录测量放电时等离子体射流区域的发光光谱和发光图像。在本实施例中，光纤光谱仪27与光纤探头28连接。
如图10表面性能能测量子单元所示，由接触角测量仪29、厚度测试仪30组成；主要测量处理表面的润湿性、生物兼容性和薄膜厚度等，测量结果传输给笔记本电脑31。
下面结合仿真实验对本发明作进一步描述。
此处采用铜电极做高压电极，石英管做阻挡介质，不锈钢板做接地电极，用NeFd35永久磁铁做约束磁场，其内径为30毫米，外径为40毫米，高度10毫米。所建立的有无磁铁时的等离子体射流阵列有限元模型如图11所示。仿真时，给上电极施加10kV电压，下接地电极电压为0V。如图11(a)无磁铁时模型；图11(b)有磁铁时模型。
磁约束对电场强度分布的影响
在上电极电压不变的情况下，为了分析磁场对射流阵列电极间电场强度的影响，仿真分析了有无磁场时的极间电场强度分布情况，仿真结果如图12有无磁铁时的电场强度分布比较所示。
图12(a)无磁铁时的电场强度分布；图12(b)有磁铁时的电场强度分布。从图12中可以看出，无磁铁时的电场强度最大值为787330V/m，而有磁铁的为1042100V/m，由于磁场的约束，电场强度提升了32.4％，这说明对于所建立的3个射流单元组成的一维射流阵列，磁场约束的效果比较明显。
为了更深入地分析磁场对极间电场强度的影响，此处，也对YZ截面的电场强度进行了仿真分析，结果如图13有无磁铁时的YZ截面电场强度分布比较所示。图13(a)无磁铁时的YZ截面电场强度分布；图13(b)有磁铁时的YZ截面电场强度分布。
由图13可知，无磁铁时的电场强度最大值为593530V/m，有磁场约束的电场强度最大值为836260V/m，电场强度的提升幅度约为40.9％，这进一步说明了，磁场约束可以有效提高等离子体射流阵列的放电效果。
下面结合效果对本发明作进一步描述。
由高压供电单元产生放电高压到射流阵列的高低压电极间；高压供气单元输送放电反应气体至沿气流轴向可调节多个一维射流阵列或二维射流阵列位置产生的三维等离子体射流阵列单元中的三维放电室；磁约束单元对放电区域产生的等离子体进行约束；通过测量单元测量电参数、光学参数和表面性能的变化来实时调整三维射流阵列结构中的单个射流单元或多个一维射流阵列或多个二维射流阵列的放电等离子体的长度位置，从而构成可调节的三维射流阵列结构。本发明中等离子体区域的磁约束单元能有效增强放电电场强度，使产生的等离子体中的高效活性粒子数量和能量大大增加，从而有效地提高材料表面改性效果或杀菌效果或薄膜沉积效果或有害气体处理效果或土壤表面的固氮效果等。单个射流单元或多个一维射流阵列或多个二维射流阵列可实时调节的三维射流阵列结构可适应实际应用中的多曲面或凸球面或凹球面等表面形状，装置的灵活性和适应性大大增加，可用于改善人造器官的生物兼容性或有机材料表面的润湿性等
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种磁约束三维等离子体射流阵列方法，其特征在于，所述磁约束三维等离子体射流阵列方法，包括：
由高压供电单元产生的放电高压传输到射流阵列的高低压电极间；
高压供气单元输送放电反应气体至三维等离子体射流阵列单元的三维放电室，所述三维等离子体射流阵列单元由沿气流轴向可调节多个单射流或多个一维射流阵列或多个二维射流阵列位置产生；
磁约束单元对放电区域产生的多个单射流或多个一维射流阵列或多个二维射流阵列的放电等离子体进行约束；
通过测量单元测量电参数、光学参数和和表面性能的变化实时调整三维等离子体射流阵列结构中的多个单射流或多个一维射流阵列或多个二维射流阵列的放电等离子体的长度位置，构成可调节的三维射流阵列结构。
2.如权利要求1所述磁约束三维等离子体射流阵列方法，其特征在于，所述高压供电单元的运行方法为：
220V的市电经过全桥整流电路和滤波电路输出脉动直流，再经脉冲宽度调制控制的全桥逆变电路输出频率可调电压可变的交流正弦波；
经升压变压器后在高压电极上产生高频高压，高频高压经导线作用在放电区域的高压和低压电极之间，通过击穿高低压间隙间的反应气体产生所需的低温等离子体。
3.如权利要求1所述磁约束三维等离子体射流阵列方法，其特征在于，所述高压供气单元运行方法为：
气瓶内的高压气体由阀头开关控制气体的流出，阀头开关打开后，高压气体经过减压阀输入到耐高气压的气管中；
再经具有调节阀功能的气管转换接头后进入可测量气体流速的玻璃转子流量计；
然后根据实际需要经气体混合装置或管路转换接头等将不同类型的反应气体放输送至高低压电极间的放电反应区。
4.如权利要求1所述磁约束三维等离子体射流阵列方法，其特征在于，所述磁约束单元运行方法为：
当高压气体流入钨针电极所在的气体腔室后，将有高压气体沿着石英管内部射出，此时如在高低压电极间施加高频高压，将在高压钨针电极和低压电极间的石英管管内部产生等离子体射流；
射流区域的大小随高压气体的流速和高频高压的大小等因素而变化，射流区域包含了多种高能活性粒子，这些粒子可在待处理样品表面或内部一定区域发生物理化学作用，实现表面改性、杀菌、薄膜沉积等功能。
5.一种磁约束三维等离子体射流阵列系统，其特征在于，所述磁约束三维等离子体射流阵列系统包括：
高压供电单元，提供产生等离子体所需的电能；
磁约束单元，提供增强等离子体粒子密度的磁能；
三维等离子体射流阵列单元，提供产生等离子体的电极结构及放电腔室；
高压供气单元，提供产生等离子体射流的气体；
测量单元，包括供气量测量子单元、放电电参数测量子单元、放电光学参数测量子单元和表面性能测量子单元。
6.如权利要求5所述磁约束三维等离子体射流阵列系统，其特征在于，所述供气量测量子单元，测量供气量和气流速度；放电电参数测量子单元，测量放电电压、放电电流和放电功率；放电光学测量子单元，测量放电区域的发光强度和发光光谱；表面性能测量子单元测量处理表面的润湿性、生物兼容性和薄膜厚度等。
7.如权利要求5所述磁约束三维等离子体射流阵列系统，其特征在于，所述高压供气单元设置有第一气瓶，第一气瓶与第一减压阀连接，第一减压阀与第一节流阀连接，第一节流阀与第一流量计连接，第一流量计与气体混合装置连接；
第二气瓶与第二减压阀连接，第二减压阀与第二节流阀连接，第二节流阀与第二流量计连接，第二流量计与气体混合装置连接，气体混合装置与气体放电室。
8.如权利要求5所述磁约束三维等离子体射流阵列系统，其特征在于，所述三维等离子体射流阵列单元为带有磁约束单元的三维等离子体射流阵列单元；
磁约束单元采用永磁体材料构成的磁环或马蹄形磁铁产生磁场，或采用螺旋管线圈通电产生磁场，磁约束单元环绕三位等离子体射流区或分布在三维等离子体射流的两侧。
9.如权利要求5所述磁约束三维等离子体射流阵列系统，其特征在于，所述三维等离子体射流阵列单元设置有有机玻璃管，有机玻璃管内部设置有做为绝缘介质的石英玻璃管；
有机玻璃管左端设置有嵌有长钨针的铜圆柱高压电极，有机玻璃管下侧设置有进气管，有机玻璃管内部设置有高压电极钨针；
有机玻璃管右端设置有多孔有机玻璃圆柱和多孔铜圆柱低压电极，它们内部嵌有石英玻璃管，石英管内部设置有高压电极钨针。
10.如权利要求5所述磁约束三维等离子体射流阵列系统，其特征在于，所述测量单元包括高压供气单元中的流量计子单元、放电电参数测量子单元、放电光参数测量子单元和表面性能测量子单元；流量计子单元主要由玻璃转子流量计来测量高压供气单元中的气体流流速；
放电电参数测量子单元由数字示波器、高压探头、电流探头、测量无感电容、无感电阻等组成，主要测量放电时的电压波形、电流波形和莉萨如图形，根据莉萨如图形和放电频率等可计算出放电功率；
放电光参数测量子单元由光纤光谱仪或扫描光谱仪、高性能数字相机或CCD相机组成；用来测量和记录测量放电时等离子体射流区域的发光光谱和发光图像。
表面性能测量子单元由接触角测量仪和厚度测量仪等组成；用来测量材料表面的润湿性、生物兼容性和薄膜厚度。
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