CN114554670A - 一种等离子体射流系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种等离子体射流系统及控制方法，通过外力作用可以弯曲转动柔性部，进而使柔性部内的流道发生弯曲，等离子体射流沿着流道的弯曲轨道传播，在传播路径上，等离子体射流还经过加速电场和引导磁场，通过磁引导、电加速的方法大幅减小等离子体射流中带电粒子在流道壁弯曲处的碰撞复合，同时增加了电子在放电空间的形成和电离效率，增加等离子体射流的放电强度，实现等离子体射流的弯曲传播；金属螺旋线圈通电后可发出热量，建立起一个可控的热场，建立温度梯度对照关系列表，根据温度传感器的实测温度值与预设温控值之间的大小关系，来控制向金属螺旋线圈输出的电源强度，进而改变流道所处的热场，实现对流道内等离子体射流的温度控制。

Description

一种等离子体射流系统及控制方法

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，尤其涉及一种等离子体射流系统及控制方法。

背景技术

大气压冷等离子体射流是一种非平衡等离子体，电子温度高但气体温度保持在室温左右，富含大量高能电子、自由基等反应性物质，具有很强的物理、化学及生物学功能和活性。等离子体射流表面处理具有操作简单、无空间限制、无尺寸和形状限制等优点，近年来在材料表面改性、热敏生物材料处理、杀菌消毒、化学氧化、口腔治疗等领域展现出良好的应用前景。

目前大气压冷等离子体射流的产生方式通常是采用惰性气体或空气的高压放电方式，等离子体射流从喷管中射出，在大气环境中朝向工作区域定向传播，大部分活性物质传递至被处理物表面。但是在等离子体射流的传播及应用过程中，突显出几个问题。

第一是在很多应用场景中，例如物体的内表面处理、口腔治疗、牙齿美白等应用场景，需要控制等离子体射流的喷射角度，希望等离子体射流能实现多自由度的弯曲转动，来达到更方便、更合适、更全面有效的处理效果，但是目前的等离子体射流只能沿直线传播，无法弯曲，或者在弯曲流道传播过程中，等离子体射流在经过转弯处时，大量电子会被复合吸收，导致等离子体射流强度大幅减弱，最后难以喷射出管口。

第二是对于等离子体射流的温度控制问题，由于很多应用场景中等离子体射流需要直接接触到人体，人体皮肤的敏感温度大约为43℃，当等离子体射流的温度较大程度地超过43℃或者低于43℃，人体会有不适，但是目前技术对于等离子体射流在传播过程中的温度控制效果不佳，较难实现将等离子体射流的温度从室温提高至例如43℃的目标温度值。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种等离子体射流系统及控制方法，主要用于解决现有技术中等离子体射流传播过程无法弯曲转动、温度控制不佳等问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种等离子体射流系统，包括等离子体发射模块和柔性控制模块，所述柔性控制模块与所述等离子体发射模块连接，所述等离子体发射模块被配置为产生具有第一极性的电激励信号、并向所述柔性控制模块提供等离子体射流；

所述柔性控制模块包括流道、柔性部、电加速部和磁引导部，所述流道用于供所述等离子体射流传播，所述柔性部在外力作用下发生多自由度形变、且在撤销外力后不复原；

所述电加速部被配置为接收至少一个具有第二极性的电加速信号、并至少在所述流道内形成加速电场，所述第一极性与所述第二极性相反，所述加速电场使所述等离子体射流在所述流道中加速流向所述流道的出口端；

所述磁引导部用于至少在所述流道内形成引导磁场，所述引导磁场的磁场方向与所述等离子体射流传播方向同向。

进一步地，还包括第二电源模块，所述电加速部包括第一加速构件和第二加速构件，所述柔性部包括弯曲段和出口段，所述第一加速构件设于所述弯曲段，所述第二加速构件设于所述出口段，所述第二电源模块用于分别向所述第一加速构件和第二加速构件提供第一加速电信号和第二加速电信号。

进一步地，所述第一加速构件与所述等离子体发射模块之间的电位差大于其与所述第二加速构件之间的电位差。

在一些实施例中，所述第一加速构件为环状的第一金属环片，所述第二加速构件为环状的第二金属环片，所述第一金属环片紧密贴合于所述弯曲段，所述第二金属环片紧密贴合于所述出口段。

在一些实施例中，所述第一加速构件为第一金属薄膜，所述第二加速构件为第二金属薄膜，所述第一金属薄膜和第二金属薄膜通过溅射工艺附着在分别对应的弯曲段和出口段。

进一步地，所述磁引导部包括金属螺旋线圈，所述金属螺旋线圈的两端分别与所述第二电源模块电连接，所述金属螺旋线圈缠绕在所述流道之外，所述金属螺旋线圈通电后形成所述引导磁场。

进一步地，所述金属螺旋线圈由通过溅射工艺形成的金属丝绕制而成。

进一步地，所述金属螺旋线圈在所述弯曲段绕制的线圈密度大于在所述出口段处的线圈密度。

进一步地，还包括温度传感器和温控单元，所述温度传感器设于所述流道之外、并用于检测在所述金属螺旋线圈通电后所形成的热场中其所处检测位置的温度，所述温控单元分别与所述温度传感器和第二电源模块电连接，所述温控单元用于根据所述温度传感器的检测信号控制所述第二电源模块向所述金属螺旋线圈提供的电源强度。

进一步地，所述温控单元内预设有所述温度传感器所处检测位置与所述流道内温控点的温度梯度对照关系列表。

进一步地，所述等离子体发射模块包括供气单元、流量控制单元、第一电源模块、发射电极和第一绝缘介质管；

所述供气单元通过所述流量控制单元向所述第一绝缘介质管内提供工作气体，所述发射电极与所述第一电源模块电连接，所述发射电极用于击穿在所述第一绝缘介质管内的工作气体。

在一些实施例中，所述发射电极为金属针状电极，所述发射电极设于所述第一绝缘介质管的中轴线处。

在一些实施例中，所述发射电极为金属环状电极，所述发射电极设于所述第一绝缘介质管的外表面。

进一步地，所述柔性部包括内层绝缘介质管和外层绝缘介质管，所述内层绝缘介质管内形成所述流道，所述电加速部与所述磁引导部设于所述内层绝缘介质管和外层绝缘介质管之间，所述电加速部与所述磁引导部之间还设有中间绝缘层。

在一些实施例中，所述内层绝缘介质管、电加速部、中间绝缘层、磁引导部和外层绝缘介质管从内至外依次设置。

在一些实施例中，所述内层绝缘介质管、磁引导部、中间绝缘层、电加速部和外层绝缘介质管从内至外依次设置。

进一步地，所述温度传感器紧密连接于所述内层绝缘介质管的外表面。

第二方面，本发明提供一种等离子体射流控制方法，包括以下步骤：

输出具有第一极性的电激励信号至发射电极，击穿在第一绝缘介质管内的工作气体，产生等离子体射流；

调整柔性部的弯曲角度，使等离子体射流在流道中传播；

输出具有第二极性的电加速信号至电加速部，并向磁引导部通电，在流道所处空间上加持加速电场和引导磁场，所述加速电场使所述等离子体射流在所述流道中加速流向所述流道的出口端，所述引导磁场的磁场方向与所述等离子体射流传播方向同向。

进一步地，选取温度传感器的检测位置，建立所述检测位置与所述流道内温控点的温度梯度对照关系列表；

确定所述流道内温控点的目标温度值，根据所述目标温度值确定所述检测位置的预设温控值；

判断所述温度传感器的检测信号，根据检测位置的实测温度值与预设温控值的大小关系，控制向所述磁引导部输出的电源强度。

进一步地，所述温度梯度对照关系列表被配置为在不同工作气体、不同电源强度下，所述温度传感器在所述检测位置上检测到的实测温度值，与在所述流道内温控点处的温度值之间的温度梯度对照关系。

相比现有技术，本发明的有益效果至少包括：

通过外力作用可以弯曲转动柔性部，进而使柔性部内的流道发生弯曲，等离子体射流沿着流道的弯曲轨道传播，在传播路径上，等离子体射流还经过加速电场和引导磁场，通过磁引导、电加速的方法大幅减小等离子体射流中带电粒子在流道壁弯曲处的碰撞复合，同时增加了电子在放电空间的形成和电离效率，增加等离子体射流的放电强度，实现等离子体射流的弯曲传播；

利用金属螺旋线圈通电后可发出热量的特性，建立起一个可控的热场，在选定的温度传感器检测位置与流道内的温控点之间建立温度梯度对照关系列表，根据温度传感器的实测温度值与预设温控值之间的大小关系，来控制向金属螺旋线圈输出的电源强度，进而改变流道所处的热场，实现对流道内等离子体射流的温度控制。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明提供的一种等离子体射流系统的整体结构示意图。

图2是本发明提供的一种等离子体射流系统中电加速部的结构示意图。

图3是本发明提供的一种等离子体射流系统中磁引导部的结构示意图。

图4是本发明中第一绝缘介质管与内层绝缘介质管在未连接状态下的半剖示意图。

图5是在一种实施方式中柔性控制模块的截面示意图。

图6是在另一种实施方式中柔性控制模块的截面示意图。

图7是本发明提供的一种等离子体射流系统的整体结构示意图。

图8是本发明提供的一种等离子体射流控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参照图1至7，第一方面，本发明提供一种等离子体射流系统，包括等离子体发射模块1和柔性控制模块2，柔性控制模块2与等离子体发射模块1连接，等离子体发射模块1被配置为产生具有第一极性的电激励信号、并向柔性控制模块2提供等离子体射流；

其中等离子体发射模块1产生等离子体射流的方式有很多种，在本发明中提供以下实施方式：等离子体发射模块1包括供气单元11、流量控制单元12、第一电源模块13、发射电极14和第一绝缘介质管15；

供气单元11内存有工作气体，此工作气体可以是惰性气体、空气、或者惰性气体与空气的混合气体，供气单元11通过流量控制单元12向第一绝缘介质管15内提供工作气体，流量控制单元12可控制工作气体的供气量，发射电极14与第一电源模块13电连接，第一电源模块13向发射电极14施加具有第一极性的电激励信号，第一电源模块13可以是直流电源、交流电源、脉冲电源等任一种，发射电极14在接收到电激励信号后，发射电极14击穿在第一绝缘介质管15内的工作气体，由此产生等离子体射流，在电场和气流场的双重作用下，等离子体射流在第一绝缘介质管15内开始传播，第一绝缘介质管15为刚性，可以由石英管、陶瓷管制成，第一绝缘介质管15的一端连接供气单元11，另一端则连接柔性控制模块2，等离子体射流在第一绝缘介质管15内形成后，顺流进入到柔性控制模块2中。

结合图1，作为一种实施方式，发射电极14为金属针状电极141，发射电极14设于第一绝缘介质管15的中轴线处，金属针状电极141从第一绝缘介质管15的一端插入，可以整体置于第一绝缘介质管15内，也可以只有一部分置于第一绝缘介质管15内。

结合图7，作为另一种实施方式，发射电极14为金属环状电极142，发射电极14设于第一绝缘介质管15的外表面，利用金属环状电极142抱箍在第一绝缘介质管15的外表面，同样也能实现在第一绝缘介质管15内发生工作气体的击穿。

当然地，等离子体发射模块1还可以是其他类型的放电结构，只要能产生等离子体射流，均应在本专利保护范围内。

在本实施例中，柔性控制模块2包括流道3、柔性部、电加速部4和磁引导部5，流道3供等离子体射流传播，流道3的壁面由绝缘介质管围成，等离子体射流在此流道3内传播，柔性部在外力作用下发生多自由度形变、且在撤销外力后不复原；需要说明的是，此柔性部可以是单独设立的一层或多层结构，柔性部中的至少一部分是围成流道3壁面的绝缘介质管，其形状随外力而发生变化，方便人手随意多自由度地弯曲转动柔性部，再通过柔性部带动电加速部4和磁引导部5一起动作；当然地，此柔性部也可以是电加速部4和磁引导部5中的一部分，例如柔性部为磁引导部5的其中一个构成部分，由磁引导部5中的柔性部发生弯曲，进而带动流道3的壁面发生弯曲。因此，在本实施例中，不限定柔性部具体连接位置，只要在柔性控制模块2存在一种能实现多自由度弯曲转动，且在撤销外力后不复，只有在重新施加外力手动复原的部件，即可理解这一部件为本实施例中的柔性部。

电加速部4被配置为接收至少一个具有第二极性的电加速信号、并至少在流道3内形成加速电场，第一极性与第二极性相反，加速电场使等离子体射流在流道3中加速流向流道3的出口端；

磁引导部5用于至少在流道3内形成引导磁场，引导磁场的磁场方向与等离子体射流传播方向同向。

需要说明的是，第一电源模块13向发射电极14施加具有第一极性的电激励信号，电加速部4接收的是具有第二极性的电加速信号，而且第一极性与第二极性相反，一来有利于工作气体的击穿，产生等离子体射流，二来利用加速电场的布置，将等离子体射流约束在流道3的传播方向，由于等离子体射流是沿着流道3的中心轴线方向传播，而随着柔性部的弯曲转动，流道3的中心轴线也会弯曲，为了避免等离子体射流在遇到弯曲流道3时碰撞到流道3壁，加速电场可以在各拐弯处加强强度，使得等离子体射流在拐弯处受到一个朝向流道3传播方向的电场力，即通过构造一个加速电场，使等离子体射流在加速电场中的受力一直沿着流道3的中心轴线方向指向流道3的出口端，且加速电场所涵盖的范围至少包括流道3，加速电场在各处的电场强度不尽相同，出于在直线段加强工作气体击穿的角度和出于在拐弯处避免等离子体射流碰撞到流道3壁的角度，可以营造出很多种不同形式的加速电场。

再者，在加速电场的基础上，再在流道3内叠加一个引导磁场，首先引导磁场的磁场方向与等离子体射流传播方向同向，更好地约束等离子体射流的传播方向，而且使得等离子体射流中的电子在引导磁场的作用下沿磁力线做螺旋运动，在流道3中形成一种螺旋前进的轨迹，螺旋的轨迹更好控制，更容易在电场和磁场的共同作用下沿着流道3中心轴线传播，大幅降低电子在拐弯处与流道3壁的碰撞复合，同时增加电子在放电空间的形成和电离效率，增强等离子体射流强度，更有利于等离子体射流传播。同样的道理，引导磁场在流道3的不同方向，所形成的磁场强度不尽相同，用于引导等离子体射流更顺畅通过拐弯处的那部分引导磁场可以加强强度。

实施例1：

参照图2，在本实施例1中，等离子体射流系统还包括第二电源模块6，电加速部4包括第一加速构件和第二加速构件，第一加速构件和第二加速构件均为金属材质，柔性部包括弯曲段71和出口段72，弯曲段71可以只有一段，也可以有很多段，多段弯曲段71依次连接，最后再连接一段出口段72，第一加速构件设于弯曲段71，第二加速构件设于出口段72，第二电源模块6用于分别向第一加速构件和第二加速构件提供第一加速电信号和第二加速电信号，更详细地，本实施例中，由于第一电源模块13向发射电极14施加的是正极性高压电激励信号，因此第二电源模块6向第一加速构件和第二加速构件施加的是负极性加速电信号，可以为负极性直流电信号，第二电源模块6输出的负极性直流电压在-10～-100V范围内，第一加速电信号为输出电压极，第二加速电信号为地电极，当第一加速构件为负电压时，第一加速构件与等离子体发射模块1之间的电位差大于其与第二加速构件之间的电位差，可以理解的是，在只有一端弯曲段71情况下，第一加速构件与发射电极14之间这一段流道3为直线段，通过设置电位差更大的第一加速构件与发射电极14，能更有利于工作气体的击穿，产生等离子体射流，因此第一加速构件与发射电极14的电场用于加速、击穿，然后在第一加速构件和第二加速构件之间的电场，则用于使等离子体射流发生偏移，朝向流道3出口端传播，而削弱等离子体射流中的电子在流道3壁处的碰撞复合，特别是在拐弯处，更有利于提高等离子体射流的放电强度。

当然地，利用以上思路，在具有多段弯曲段71的情况下，可以设置多个第一加速构件，第一加速构件对应设在拐角处，沿着传播方向，第一个第一加速构件起到加速、击穿作用，后续的第一加速构件和第二加速构件则起到助力传播方向偏移的作用。

结合图2，作为一种实施方式，第一加速构件为环状的第一金属环片41，第二加速构件为环状的第二金属环片42，第一金属环片41紧密贴合于弯曲段71，第二金属环片42紧密贴合于出口段72。需要注意的是，第一金属环片41与弯曲段71的贴合，其之间可以设有其他中间结构，实现间接贴合，也可以是中间没有其他结构，实现直接贴合，这里不限制第一金属环片41与弯曲段71之间是否存在其他中间结构，只要第一金属环片41是对应在弯曲段71范围内的，即在本保护范围内；第二金属环片42与出口段72的关系同理。

作为另一种实施方式，第一加速构件为第一金属薄膜，第二加速构件为第二金属薄膜，第一金属薄膜和第二金属薄膜通过溅射工艺附着在分别对应的弯曲段71和出口段72。利用溅射工艺形成的第一金属薄膜和第二金属薄膜，其厚度更薄，更有利于弯曲，而且更能贴合弯曲段71，在特定区域溅射出一块金属薄膜，贴合性更好，弯曲适应性更好。

实施例2：

参照图3，在本实施例2中，磁引导部5包括金属螺旋线圈51，金属螺旋线圈51的两端分别与第二电源模块6电连接，第二电源模块6向金属螺旋线圈51的两端施加负极性直流电源的输出电压极和地电极，构成电流回路，金属螺旋线圈51缠绕在流道3之外，金属螺旋线圈51可以直接与流道3壁接触、也可以与流道3壁间接接触，金属螺旋线圈51，金属螺旋线圈51通电后形成引导磁场。

更具体地，磁引导的原理是：电子在磁场中受到洛伦兹力的作用，其路径束缚在磁力线做螺旋运动，由于电子的拉莫尔循环半径很小，洛伦兹力降低了电子在介质管壁的碰撞复合，增加了电子在放电空间的形成和电离效率，使得电子能够与更多的气体分子再次碰撞或激发产生更多的电子和活性物质。

因此，当金属螺旋线圈51通电并形成引导磁场后，引导磁场的方向与等离子体射流的传播方向同向，磁场的加入可以约束电子在磁力线做螺旋运动，大幅降低电子在流道3壁的碰撞复合，同时增加电子在放电空间的形成和电离效率，增强等离子体射流强度，更有利于等离子体射流传播。

优选地，金属螺旋线圈51由通过溅射工艺形成的金属丝绕制而成，溅射而成的金属丝更细更薄，更有利于弯曲，且由溅射形成的金属丝绕制呈螺旋延伸的线圈，更能贴合弯曲段71，弯曲适应性更好。

在一些实施例中，金属螺旋线圈51在弯曲段71绕制的线圈密度大于在出口段72处的线圈密度，为了更好地约束电子传播移动，特别是在流道3的拐弯处，因此相对于在出口端处的线圈密度，在弯曲段71处的线圈密度更大，能形成更强的磁场，引导作用更好。

实施例3：

参照图4，在本实施例3中，本等离子体射流系统还包括温度传感器61和温控单元62，温度传感器61设于流道3之外、并用于检测在金属螺旋线圈51通电后所形成的热场中其所处检测位置的温度，温控单元62分别与温度传感器61和第二电源模块6电连接，温控单元62用于根据温度传感器61的检测信号控制第二电源模块6向金属螺旋线圈51提供的电源强度。由于流道3内有等离子体射流在传播，因此温度传感器61只能设置在流道3之外，避免影响流道3内的状态，而金属螺旋线圈51相当于一个热电阻，在其通电后会产生热量，金属螺旋线圈51包裹在流道3的外面，因此金属螺旋线圈51所形成的热场也包围着流道3，将温度传感器61设在热场中流道3以外的一个检测位置，并检测此检测位置的温度，将检测信号反馈至温控单元62，温控单元62则控制第二电源模块6的输出电源强度，使得金属螺旋线圈51改变其发热量，进而改变整个热场的温度。

作为一种实施方式，温控单元62内预设有温度传感器61所处检测位置与流道3内温控点的温度梯度对照关系列表，即如果要将流道3内的等离子体射流温度控制在43℃，但是在温控点与检测位置之间存在着多种材质，这些材质对热传导存在一定阻隔，在稳定状态下，检测位置处的温度需要达到60℃，才能保证将流道3内的等离子体射流从室温提高到43℃，而且，对于不同工作气体、不同气体流速、不同电源强度、不同结构构造，所表现出来的温度梯度关系不一样，因此需要制定一个涉及不同影响因素的温度梯度对照关系列表。

实施例4：

在本实施例4中，柔性部包括内层绝缘介质管81和外层绝缘介质管82，内层绝缘介质管81内形成流道3，内层绝缘介质管81的内壁即流道3壁，电加速部4与磁引导部5设于内层绝缘介质管81和外层绝缘介质管82之间，电加速部4与磁引导部5之间还设有中间绝缘层83。

参照图5，作为一种实施方式，内层绝缘介质管81、电加速部4、中间绝缘层83、磁引导部5和外层绝缘介质管82从内至外依次设置。

参照图6，作为另一种实施方式，内层绝缘介质管81、磁引导部5、中间绝缘层83、电加速部4和外层绝缘介质管82从内至外依次设置。

即电加速部4和磁引导部5可以互换位置，其各自形成的加速电场和引导磁场、热场同样可以影响到流道3内的等离子体射流，且位于最内侧的内层绝缘介质管81还用于与第一绝缘介质管15连接，其他各层结构则依次连接在内层绝缘介质管81上，内层绝缘介质管81与第一绝缘介质管15的连接可以是螺纹连接，也可以是打胶固定，需要保证其密封性。

优选地，温度传感器61紧密连接于内层绝缘介质管81的外表面，内层绝缘介质管81和中间绝缘层83的热导性能较好，能很好地将磁引导部5发出的热量传递至内层绝缘介质管81的流道3内。

需要注意的是，作为一种实施方式，内层绝缘介质管81和/或外层绝缘介质管82具有多自由度弯曲并手动复原的特性；作为另一种实施方式，磁引导部5中的金属螺旋线圈51可以设置为具有多自由度弯曲并手动复原的特性，由此金属螺旋线圈51来带动整个柔性末端的结构弯曲转动。因此，在此处再说明一下柔性部这个概念，在第一种实施方式中，柔性部即为内层绝缘介质管81和/或外层绝缘介质管82，在第二种实施方式中，柔性部即为磁引导部5中的金属螺旋线圈51。

参照图8，第二方面，本发明提供一种等离子体射流控制方法，包括以下步骤：

输出具有第一极性的电激励信号至发射电极14，击穿在第一绝缘介质管15内的工作气体，产生等离子体射流；

调整柔性部的弯曲角度，使等离子体射流在流道3中传播；

输出具有第二极性的电加速信号至电加速部4，并向磁引导部5通电，在流道3所处空间上加持加速电场和引导磁场，加速电场使等离子体射流在流道3中加速流向流道3的出口端，引导磁场的磁场方向与等离子体射流传播方向同向。

其中第一极性的电激励信号可以是直流电源、交流电源、脉冲电源中的任一种，在本实施例中电激励信号由正极性高压激励电源发出。在第一绝缘介质管15内电击而产生等离子体射流后，等离子体射流进入到流道3中，可以手工调整柔性部的弯曲角度，进而改变流道3的走向，使等离子体射流在流道3中传播，而且在传播过程中，在流道3所处的空间上加持加速电场和引导磁场，利用磁引导和电加速大幅降低了电子与流道3壁的碰撞复合，同时增加了电子在放电空间的形成和电离效率，最终实现等离子体射流可以多自由度旋转，打破等离子体射流喷射位置和角度不可控，导致应用单一和处理面积局限的问题。

作为一种实施方式，还包括以下步骤：

选取温度传感器61的检测位置，建立检测位置与流道3内温控点的温度梯度对照关系列表；其中温度梯度对照关系列表被配置为在不同工作气体、不同电源强度下，温度传感器61在检测位置上检测到的实测温度值，与在流道3内温控点处的温度值之间的温度梯度对照关系，由于不同的条件下，检测位置与温控点的对照关系也不一样，例如同样是需要将流道3内的等离子体射流温度控制在43℃，在A种工作气体B流速下，检测位置需要达到60℃，但是在C中工作气体D流速下，检测位置需要达到65℃才行，因此需要针对不同的影响因素制定一个温度梯度对照关系列表，列表中包括多个目标温度值，分别代表要将温控点控制在不同的温度，例如40、43、45℃等，可以根据这一目标温度值查询检测位置对应的预设温控值；

确定流道3内温控点的目标温度值，根据目标温度值确定检测位置的预设温控值；将对温控点的温度控制转移到对检测位置的温度控制；

判断温度传感器61的检测信号，根据检测位置的实测温度值与预设温控值的大小关系，控制向磁引导部5输出的电源强度，通过调整电源强度，使磁引导部5中的金属螺旋线圈51产生不同强度的热场，进而通过检测位置的实测温度值再来不停地反馈调整。

在本实施方式中主要是针对温度的控制，与上述的电场和磁场控制可以同步进行。

相对于现有技术，本发明提供一种等离子体射流系统及控制方法，通过外力作用可以弯曲转动柔性部，进而使柔性部内的流道3发生弯曲，等离子体射流沿着流道3的弯曲轨道传播，在传播路径上，等离子体射流还经过加速电场和引导磁场，通过磁引导、电加速的方法大幅减小等离子体射流中带电粒子在流道3壁弯曲处的碰撞复合，同时增加了电子在放电空间的形成和电离效率，增加等离子体射流的放电强度，实现等离子体射流的弯曲传播；

利用金属螺旋线圈51通电后可发出热量的特性，建立起一个可控的热场，在选定的温度传感器61检测位置与流道3内的温控点之间建立温度梯度对照关系列表，根据温度传感器61的实测温度值与预设温控值之间的大小关系，来控制向金属螺旋线圈51输出的电源强度，进而改变流道3所处的热场，实现对流道3内等离子体射流的温度控制；

利用一个具有负极性直流电源特性的第二电源模块6，驱动柔性控制模块2中的电加速部4和磁引导部5工作，产生相应的加速电场、引导磁场及热场，且随着柔性部的弯曲转动，整个柔性控制模块2都会随之发生多自由度弯曲，结构简洁有效。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上描述为发明的主要流程步骤，其中可穿插其它功能步骤，并可打乱上述逻辑顺序和流程步骤，若数据的处理方式按照此流程步骤形式处理或数据处理的核心思想近似、雷同，均应受到保护。

Claims (20)

1.一种等离子体射流系统，其特征在于，包括等离子体发射模块和柔性控制模块，所述柔性控制模块与所述等离子体发射模块连接，所述等离子体发射模块被配置为产生具有第一极性的电激励信号、并向所述柔性控制模块提供等离子体射流；

所述柔性控制模块包括流道、柔性部、电加速部和磁引导部，所述流道用于供所述等离子体射流传播，所述柔性部在外力作用下发生多自由度形变、且在撤销外力后不复原；

所述电加速部被配置为接收至少一个具有第二极性的电加速信号、并至少在所述流道内形成加速电场，所述第一极性与所述第二极性相反，所述加速电场使所述等离子体射流在所述流道中加速流向所述流道的出口端；

所述磁引导部用于至少在所述流道内形成引导磁场，所述引导磁场的磁场方向与所述等离子体射流传播方向同向。

2.根据权利要求1所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，还包括第二电源模块，所述电加速部包括第一加速构件和第二加速构件，所述柔性部包括弯曲段和出口段，所述第一加速构件设于所述弯曲段，所述第二加速构件设于所述出口段，所述第二电源模块用于分别向所述第一加速构件和第二加速构件提供第一加速电信号和第二加速电信号。

3.根据权利要求2所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述第一加速构件与所述等离子体发射模块之间的电位差大于其与所述第二加速构件之间的电位差。

4.根据权利要求2所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述第一加速构件为环状的第一金属环片，所述第二加速构件为环状的第二金属环片，所述第一金属环片紧密贴合于所述弯曲段，所述第二金属环片紧密贴合于所述出口段。

5.根据权利要求2所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述第一加速构件为第一金属薄膜，所述第二加速构件为第二金属薄膜，所述第一金属薄膜和第二金属薄膜通过溅射工艺附着在分别对应的弯曲段和出口段。

6.根据权利要求2至5任一项所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述磁引导部包括金属螺旋线圈，所述金属螺旋线圈的两端分别与所述第二电源模块电连接，所述金属螺旋线圈缠绕在所述流道之外，所述金属螺旋线圈通电后形成所述引导磁场。

7.根据权利要求6所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述金属螺旋线圈由通过溅射工艺形成的金属丝绕制而成。

8.根据权利要求6所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述金属螺旋线圈在所述弯曲段绕制的线圈密度大于在所述出口段处的线圈密度。

9.根据权利要求6所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，还包括温度传感器和温控单元，所述温度传感器设于所述流道之外、并用于检测在所述金属螺旋线圈通电后所形成的热场中其所处检测位置的温度，所述温控单元分别与所述温度传感器和第二电源模块电连接，所述温控单元用于根据所述温度传感器的检测信号控制所述第二电源模块向所述金属螺旋线圈提供的电源强度。

10.根据权利要求9所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述温控单元内预设有所述温度传感器所处检测位置与所述流道内温控点的温度梯度对照关系列表。

11.根据权利要求9所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述等离子体发射模块包括供气单元、流量控制单元、第一电源模块、发射电极和第一绝缘介质管；

所述供气单元通过所述流量控制单元向所述第一绝缘介质管内提供工作气体，所述发射电极与所述第一电源模块电连接，所述发射电极用于击穿在所述第一绝缘介质管内的工作气体。

12.根据权利要求11所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述发射电极为金属针状电极，所述发射电极设于所述第一绝缘介质管的中轴线处。

13.根据权利要求11所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述发射电极为金属环状电极，所述发射电极设于所述第一绝缘介质管的外表面。

14.根据权利要求11所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述柔性部包括内层绝缘介质管和外层绝缘介质管，所述内层绝缘介质管内形成所述流道，所述电加速部与所述磁引导部设于所述内层绝缘介质管和外层绝缘介质管之间，所述电加速部与所述磁引导部之间还设有中间绝缘层。

15.根据权利要求14所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述内层绝缘介质管、电加速部、中间绝缘层、磁引导部和外层绝缘介质管从内至外依次设置。

16.根据权利要求14所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述内层绝缘介质管、磁引导部、中间绝缘层、电加速部和外层绝缘介质管从内至外依次设置。

17.根据权利要求14所述的一种等离子体射流系统，其特征在于，所述温度传感器紧密连接于所述内层绝缘介质管的外表面。

18.一种等离子体射流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

输出具有第一极性的电激励信号至发射电极，击穿在第一绝缘介质管内的工作气体，产生等离子体射流；

调整柔性部的弯曲角度，使等离子体射流在流道中传播；

输出具有第二极性的电加速信号至电加速部，并向磁引导部通电，在流道所处空间上加持加速电场和引导磁场，所述加速电场使所述等离子体射流在所述流道中加速流向所述流道的出口端，所述引导磁场的磁场方向与所述等离子体射流传播方向同向。

19.根据权利要求18所述的一种等离子体射流控制方法，其特征在于，选取温度传感器的检测位置，建立所述检测位置与所述流道内温控点的温度梯度对照关系列表；

确定所述流道内温控点的目标温度值，根据所述目标温度值确定所述检测位置的预设温控值；

判断所述温度传感器的检测信号，根据检测位置的实测温度值与预设温控值的大小关系，控制向所述磁引导部输出的电源强度。

20.根据权利要求19所述的一种等离子体射流控制方法，其特征在于，所述温度梯度对照关系列表被配置为在不同工作气体、不同电源强度下，所述温度传感器在所述检测位置上检测到的实测温度值，与在所述流道内温控点处的温度值之间的温度梯度对照关系。

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