TW202303677A - 用於在大壓力範圍內產生電漿的裝置及方法以及使用這種裝置進行光學氣體分析/檢測的系統及方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種用於在大壓力範圍內產生電漿的裝置。此裝置包括，在第一放電室(2)中之第一電漿源(1)，用於在一低壓範圍產生電漿，在第二放電室(4)中之第二電漿源(3)，用於在一高壓範圍產生電漿，第一耦接元件(5)，用於將裝置耦接在一系統上，俾便將氣體由系統導出，第二耦接元件(6)，用於將裝置耦接在一光學感測器上(12)。第一放電室(2)具有第一光學連接，其至少具有一對第二耦接元件(6)之光學透鏡(7、8)，第二放電室(4)具有第二光學連接，其至少具有一對第二耦接元件(6)之光學透鏡(8)。此外，本發明亦係關於一種用於氣體分析及氣體檢測之系統及相應之方法，用於產生電漿以及操作系統。
Description
[相關申請案]
平行於本申請案，本申請案之申請人同日提出一瑞士專利申請案，名稱為「用於產生無聲電漿放電之真空饋通、電極組件及裝置」。基於此提示，該申請案之內容被併入此處之本申請案。
本發明係關於一種用於產生電漿的裝置及方法。本發明進一步係關於一種用於光學氣體分析及/或氣體檢測之系統，例如一種量測儀器，藉由一此種裝置及操作系統之方法，用於檢測氣體成分或驗證特定氣體。
本發明屬於產生電漿之技術領域，攸關離子化及對分子與離子激勵以產生電漿光，並進一步攸關對所產生電漿氣體成分之量測與分析。
在氣態樣本定量與定性分析上經常使用光譜分析(Optical emission spectrometry；OES)。該方法的原理是，被激勵的原子發射一能反映化學元素特性之電磁光，因而提供檢體之成分信息。對原子激勵例如係經由將檢體變成電漿狀態。習知之執行光譜分析之儀器使用特定電漿源，在特定壓力區長時間穩定產生電漿。然而許多應用需要極大壓力區，這時氣體成分具有重要影響，必須能被量測、控制與觀察。因而需要多個電漿產生器，這導致在電子、軟體、空間、能量及成本方面的耗費。這也需要多個量測儀器，如光譜儀，也需要在系統上有多個凸緣開口，俾便在涵蓋較大之壓力範圍對氣體進行分析。
因而需要研發一種儀器，能在一大壓力範圍，以及涵蓋一大壓力範圍，例如由10
-8托(Torr)(高真空)至1500托(＞常壓)，穩定產生電漿及其發射光，且空間需求最小，並在電子、軟體、能量及成本上需求較小。
本發明之目的在於提出一種在一大壓力範圍(及涵蓋一大壓力範圍)產生電漿的裝置，其能最大程度以節省空間之方式接設在一設備(或一系統)上，此產生電漿的裝置能夠分析及/或驗證氣體，且與習知產生電漿的裝置相比，較不複雜，成本亦較低。本發明之此目的係藉由如請求項1之裝置而達到。
本發明之另一目的在於提出一種系統，用於做光學氣體分析及氣體檢測，該系統包括所述之有利產生電漿的裝置。此目的藉由如請求項16之系統達成。
本發明進一步之目的在於提出一種相應之方法，在一(及涵蓋一)大壓力範圍產生電漿。此方法詳述於請求項17。
此外，本發明又一目的在於提出一種光學氣體分析及氣體檢測方法。此方法說明於請求項20。
本發明之具體實施例說明於各附屬請求項。
本發明之用於在大壓力範圍內產生電漿的裝置包括：
- 第一電漿源，設於第一放電室，並實施成在一低壓範圍產生第一電漿，而該低壓範圍特別延伸至高真空，亦即，例如延伸至10
-8托；
- 第二電漿源，設於第二放電室，並實施成在一高壓範圍產生第二電漿，而該高壓範圍特別延伸涵蓋常壓，亦即例如延伸至1500托；
- 第一耦接元件，特別是具有一凸緣，用於將裝置偶接在一系統(特別是一氣體源)上，並實施成由該系統將氣體引出；
- 第二耦接元件，用於將裝置耦接在一光學感測器上，例如一光二極管或一光譜儀上，用於做氣體分析及氣體檢測(以及氣壓量測)，
而第一放電室具有第一光學連接，該連接對第二耦接元件有至少一光學透鏡，且第二放電室具有第二光學連接，該連接對第二耦接元件有至少一光學透鏡(光學透鏡可為第一及第二光學連接之共同光學透鏡)。
本發明之裝置之特徵在於，其至少能產生兩種不同放電形式，亦即，具有二或多個電漿源，(共同)整合在此(單一)裝置內。此外，裝置僅具有一(連接-)凸緣，能以此凸緣與具有待分析氣體之系統接通，且其亦僅具有一耦接，接著在一(單一)光學感測器上，如一光譜儀上，就能在全部壓力範圍實施光學氣體分析，該壓力範圍例如為由10
-8托至1500托。(兩個)電漿源之(兩個)放電室可互相平行，或成列(串連，前後)設置，且待分析及待檢測之氣體可平行於各別放電室導入，或由一放電室被導入下一放電室。可想而知，平行/並列及成列/串連結合設置之放電室，其電漿源流體相通抑或氣密隔離，亦屬可行。
各電漿源放射之光經由一光學連接由各放電室被導至第二耦接元件(在光學感測器之前)。各光學連接具有自己的光學透鏡，亦可二光學連接例如具有一共同之光學透鏡。光學連接除一個或多個光學透鏡外，亦可例如包含適當之導光(-元件)如光纖，光管或光桿。
在本發明裝置之一實施例中，低壓範圍與高壓範圍共同延伸涵蓋至少10個十進位，特別是涵蓋12個十進位(例如以托為單位)。
在本發明裝置之另一實施例中，低壓範圍與高壓範圍重疊，特別是在涵蓋一個十進位的壓力範圍內重疊，例如由0.35托至3.5托。
在本發明裝置之又一實施例中，第一與第二電漿源分屬不同電漿源，例如分別出自於由輝光放電源(glow discharge)(冷陰極源)、無聲放電源(介質屏蔽放電(dielectric barrier discharge)，DBD)、高頻電漿源(RF電漿源)、微波電漿源(-＞常壓-/大氣壓力-電漿)，及感應耦合電漿源(Inductively coupled plasma，ICP源)組成之群組。
在本發明裝置之再一實施例中，第一放電室與第二放電室流體耦接(特別是在兩放電室中壓力相同或相近)。
在本發明裝置之另一實施例中，第一放電室與第二放電室以氣密方式去耦合。
在本發明裝置之又一實施例中，氣體可由第一耦接元件被導至第一放電室，及可由第一放電室被導至第二放電室。
在本發明裝置之再一實施例中，氣體可由第一耦接元件被分開導至第一放電室及第二放電室。
在本發明裝置之另一實施例中，在第一放電室與第二放電室之間設一光學透鏡，係第一光學連接之一部分。
在本發明裝置之又一實施例中，第二耦接元件包括一光學透鏡，係第一及/或第二光學連接之一部分。
在本發明裝置之再一實施例中，第二光學連接係第一光學連接之一部分，亦即，兩光學連接部分重疊或分段重疊。
在本發明之另一實施例中，裝置另外包含一壓力感測器。該壓力感測器可例如為以下任一者：
- 皮拉尼式(Pirani)熱導真空計(量測範圍由約10
-3托至1托)；
- 沛寧式(Penning)冷陰極離子化-真空計(量測範圍由約10
-7托至10
-3托)；
- 巴亞-阿爾珀特式(Bayard-Alpert)熱陰極離子化-真空計(量測範圍由約10
-12托至10
-3托)；
- 電容性隔膜真空計(capacitance diaphragm vacuum gauge, CDG；量測範圍由約10
-5托至10
3托)。
為了涵蓋大的壓力範圍，例如由10
-8托至1500托，本裝置亦可具有多個壓力感測器。
在本發明裝置之又一實施例中，裝置另外具有一控制器，係以根據壓力感測器(或多個壓力感測器)感知之壓力值(或多個壓力值)操控第一及/或第二電漿源，特別是打開或關閉第一及/或第二電漿源的方式實施。
在本發明裝置之再一實施例中，第一放電室與第二放電室為圓筒形，且前後(串接)同軸(在一共同之圓筒軸線上)，而第一耦接元件設於第一放電室上，第二耦接元件設於第二放電室上，且第一電漿源特別是一種輝光放電源(冷陰極源)，而第二電漿源特別是一種無聲放電源(介質障層放電)。
在本發明裝置之另一實施例中，第一電漿源之一陽極以真空密封方式被玻璃封裝在一饋通中，穿過在第二耦接元件中之光學透鏡，特別是(例如以真空密封方式)其亦被玻璃封裝在一饋通中，穿過位於第一放電室與第二放電室間之光學透鏡，且二饋通皆設在兩透鏡特別是圓心位置，而陽極同軸延伸(在兩放電室之共同圓筒軸線上)，穿過第二放電室，直抵第一放電室。
在本發明裝置之又一實施例中，第二電漿源具有一高壓電極及一接地電極，而高壓電極埋入一介電質中，該介電質至少構成第二放電室內壁之一部分，接地電極在第二放電室內與高壓電極同心，並設置成沿著內壁對高壓電極保持小於1 mm之距離，特別是保持介於0.05 mm與0.5 mm之距離，特別是在一空心圓筒上，例如陶瓷空心圓筒上，而在內壁與接地電極間有一間隙，在間隙中對高壓電極與接地電極施加一交流電，例如電壓在±1至±10 kV，頻率在1至10 kHz，形成一帶電漿(亦即第二電漿)之放電區。電壓走勢例如可在一周期內讓交流電壓在-5 kV與+5 kV間擺盪，亦即施加10 kV
PP(尖峰到尖峰(peak-to-peak))之電壓。電壓走勢可例如為一正弦波。亦可為直角電壓。有利的是，電壓由正到負是相對於接地電極。以此方式可得到顯著穩定之電壓，其穩定性高於例如零電壓(GND)對正電壓或零電壓(GND)對負電壓之變化。高壓電極及接地電極亦可構建成分段式，亦即，由在一圓筒表面並排設置導電條構成。
在本發明裝置之再一實施例中，高壓電極能與接地連接(例如可連通/可操控)，操作第一電漿源，且能與高壓交流電源連接(例如可連通/可操控)，操作第二電漿源，及/或陽極能與高壓直流電源(例如3.3 kV直流電壓)連接(例如可連通/可操控)，操作第一電漿源，且能與接地連接(例如可連通/可操控)，操作第二電漿源。
在本發明裝置之另一實施例中，陽極(特別是)在第一放電室中同軸設置，而放電室作為陰極，且高壓電極與接地電極(位於第二放電室內壁)徑向設置，使得第一電漿源產生之第一電漿形成於第一放電室圓筒軸上，而且，第一電漿放射之第一光特別同軸向第二耦接元件擴散，第二電漿源產生之第二電漿形成於第二放電室內壁上，第二電漿放射之第二光特別斜對第二放電室圓筒軸線向第二耦接元件擴散，使得第一光與第二光由不同方向照射在第二耦接元件內之光學透鏡上。
在本發明裝置之又一實施例中，陽極材質為鉬。
在本發明裝置之再一實施例中，第一放電室由鈦金屬製成。
在本發明裝置之另一實施例中，高壓電極材質為鉑。
在本發明裝置之又一實施例中，介電質為藍寶石(Sapphire, Al
2O
3)。
在本發明裝置之再一實施例中，接地電極材質為鉬。
在本發明裝置之另一實施例中，光學透鏡為藍寶石(Al
2O
3)製成。
依本發明之另一態樣，一用於氣體分析及氣體檢測(以及氣體壓力量測)之系統包括：
- 一裝置，用於依前述實施例中任一實施例產生電漿；
- 一氣體源，用於產生電漿之裝置以一第一耦接裝置，特別是以一凸緣，耦接在該氣體源上；
- 一光學感測器，例如一光二極體或一光譜儀，用於光學氣體分析及氣體檢測(以及氣體壓力量測)，而產生電漿之裝置以一第二耦接裝置耦接在光學感測器上。
依本發明之又一態樣，一種藉由前述實施例中任一實施例之產生電漿之裝置在一大壓力範圍產生電漿之方法包括以下步驟：
- 將一氣體由一系統經由一第一耦接元件導引至具有第一電漿源之第一放電室，及/或至具有第二電漿源之第二放電室；
- 由第一電漿源在第一放電室中一低壓範圍產生第一電漿，該低壓範圍特別延伸至高真空，亦即，延伸至例如10
-8托，及/或由第二電漿源在第二放電室中一高壓範圍產生第二電漿，該高壓範圍特別延伸至超過常壓，亦即，延伸至例如1500托；
- 將第一電漿發射之光，由第一放電室經由至少具有一光學透鏡之第一光學連接，及/或將第二電漿發射之光，由第二放電室經由至少具有一光學透鏡之第二光學連接，引導至一將裝置耦接在一光學感測器上之第二耦接元件，該光學感測器為如一光二極體或一光譜儀；
- 將第一及/或第二電漿發射之光，經由第二耦接元件，至少解離一部份。
在本發明方法之另一實施例中，第二電漿源係一無聲放電源，具有一高壓電極及一接地電極，在高壓電極及接地電極間施加一交流電，例如電壓範圍由±1至±10 kV，頻率在1至10 kHz，產生第二電漿。
在本發明方法之又一實施例中，根據壓力感測器測出之壓力，操控第一及/或第二電漿源，特別是將第一及/或第二電漿源開啟或關閉。
在本發明方法之再一實施例中，在一低壓範圍與高壓範圍重疊之壓力範圍，例如在0.35托至3.5托之壓力範圍，第一及第二電漿源同時產生第一及第二電漿。
依本發明之另一態樣，本發明之用於光學氣體分析及氣體檢測(以及氣體壓力量測)方法包括執行前述方法各實施例中任一實施例之步驟以產生電漿，以及進一步包括以下步驟：
- 將解離之光導引至一光學感測器上，例如導引至一光二極體或一光譜儀上；
- 根據解離之光，特別是根據解離之光強度及/或光譜分佈，判定一氣體，或判定一氣體之成分，或驗證一特定氣體或一氣體之特定成分(或判定一氣體之壓力)。
當在一低壓範圍與高壓範圍重疊之壓力範圍，例如在0.35托至3.5托之壓力範圍，第一與第二電漿源同時產生第一及第二電漿，由於兩電漿之光強度較高(例如加倍)，光學氣體分析及氣體檢出之敏感度因而提高。這有助於例如檢測微量氣體。第一及第二電漿源同時產生電漿亦有助於對微量氣體之一部份進行識別或判定(分壓/-濃度)，這是由於氣體被兩電漿之區分不相同。此外，藉助於對第一(及第二)電漿光之分析結果，可改正第二(及第一)電漿光之分析結果，以及將其中一個結果用來校正另一個結果。
必須指出，前述實施例可以結合，產生本發明新的實施例。
圖1以示意圖顯示本發明用於在大壓力範圍內產生電漿的裝置之一實施例。裝置包括第一電漿源1，例如一輝光放電源(GD，冷陰極源)，設於第一放電室2內，及包括第二電漿源3，例如一無聲放電源(DBD源)，設於第二放電室4內，放電室2、4前後(成串列)、彼此相鄰設置。此外裝置包括第一耦接元件5，例如具有一凸緣，用於將裝置耦接在一系統(未圖示)上，而該系統中有氣體存在。氣體經由耦接元件5被導出系統，進入第一放電室2。氣體可由第一放電室2流入第二放電室4。為此在二放電室2、4間例如有多個(例如6至12個)通氣孔，直徑各在至少1 mm。裝置另外包括第二耦接元件6，用於將裝置耦接在一光學感測器上，例如一光二極體或一光譜儀上，俾便做光學氣體分析及氣體檢測(亦或氣體壓力量測)。
第一電漿源1用於在一低壓範圍，例如10
-8托至大約3.5托，產生電漿，第二電漿源2用於在一高壓範圍，例如大約0.35托至1500托，產生電漿。各根據氣體壓力，第一(在低壓-＞高真空)或第二(在大氣壓力)電漿源1、3點燃氣體，產生第一或第二電漿14、15，電漿因氣體種類及成分放射不同光。在電漿源1、3之壓力重疊範圍，例如由0.35托至3.5托，兩電漿源1、3可同時激活，同時產生第一電漿及第二電漿14、15。兩電漿源1、3可平行作業特別係因為各自之低功率放電。
第一電漿14在第一放電室2發射之光被一光學透鏡7引導，該光學透鏡位於兩放電室2、4之間。之後，光被引導至第二放電室4，並通過位於第二耦接元件6中之第二光學透鏡8抵達一光學感測器12，藉該光學感測器之助可實施光學氣體分析或氣體檢測(亦或氣體壓力量測)。光學感測器12在能穿透兩光學透鏡7、8之波長範圍有感測能力。光學感測器12可為一簡單放射感測器，例如一光感測器如光二極體，但亦可為複雜之光學感測器，如光譜儀。
第一電漿源1之陽極9被導引，由第二耦接元件6經由在第二耦接元件6內之第二光學透鏡8，穿過第二放電室4，再穿過位於兩放電室2、4間之第一光學透鏡7，進入第一放電室2。陽極9特別以真空密封方式被玻璃封裝在一饋通中，通過在耦接元件6中之光學透鏡8。陽極9可同樣被玻璃封裝在一饋通中，通過兩放電室2、4間之光學透鏡7。通過光學透鏡7之饋通可同樣實施成真空密封，但並無絕對地需要。兩饋通特別是設於兩光學透鏡7、8間之中心，使得陽極9同軸穿過第二放電室4，延伸至第一放電室2。第一電漿源1之陰極位於第一放電室2之邊緣，與陽極9保持距離。第一放電室2之內壁可以做為陰極。陰極例如由鈦製成。為產生氣體之輝光放電，在陽極9與陰極間施加一高直流電壓(HV DC)，例如3.3 kV。此高電壓使電子離開陰極材料，加速流向陽極9方向。用(永久-)磁鐵13設置一外部磁場，將電子導在圓形及螺旋形路徑上。這提高與氣體原子/分子碰撞機率。此碰撞導致原子/分子激勵及離子化。此離子向陰極方向游離，並產生一離子流。光子一方面經由放鬆激勵之電子、分子、離子產生，另一方面經由此離子重組產生。發射之光子照射整個空間，也會抵達在兩放電室2、4間之光學透鏡7。此處抵達之光子破碎，並被導向在第二耦接元件6中之第二光學透鏡8。光學透鏡7、8可為同一材料或不同材料製成，例如由藍寶石製成，且具有一非球面形狀，以對抗像差及色差。
光學波長範圍包括波長100 nm至1 mm之電磁光，亦即特別是可見光、紫外線照射與紅外線照射範圍。
有關產生無聲電漿放電裝置之第二電漿源3之細節，可參考本專利申請人在本發明專利同日提出申請之瑞士專利申請案「用於產生無聲電漿放電之真空饋通、電極組件及裝置」。第二電漿源3具有一高壓電極10及一接地電極11，而高壓電極10埋設於一介電質中，該介電質至少構成第二放電室4部分內壁。接地電極11與高壓電極10同軸心，設於第二放電室4內壁上，特別是在一例如陶瓷製之空心圓筒上。接地電極11對高壓電極10之距離小於1 mm，而在內壁與接地電極11之間有一間隙，在間隙中高壓電極10與接地電極11之間施加一高壓交流電(HV AC)，形成一放電區，產生(第二)電漿15。發明人發現，隨著間隙擴張，能以一高交流電壓，範圍在±1至±10 kV，頻率在1至10 kHz，在涵蓋約由0.35 托至1500托之大壓力範圍穩定產生一介質障層放電(亦以dielectric barrier discharge，DBD，為人知)。
圖2係一本發明之用於在大壓力範圍內產生電漿的裝置一實施例之縱截面圖，連同尺寸標註。在此實施例中，第一放電室2與第二放電室4實施成圓筒形，前後同軸設置(亦即“成列/串聯連接”)。如同圖1，第一耦接元件5設於第一放電室2右側，第二耦接元件6設於第二放電室4左側。在此實施例中裝置全長僅約60 mm，總直徑在此實施例中僅約25mm。這顯示，本發明提出一極精簡之構造，非常節省空間。
圖3係圖2中實施例縱截面之另一種顯示。在圖3中另外標出在二放電室2、4中之電漿14、15，以及以示意法標示兩光學連接L1、L2。產生電漿14、15之區域以虛線包圍。
圖4顯示一實施例之一縱截面圖，此實施例與圖1所示之實施例基本一致。此實施例另外再具有一電極16，對高壓電極10絕緣，並在第二電漿源高壓電極10徑向之外由真空側被導引至外側。此加設之電極例如被導引穿過一熔融玻璃環與一絕緣材料製成之圓筒之間。絕緣材料之圓筒可例如在兩側突出於熔融玻璃環之上，為電極構成一連續之接著面。加設多個如此之電極係屬可行，而電極可例如設計成條狀，其縱向平行於裝置之縱軸。多個如此之加設電極可在方位角(azimuthal)方向分佈，並設置成彼此隔絕，使得其大部分在此縱截面上都看不見。一個或多個這樣的電極容許更多感測器連接在真空側，或亦容許與第一及第二電漿源之以上所述之陽極與陰極不同類型的備選連接。
圖5顯示一種實施例，相對於圖4之實施例更進一步對第一電漿源之陽極具有一備選連接17。由外側到電漿側之饋通實施如對圖4加設之電極16之說明，且在縱截面圖中可見之加設電極16在所示之實施例中位於對裝置縱軸180度相對處。備選連接17被導引通過開孔進入第一放電室2，接觸中央陽極栓。這樣在圖4實施例中在中央被導引通過第二放電室4之電連接，及與之連接之通過第一光學透鏡7與第二光學透鏡8之饋通即可不復存在。這產生之效果為，發自第一電漿及第二電漿之電磁放射之一較大部分都在外面。電極可例如在其全部長度上被一絕緣層遮護。這樣的優點為，可避免電子-/離子光學經常不受歡迎之外曝電勢，該外曝電勢會影響帶電粒子。為此例如一位於電極上之玻璃環可能進一步軸向擴張，或個別導線路徑能以一薄玻璃層實現，該薄玻璃層重疊在各導線路徑上。
本發明之優點在於，多個電漿源被整合在單一裝置內，而裝置僅具有單一接頭，用以引入待分析的氣體，且亦僅具有單一接頭，將裝置耦接在一光學感測器上。使用本發明之裝置可在約12個10進位量級(以托為單位)之壓力範圍產生一穩定電漿，由高真空(10
-8托)至超過常壓(＞大氣壓力，例如1500托)。在本發明中另外提供，經由裝置內部壓力量測，根據壓力範圍，選擇與控制最佳電漿源。
1:第一電漿源
2:第一放電室
3:第二電漿源
4:第二放電室
5:第一耦接元件
6:第二耦接元件
7:第一光學透鏡(介於兩放電室之間)
8:第二光學透鏡(在第二耦接元件)
9:第一電漿源之陽極
10:第二電漿源之高壓電極
11:第二電漿源之接地電極
12:光學感測器(例如光二極體或光譜儀)
13:(永久-)磁鐵
14:第一電漿
15:第二電漿
16:加設之電極
17:對第一電漿源陽極之備選連接
L1:第一光學連接
L2:第二光學連接
以下將根據所附圖式對本發明非限定性之實施例進一步說明。圖中顯示：
圖1係顯示本發明用於在大壓力範圍內產生電漿之裝置之一實施例示意圖；
圖2係顯示一穿過本發明用於在大壓力範圍內產生電漿之裝置一實施例之縱截面圖，並附尺寸說明；
圖3係顯示另一縱截面圖，顯示圖2之實施例，具有標示之電漿區；
圖4係顯示裝置之一變體；及
圖5係顯示裝置之另一變體。
在圖式中相同參考數字代表相同元件。
1:第一電漿源
2:第一放電室
3:第二電漿源
4:第二放電室
5:第一耦接元件
6:第二耦接元件
7:第一光學透鏡
8:第二光學透鏡
9:第一電漿源之陽極
10:第二電漿源之高壓電極
11:第二電漿源之接地電極
12:光學感測器
13:(永久-)磁鐵
Claims (20)
- 一種用於在一大壓力範圍產生電漿之裝置，包括： 一第一電漿源(1)，該第一電漿源(1)設於一第一放電室(2)內，在一低壓範圍產生一第一電漿(14)，該低壓範圍特別是延伸至高真空，亦即，例如至10 -8托； 一第二電漿源(3)，該第二電漿源(3)設於一第二放電室(4)內，在一高壓範圍產生一第二電漿(15)，該高壓範圍特別是延伸至超過常壓，亦即，例如至1500托； 一第一耦接元件(5)，特別具有一凸緣，用於將裝置耦接在一系統上，該耦接元件(5)將氣體由系統引導出來；以及 一第二耦接元件(6)，用於將裝置耦接在一光學感測器上，例如一光二極體或一光譜儀上，做光學分析及氣體檢測， 而第一放電室(2)具有一第一光學連接(L1)，其具有至少對第二耦接元件(6)之一光學透鏡(7、8)，第二放電室(4)具有一第二光學連接(L2)，其至少具有對第二耦接元件(6)之一光學透鏡(8)。
- 如請求項1之裝置，其中低壓範圍與高壓範圍共同涵蓋一至少10個十進位之壓力範圍，特別是涵蓋12個十進位。
- 如請求項1或2之裝置，其中低壓範圍與高壓範圍重疊，特別是重疊涵蓋一個十進位之壓力範圍，例如由0.35托至3.5托。
- 如請求項1至3中任一項之裝置，其中第一及第二電漿源(1、3)為不同之電漿源，例如各出自於由一輝光放電源、一無聲放電源、一高頻電漿源、一微波電漿源、及一感應耦合電漿源組成之群組。
- 如請求項1至4中任一項之裝置，其中第一放電室(2)與第二放電室(4)流體耦接。
- 如請求項1至5中任一項之裝置，其中氣體可由第一耦接元件(5)被導引至第一放電室(2)，並可由第一放電室(2)被導引至第二放電室(4)。
- 如請求項1至6中任一項之裝置，其中在第一放電室(2)與第二放電室(4)之間設一光學透鏡(7)，該光學透鏡為第一光學連接(L1)之部分。
- 如請求項1至7中任一項之裝置，其中第二耦接元件(6)包含一光學透鏡(8)，該光學透鏡為第一及/或第二光學連接(L1、L2)之部分。
- 如請求項1至9中任一項之裝置，其中第二光學連接(L2)為第一光學連接(L1)之部分。
- 如請求項1至9中任一項之裝置，其中裝置另外包含一壓力感測器。
- 如請求項10之裝置，其中裝置另外包含一控制，根據壓力感測器測出之壓力控制第一及/或第二電漿源(1、3)，特別是打開或關閉第一及/或第二電漿源(1、3)。
- 如請求項1至11中任一項之裝置，其中第一放電室(2)與第二放電室(4)為圓筒形，且前後同軸設置，第一耦接元件(5)設於第一放電室(2)上，第二耦接元件(6)設於第二放電室(4)上，而第一電漿源(1)特別是一種輝光放電源，第二電漿源(3)特別是一種無聲放電源。
- 如請求項12之裝置，其中第一電漿源(1)之一陽極(9)特別以真空氣密方式被玻璃封裝在一饋通中，通過在第二耦接元件(6)中之光學透鏡(8)，特別是可同樣被玻璃封裝在一饋通中，通過設於第一放電室(2)與第二放電室(4)間之光學透鏡(7)，兩饋通特別是設在兩光學透鏡(7、8)之中央，且陽極(9)經由第二放電室(4)同軸延伸至第一放電室(2)。
- 如請求項12或13之裝置，其中第二電漿源(3)具有一高壓電極(10)及一接地電極(11)，高壓電極(10)埋入一介電質中，該介電質至少構成第二放電室(4)一內壁部分，且接地電極(11)在第二放電室(4)內與高壓電極(10)同心，沿著內壁設置，並對高壓電極(10)保持小於1 mm距離，特別是保持介於0.05 mm與0.5mm 距離，特別是在一空心圓筒上，空心圓筒例如由陶瓷製成，而在內壁與接地電極(11)間存在一間隙，在間隙內高壓電極(10)與接地電極(11)間施加一交流電壓，例如電壓範圍在±1至±10 kV，頻率在1至10 kHz，形成一帶電漿之放電區。
- 如請求項12至14之裝置，其中高壓電極(10)能與地(GND)連接，俾便第一電漿源(1)作業，且能與高壓交流電源連接，俾便第二電漿源(3)作業，及/或陽極(9)能與高壓交流電源連接，俾便第一電漿源(1)作業，且能與地(GND)連接，俾便第二電漿源(3)作業。
- 一種用於光學氣體分析及氣體檢測之系統，包括： 一如請求項1至15任一項之用於產生電漿之裝置； 一氣體源，而該用於產生電漿之裝置以一第一耦接元件，特別是以一凸緣，耦接在該氣體源上；以及 一光學感測器，例如一光二極體或一光譜儀，用於光學氣體分析及氣體檢測，而用於產生電漿之裝置以一第二耦接元件耦接在光學感測器上。
- 一種藉由如請求項1至15中任一項之裝置在大壓力範圍產生電漿之方法，包括步驟： 經由第一耦接元件(5)由系統引出氣體，至具有第一電漿源(1)之第一放電室(2)及/或至具有第二電漿源(3)之第二放電室(4)； 由第一電漿源(1)在第一放電室(2)一低壓區產生第一電漿(14)，該低壓區特別延伸至高真空，亦即，例如至10 -8托，及/或由第二電漿源(3)在第二放電室(4)一高壓區產生第二電漿(15)，該高壓區特別延伸至超過常壓，亦即，例如至1500托； 將第一電漿(14)發射之光由第一放電室(2)，經由一至少具有一光學透鏡(7、8)之第一光學連接(L1)，引導至將裝置耦接在一光學感測器上之第二耦接元件(6)，及/或將第二電漿(15)發射之光由第二放電室(4)，經由一至少具有一光學透鏡(8)之第二光學連接(L2)，引導至將裝置耦接在一光學感測器上之第二耦接元件(6)，該光學感測器例如為光二極體或光譜儀；以及 將由第一及/或由第二電漿(14、15)發射之光至少一部份由第二耦接元件(6)解離釋出。
- 如請求項17之方法，其根據壓力感測器測知之壓力控制第一及/或第二電漿源(1、3)，特別是將第一及/或第二電漿源(1、3)打開或關閉。
- 如請求項18之方法，其在低壓範圍與高壓範圍重疊之壓力範圍，例如在0.35托至3.5托之壓力範圍，第一及第二電漿源(1、3)同時產生第一及第二電漿(14、15)。
- 一種用於光學氣體分析及氣體檢測之方法，包括如請求項17至19中任一項之實施步驟，並另外包括以下步驟： 將解離釋出之光導引至一光學感測器上，例如一光二極體或一光譜儀上；以及 根據解離釋出之光，特別是根據解離釋出之光強度及/或光譜分佈，解讀氣體或氣體之成分或驗證特定氣體或驗證氣體之成分或驗證氣體之壓力。
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