WO2019238870A1 - Method for inspecting and/or monitoring an electrode arrangement for producing a non-thermal plasma - Google Patents

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WO2019238870A1
WO2019238870A1 PCT/EP2019/065582 EP2019065582W WO2019238870A1 WO 2019238870 A1 WO2019238870 A1 WO 2019238870A1 EP 2019065582 W EP2019065582 W EP 2019065582W WO 2019238870 A1 WO2019238870 A1 WO 2019238870A1
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WO
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electrode arrangement
plasma
voltage
electrode
parameter
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/065582
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German (de)
French (fr)
Inventor
Julia Zimmermann
Sylvia CANTZLER
Maximilian CANTZLER
Hannes WEILEMANN
Gregor Morfill
Original Assignee
Terraplasma Gmbh
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Publication date
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    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/0006Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
    • H05H1/0012Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature using electromagnetic or particle radiation, e.g. interferometry
    • H05H1/0037Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature using electromagnetic or particle radiation, e.g. interferometry by spectrometry
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    • H05H2242/00Auxiliary systems

Definitions

  • the invention relates to a method for testing and / or monitoring an electrode arrangement for generating a non-thermal plasma.
  • Non-thermal plasmas are used in a variety of applications to reduce a number of pathogenic germs or to eliminate such germs, for example in the field of wound treatment, the treatment of skin diseases, food hygiene, the production of water for intravenous injection, drinking water treatment, decontamination , Disinfection or sterilization of objects, in particular medical devices and / or in the military, in the civilian area, in the aerospace sector, in particular surface treatment, very particularly surface sterilization or disinfection, inactivation of allergens, the Seed treatment, plant protection, odor reduction, for example when refreshing textiles or textile products, in particular clothing or mattresses, air purification and monitoring, and many other things.
  • Non-thermal plasmas are also used to treat wounds and treat skin diseases because, in addition to their germ-reducing effects, they also have healing effects. Many of these applications are critical in the sense that for the user himself or for the person to whom or for whom the application is carried out, for example a patient or a consumer of drinking water treated in this way, a user of seeds or the like, there are significant risks can, if the non-thermal plasma is not generated or applied to a sufficient extent, in particular not with a sufficient dose of plasma, during use. A limitation of a maximum dose of certain species may also have to be observed for safety reasons.
  • the invention has for its object to provide a method for testing and / or monitoring an electrode arrangement for generating a non-thermal plasma, which contributes to avoiding the disadvantages mentioned, which should in particular make it possible to adapt the electrode arrangement to an intended function or Checking and / or monitoring functionality and, if necessary, automatically executing suitable measures (such as stopping the treatment or carrying it out up to a predetermined target plasma dose).
  • the object is achieved in particular by creating a method for testing and / or monitoring an electrode arrangement for generating a non-thermal plasma, which has the following steps: at least one power parameter is determined which is characteristic of a plasma power of the electrode arrangement is.
  • the performance parameter is determined in particular when the electrode arrangement is in operation; it is particularly characteristic of an instantaneous plasma power of the electrode arrangement during its operation.
  • the at least one performance parameter is preferably recorded over time, in particular as a function of time.
  • the at least one specific performance parameter is compared with at least one predetermined target parameter value, and it becomes this Comparison received a comparison result.
  • a function or functionality of the electrode arrangement is assessed on the basis of the comparison result.
  • At least one action is preferably selected. In this way it is possible to react to the comparison result and thus also to the function or functionality of the electrode arrangement and to select an action adapted to it.
  • the action can also be selected as a function of the time-measured performance parameter or a value derived therefrom, for example depending on a plasma dose determined on the basis of the time performance measurement parameter.
  • the fact that the performance parameter is recorded over time means, in particular, that it is determined continuously, continuously or at specific time intervals or at a specific sampling rate, in particular measured or derived from a measurement of another variable. It is possible that the time-recorded values of the performance parameter are saved.
  • a dose size in particular a plasma dose, is preferably derived from the at least one time-measured performance parameter.
  • the at least one performance parameter or a plasma performance derived therefrom can, in particular, be summed up over time or integrated in time. It is thus possible at any time during the operation of the electrode arrangement to determine a currently delivered, that is to say in particular applied, plasma dose.
  • the at least one action can be selected in particular as a function of the dose size, in particular the plasma dose.
  • operation of the electrode arrangement can be ended when a predetermined value for the plasma dose and thus preferably a desired treatment result has been reached.
  • a non-thermal plasma is understood in particular to be a plasma in which a temperature describing the distribution of the kinetic energy of electrons of the plasma, which is also referred to as the electron temperature, is not identical and in particular is very much higher than the distribution of the kinetic Energy describing the temperature of the ions comprised by the plasma, in particular atomic ions and / or molecular ions, which is also referred to as the ion temperature.
  • the electron temperature is much higher than the ion temperature, and the ion temperature can be selected in particular in the range from 25 ° C. to at most 100 ° C.
  • Such a plasma is also referred to as cold plasma due to the comparatively low ion temperature.
  • a plasma is a state of matter in which charged particles with positive and negative charges are in gas phase next to each other, with a neutral electrical charge for the volume in question averaged over a certain volume.
  • the plasma also preferably comprises non-charged atoms and / or molecules which are in electronically, vibrationally and / or rotationally excited states and which are also referred to as excited particles, and / or free radicals, in particular thus not charged reactive atoms and / or molecules, which are also referred to as reactive particles or reactive species.
  • An electrode arrangement here means in particular an arrangement of electrically conductive electrodes relative to one another, which is set up to generate a non-thermal plasma when a voltage, in particular an AC voltage, is applied to the electrode arrangement.
  • a plasma source having the electrode arrangement also preferably has means for supplying the electrodes with electrical power, in particular a voltage source, and preferably a control device for influencing, specifying, measuring, evaluating, controlling and / or regulating the current quantities applied to the electrodes, and consequently in particular a voltage and / or a current.
  • the electrode arrangement preferably has a first electrode and a second electrode, which are spaced apart from one another by a dielectric, so that plasma discharges, in particular surface micro-discharges, can be generated on one of the two electrodes when a voltage, in particular an AC voltage, is applied to the electrodes.
  • the electrode arrangement is thus set up in order to generate a non-thermal plasma independently of a surface external to the electrode arrangement.
  • the electrode arrangement is in the form of an SMD electrode arrangement (surface micro Discharge) trained. In particular, there is no need for a surface to be treated, which is connected as a counter electrode.
  • the two electrodes of the electrode arrangement are preferably in physical contact with the dielectric, whereby they can be embedded in the dielectric or can be arranged on the dielectric, for example by vapor deposition, screen printing, physical or chemical vapor deposition, by laying on or pressing on, sticking on, or in another suitable way, in which case they are arranged tightly and in particular without an air gap on the dielectric.
  • both electrodes of the electrode arrangement are arranged on a common side of a surface to be treated. In particular, the surface to be treated is not arranged between the two electrodes of the electrode arrangement.
  • the electrode arrangement is in particular set up to generate a non-thermal plasma in air, in particular in ambient air.
  • No special gas is therefore preferably used to generate the non-thermal plasma, in particular no such special gas, in particular no carrier gas, is fed to the electrode arrangement.
  • the method proposed here is particularly suitable for testing and / or monitoring such an electrode arrangement.
  • the plasma power is also directly dependent on an area or line along or on which the plasma is generated, any irregularities in the plasma generation and / or area parts and / or line areas, on or in which, for example, due to If no plasma is generated from contaminants, directly reduce the plasma output.
  • the comparison of the power parameter with the at least one predetermined target parameter value can thus also be used to determine whether the plasma is generated uniformly.
  • a plasma power of the electrode arrangement is understood to mean that part of the electrical power absorbed by the electrode arrangement that is used directly to generate the non-thermal plasma and in particular is directly related to a generation rate for reactive particles comprised by the plasma. If a parameter is recorded as the power parameter that is characteristic of this plasma power, the function or functionality of the electrode arrangement can be concluded in a particularly safe and reliable manner, because in this case the power parameter provides direct information about the plasma generation through the electrode arrangement there.
  • An assessment of the function or functionality of the electrode arrangement is understood in particular to mean that a statement about the function or functionality of the electrode arrangement is derived, be it indirectly by selecting a specific action and / or directly by outputting a message describing or identifying the functionality of the electrode arrangement.
  • the functionality can be assessed in the sense of a simple, binary determination as to whether the electrode arrangement is functional or not, but it is also possible for the functionality or functionality of the electrode arrangement to be assessed in a more complex manner, in particular with a view to determining the current one Plasma power and, if applicable, the selection of an action depending on the current plasma power determined.
  • the plasma power is preferably recorded as a power parameter or on the basis of the at least one power parameter.
  • the action is selected from a group consisting of an output of an "in order” signal, an output of a “need for action” signal, an output of a "not in order” Signal, a communication of the - in particular instantaneous - plasma power and / or a - in particular instantaneous - plasma dose to an operator of the electrode arrangement, an adjustment of an operating time or treatment time to the comparison result, an end of operation of the electrode arrangement, and a continuation of the Operation of the electrode arrangement without any further measure, in particular without outputting a signal or a message.
  • An “in order” signal is also referred to as a green signal
  • a “need for action” signal is also referred to below as a yellow alarm
  • a “not in order” signal is also referred to below as a red alarm designated.
  • a green signal indicates that the electrode arrangement is working as intended.
  • the at least one performance parameter, a value derived therefrom, such as the plasma dose, the at least one selected action and / or its result, in particular at least one signal and / or at least one message, is given to a user, user or operator the electrode arrangement communicates via the Internet and / or wirelessly, in particular via WLAN or Bluetooth, preferably to a smartphone app. It is preferably also provided that the plasma power is additionally communicated, in particular instantaneously, if necessary also as a time series over a certain number of previous time units, in particular seconds or minutes.
  • the green signal can in particular be output if the at least one power parameter deviates from the predetermined target parameter value by less than a first predetermined limit value, for example by less than 15%.
  • a yellow alarm informs an operator of the electrode arrangement that the electrode arrangement should be checked, whereby further steps, for example cleaning the electrode arrangement, cleaning contacts, or other such measures, may be necessary.
  • Such a yellow alarm is preferably output when the deviation of the at least one power parameter from the at least one predetermined target parameter value is greater than the first predetermined limit value, it being less than a second predetermined limit value, the second predetermined limit value being greater is than the first predetermined limit.
  • the second predetermined limit value can correspond, for example, to a deviation of 30% from the predetermined target parameter value.
  • the yellow alarm can also be output when the deviation of the at least one performance parameter from the at least one predetermined target parameter value is equal to the first predetermined limit value.
  • a red alarm can be issued in particular if it is no longer sensible to continue operating the electrode arrangement due to a lack of functionality or either for the electrode arrangement itself, for the later user of a good treated with the plasma (e.g. in drinking water treatment), the operator, or for a person treated with the electrode arrangement is dangerous.
  • the red alarm can be output in particular if the at least one performance parameter deviates from the at least one predetermined target parameter value by the second predetermined limit value or by more than the second predetermined limit value.
  • the at least one predetermined target parameter value can be a target value, in which case the performance parameter is compared with the — in particular exactly one — target value and the function or functionality of the electrode arrangement is assessed on the basis of the comparison result.
  • a deviation from the target value both upwards and downwards, at least when certain limit values defined relative to the target value are exceeded, is an indication of a lack of function or functionality of the electrode arrangement.
  • the at least one predetermined target parameter value is a minimum value.
  • the performance Parameter compared with the minimum value in such a way that it is checked whether the performance parameter is greater or less than the minimum value.
  • the electrode arrangement is functional if the performance parameter is greater than or equal to the minimum value, the electrode arrangement not functioning if the performance parameter is less than the minimum value.
  • a range can also be defined for a yellow alarm, which then extends from the minimum value to a predetermined limit value that is smaller than the minimum value by a predetermined amount or a predetermined factor.
  • the range for the red alarm then extends from the predetermined limit value to smaller values, the range for the yellow alarm being arranged between the predetermined limit value and the minimum value. In this case, the range for the green signal is above the minimum value.
  • the setpoint parameter value can be defined as the maximum value in a further embodiment of the method.
  • the electrode arrangement is not functional if the performance parameter takes values above the maximum value, the electrode arrangement is functional if the performance parameter takes values below or up to the maximum value.
  • the range of the green signal then extends from smaller values, in particular from zero up to the maximum value, the range of the yellow alarm extending from the maximum value to a predetermined limit value, which by a predetermined amount or a predetermined factor is greater than the predetermined limit.
  • the range of the red alarm then extends from the predetermined limit value to higher values.
  • the two predetermined target parameter values define a range of values or limits of a range of values, the electrode arrangement being assessed as functional within this range of values or range of values.
  • a first predetermined target parameter value is defined as the minimum value of the value band or value range, with a second, larger target parameter value being defined as the maximum value of the value band or value range.
  • the areas for the yellow alarm are then each assigned to the maximum value on the one hand and the minimum value on the other hand in the sense as was explained above for the minimum value and the maximum value.
  • an area for a yellow alarm does not - as explained above - extend from the predetermined target parameter value in the direction of the area for the red alarm, but rather that it extends into the area of the green alarm. Signal extends.
  • the predetermined limit value assigned to the minimum value can be greater than the minimum value
  • the predetermined limit value assigned to the maximum value can be smaller than the maximum value.
  • the at least one predetermined target parameter value is preferably selected as a function of a desired operating mode of the electrode arrangement, in particular as a function of a desired plasma chemistry, in particular a desired concentration of certain active species in the plasma.
  • a desired operating mode of the electrode arrangement in particular as a function of a desired plasma chemistry, in particular a desired concentration of certain active species in the plasma.
  • desired parameter values in particular a permissible value range or a permissible value band
  • the non-thermal plasma generated is intended to essentially comprise oxygen species, for example ozone (oxygen mode)
  • the non-thermal plasma should essentially comprise nitrogen species, in particular nitrogen oxides (nitrogen mode).
  • nitrogen mode nitrogen oxides
  • the plasma chemistry strongly depends on the selected plasma power and can thus be predetermined by this. In this respect, the function or functionality of the electrode arrangement must also be examined with a view to the plasma power as a function of the selected operating mode.
  • the compliance with a desired operating mode is preferably also monitored as part of the method.
  • the signals described here can be output, for example, as light signals.
  • the green signal can be output as a green light
  • the yellow alarm as a yellow light
  • the red alarm as a red light
  • light emitting diodes can be used to output the light signals.
  • the signals and / or messages can also be output in text form, in particular in a display, as acoustic signals or messages, by vibration, or in another suitable manner.
  • a notification of the current plasma power and / or the currently applied plasma dose to the operator enables the operator to estimate a treatment result of the electrode arrangement for a specific treatment duration and, if necessary, the treatment duration to the current plasma power and / or plasma Adjust dose. If, for example, the electrode arrangement has an instantaneous plasma power that is reduced compared to a nominal plasma power, the duration of treatment by the operator can be extended in a suitable manner in order to apply a predetermined target plasma dose. Such an adjustment of the treatment duration can, however, preferably also take place automatically, in particular as a function of the comparison result.
  • the plasma dose can be monitored as part of the method, it being possible for the duration of treatment, in particular the operation of the electrode arrangement, to be ended automatically as part of the method when a predetermined target plasma dose has been reached.
  • the operator is preferably informed of the automatically changed treatment time, or the operator is required to operate the electrode arrangement until it ends the operation independently, in which case the changed treatment time is taken into account virtually automatically.
  • the treatment time preferably corresponds to an operating time of the electrode arrangement, since this is preferably only operated during a treatment that is actually carried out. Treatment then begins in particular with the commissioning of the electrode arrangement and ends with the termination of the operation of the electrode arrangement.
  • the applied plasma dose can be automatically communicated to the user and / or logged after the treatment.
  • the method proposed here is particularly preferably carried out by recording / monitoring the plasma dose applied by the electrode arrangement, which is also referred to as plasma monitoring.
  • the plasma dose delivered during the operation of the electrode arrangement, in particular during a treatment period, is recorded on the basis of the at least one power parameter.
  • a message or a signal can then be output when a predetermined target plasma dose has been applied, or the treatment can be ended automatically in this case.
  • a safety surcharge on the predetermined target plasma dose can also be taken into account as long as no safety-relevant application time window is exceeded.
  • the plasma dose can in particular be determined as a product or preferably an integral of the (instantaneous) plasma power, which is determined as a power parameter or on the basis of the power parameter, with / over time, in particular the duration of treatment.
  • the operation of the electrode arrangement can in particular be terminated or blocked if it is no longer sensible to continue operating it or if it is dangerous for the electrode arrangement itself, for the operator or for a person treated with the electrode arrangement.
  • the operation of the electrode arrangement can be ended or blocked simultaneously with the output of a red alarm.
  • an unimpaired functionality of the electrode arrangement is determined, its further operation is preferably permitted or continued.
  • allowing or continuing operation of the electrode arrangement can take place simultaneously with the output of a green signal, in particular if the testing and / or monitoring method is carried out when the electrode arrangement is started up. If the testing and / or monitoring method is carried out while the electrode arrangement is in operation, the operation is preferably continued when an undiminished functionality is ascertained, without further measures being carried out, in particular without output of signals.
  • the method is carried out immediately after the electrode arrangement has been started up.
  • the method it is possible for the method to be carried out immediately after each start-up of the electrode arrangement — always new, preferably automatically.
  • the electrode arrangement can be checked directly during start-up, with the operator of the electrode arrangement preferably being given feedback as to whether the electrode arrangement is functional.
  • it can always be determined before the actual use of the electrode arrangement, in particular before treating a surface, a liquid, a bulk material, or a person with the electrode arrangement, whether the electrode arrangement is functional, the actual use of the electrode arrangement possibly not taking place and rather it is checked, cleaned or sent for repair.
  • this has the advantage that the operator is informed of problems in the electrode arrangement at an early stage, so that incorrect treatment or treatment which may not take place unnoticed is avoided, and measures can be taken directly to maintain the functionality of the electrode arrangement or sure.
  • it is advantageous if it can be noted immediately when the electrode arrangement is put into operation whether or that it is functional.
  • the method is possible for the method to be carried out repeatedly, in particular periodically, at predetermined operating times, stochastically or event-controlled, or continuously during operation of the electrode arrangement (monitoring).
  • Operation of the electrode arrangement here means in particular the actual use thereof, for example for treating a surface, a person, for water treatment, for food preparation, for disinfecting objects, for seed treatment, for crop protection, for odor reduction, for refreshing clothing or mattresses , and much more.
  • the electrode arrangement is monitored during its operation, so that a fault or a reduced functionality of the electrode arrangement can be determined promptly. This increases the safety of the operation of the electrode arrangement and in particular the success of its use, and thus reduces the risks associated with inadequate operation of the electrode arrangement or its failure.
  • the at least one power parameter is recorded exclusively during use of the electrode arrangement.
  • the method is carried out exclusively during use of the electrode arrangement. In this way, it can in particular be ensured that only a plasma dose that is actually used as intended is detected.
  • the method can be initialized in an event-controlled manner, for example by an external request, in particular by a manual request from an operator.
  • the method is particularly preferably started automatically, in particular at regular intervals or at predetermined operating times.
  • a continuous or permanent implementation of the method during the operation of the electrode arrangement is particularly advantageous if the plasma dose emitted by the electrode arrangement is to be determined or monitored.
  • such a configuration enables the electrode arrangement to be stopped automatically and thus a treatment duration after a predetermined target plasma dose has been reached. in particular depending on a desired type of treatment or a desired treatment success.
  • the currently reached plasma dose, the achieved plasma dose after the end of the treatment period and / or the at least one performance parameter are / are preferably given to a user via the Internet and / or a preferably wireless connection to a mobile device, in particular to a smartphone -App, communicated.
  • the user can preferably not only check / monitor the operation of the electrode arrangement, but also influence or control it via such a mobile device, in particular via the smartphone app.
  • Monitoring the electrode arrangement is also advantageous with regard to variability / scatter in production, in particular series production. Such effects can then be easily compensated for by means of the test / monitoring method proposed here by suitably adapting the treatment duration with a view to the predetermined target plasma dose.
  • the at least one predetermined target parameter value is constantly predetermined. This can be the case in particular if external conditions under which the electrode arrangement is checked and / or monitored are always at least approximately identical and / or if the at least one predetermined target parameter value is sufficiently insensitive to varying external conditions.
  • a power parameter is preferably used that varies at most to a small extent with external conditions of the electrode arrangement.
  • the power parameter is particularly preferably selected such that its relationship to the actual plasma power of the electrode arrangement depends only to a small extent, preferably not, on such external conditions, in particular a temperature, air humidity, aging effects such as corrosion, oxidation, deposits and the like. In this way it can be ensured that the power parameter in any case only depends on the plasma power of the electrode arrangement and is therefore always characteristic only of the plasma power of the electrode arrangement.
  • the at least one predetermined target parameter value is stored as a function of at least one application parameter of the electrode arrangement, it being possible in particular to call up or activate it as a function of the at least one application parameter.
  • the at least one predetermined target parameter value is preferably in Dependence on the at least one application parameter is stored in a map from which it can be read depending on the at least one application parameter. This is particularly useful for checking and / or monitoring the electrode arrangement during its operation, in particular if the conditions of use of the electrode arrangement and thus a value of the at least one application parameter can change over time.
  • the at least one application parameter is preferably selected from a group consisting of an ambient temperature of the electrode arrangement and a relative air humidity in an environment of the electrode arrangement.
  • the at least one application parameter can be measured by the electrode arrangement or a plasma source having the electrode arrangement. In this way, current and precise values of the application parameter can always be obtained directly.
  • the at least one application parameter it is possible for the at least one application parameter to be obtained from the electrode arrangement or the plasma source, in particular from an external source;
  • the at least one application parameter it is possible for the at least one application parameter to be downloaded by an employer or computer, obtained from a network, or entered by the operator of the electrode arrangement via a suitable interface.
  • the plasma is preferably generated in ambient air by the electrode arrangement. No separate carrier gas for the plasma generation is therefore supplied to the electrode arrangement.
  • the operation of the electrode arrangement is therefore also influenced in a special way by the ambient temperature and / or relative air humidity in the vicinity of the electrode arrangement.
  • the electrode arrangement is preferably operated with AC voltage, in particular with a frequency, preferably from at least 2 kHz to at most 100 kHz.
  • the electrode arrangement is preferably operated at a voltage of a few kV, the voltage preferably being selected from at least 1 kV pp to at most 5 kV pp , preferably 3.5 kV pp .
  • the electrode arrangement is heated for the determination of the power parameter.
  • the electrode arrangement is particularly preferably heated to a temperature of at least 50 ° C. In this way it is possible to remove any moisture deposited on the surface of the electrode arrangement, which may otherwise impair the measurement.
  • the plasma power can be determined in various ways:
  • a preferred option is Fourier (or Power Spectrum) analysis, whereby only the power in the high-frequency part of the spectrum is determined. Since the plasma discharges generate many small “spikes” (practically like delta functions), the plasma power can be measured in the high-frequency range.
  • the plasma power is described by the area of a Lissajous figure, which is generated by a phase-space representation of a drive voltage, which is defined as the voltage that is applied to the electrode arrangement for plasma generation by means of a voltage source against a plasma voltage , which is defined as the voltage that is actually present across the electrode arrangement in its operation, accordingly the drive voltage is the unmodified operating voltage of the plasma source and the plasma voltage is the voltage modified / deformed by plasma discharges, phase-shifted voltage relative to the drive voltage, which drops across the electrode arrangement ,
  • the individual micro-discharges in the voltage profile are preferably not taken into account here, but rather a suitable averaging.
  • the phase space representation creates a closed curve around an inclusion surface. This inclusion surface contains information about the deformation of the control voltage by the micro-discharges and the phase shift between the control voltage and the plasma voltage and thus represents a measure of the plasma power.
  • control voltage means applied high voltage or voltage which corresponds to the applied high voltage in form, phase and amplitude; and instead of the plasma voltage, a proxy voltage is measured, which drops across an electronic proxy structure connected in series with the electrode arrangement - in particular also referred to as "proxy measurement" - the proxy voltage separating the two from the micro-discharges (the actual plasma power include) produced effects (deformation and phase shift).
  • proxy measurement the proxy voltage separating the two from the micro-discharges (the actual plasma power include) produced effects (deformation and phase shift).
  • the enclosed area of this "proxy measurement" or the proxy voltage in itself also describes the plasma power.
  • Ad 1 The phase space curve of the control voltage versus the proxy voltage is plotted, and the integral of the area thus spanned is formed.
  • the proxy voltage is measured at a predetermined point in time in the sine curve of the control voltage.
  • the optimal positioning of this point in time of the control voltage is such that the maximum width and / or height of the Lissajous figure is met. This position lies optimally in the area of the greatest temporal gradients and / or phase difference between the control voltage and the proxy voltage.
  • the proxy voltage at this point is close to the maximum width or height of the Lissajous figure.
  • the proxy voltage recorded in this way is an easily measurable parameter that depicts the plasma power. For this, a suitable choice of a proportionality factor is required, which can be determined in particular by comparison with the enclosed area of the Lissajous figure.
  • An electronic proxy structure is understood here to mean, in particular, an electronic component or a plurality of electronic components that are directly or indirectly connected or interact with one another and that are particularly suitable for performing a proxy measurement to determine the at least one power parameter and ultimately the plasma power ,
  • a capacity is used as the electronic proxy structure.
  • a capacitance is generally understood to mean an electronic structure which at least also behaves capacitively, preferably essentially capacitively, preferably exclusively capacitively.
  • At least one capacitor or a capacitor arrangement, particularly preferably exactly one capacitor, is particularly preferably used as the electronic proxy structure. It has been found that the use of a capacitance as an electronic proxy structure within the scope of the method proposed here permits a particularly reliable statement about the actual plasma power of the electrode arrangement.
  • proxy capacity - The capacity of the electronic proxy structure - hereinafter referred to as proxy capacity - is preferably chosen to be larger, in particular very much larger, preferably by a factor of at least 500 to at most 2000, preferably from at least 750 to at most 1500, preferably of 1000, larger than that Capacity of the electrode arrangement in plasma operation - hereinafter referred to as the arrangement capacity - corresponds.
  • the proxy voltage V proxy relates to the plasma voltage V p
  • the arrangement capacity is preferably proportional to a total edge length L (sum of all edge lengths) of a structured electrode of the electrode arrangement, at the edges of which the plasma is generated, and then results as with the proportionality factor C L.
  • the size of the plasma voltage is known from the control voltage (typically a few kV), as is the desired proxy voltage.
  • C p can be determined for an electrode configuration and the electrode type (eg SMD - that defines CL) which is essentially predetermined by the total edge length L.
  • At least one value of the proxy voltage is measured as the at least one power parameter at a specific phase angle of the control voltage, in particular when the control voltage crosses zero.
  • a mean value PM of the proxy voltage at the determined phase angle of the drive voltage, averaged over a plurality, in particular a plurality, of periods of the drive voltage is preferably determined as the at least one power parameter: where in equation (4) V proXy, i (cp) the value of the proxy voltage at the fixed phase angle f - in particular at the zero crossing - of the drive voltage in the period i and where n is a number of periods of the drive voltage over which the averaging takes place.
  • an open circuit proxy voltage is measured on the electronic proxy structure with an open circuit voltage applied to the electrode arrangement, in which no plasma is generated on the electrode arrangement, with the drive voltage applied to the electrode arrangement, in which a plasma is generated on the electrode arrangement, the proxy voltage and preferably the plasma voltage are measured, and wherein as the at least one performance parameter a plasma capacity is determined on the basis of the open circuit voltage, the open circuit proxy voltage, the drive voltage or the plasma voltage, and the proxy voltage , In this way, the plasma power can be determined even more precisely.
  • control voltage and the plasma voltage can alternatively be used here.
  • An open-circuit voltage is understood here to mean an AC voltage in which no plasma discharge occurs at the electrode arrangement when the open-circuit voltage is applied to the electrode arrangement. In contrast, if the drive voltage is applied to the electrode arrangement, plasma discharges are induced, so that plasma is generated on the electrode arrangement.
  • the open circuit proxy voltage is the AC voltage that is measured on the electronic proxy structure when the open circuit voltage is present on the electrode arrangement.
  • the open circuit voltage and the open circuit proxy voltage are preferably measured as peak-to-peak values.
  • the control voltage, the Plasma voltage and / or the proxy voltage are measured as peak-to-peak values.
  • a plasma capacity is understood in particular to mean the capacity of the plasma, that is to say the capacity which is only generated by the plasma, in particular by the local charge separation due to numerous surface micro-discharges in the region of the electrode arrangement.
  • the aforementioned arrangement capacity includes both the plasma capacity and a system capacity.
  • the system capacity is the capacity of the electrode arrangement in the absence of plasma discharges.
  • the plasma capacity is also determined in particular on the basis of the - known - proxy capacity.
  • the idle proxy voltage is preferably initially measured at the idle voltage - in particular once per start-up of the electrode arrangement.
  • the control voltage or plasma voltage on the one hand and the proxy voltage on the other hand are preferably recorded continuously or at certain times / in certain periods in the operation of the electrode arrangement.
  • C p is again the proxy capacity and V L, proxy is the open circuit proxy voltage. Since there is no phase shift, the peak-to-peak voltage is used here for both the open-circuit voltage and the open-circuit proxy voltage for reasons of the accuracy of the measurement.
  • the measurement is then carried out under the operative operating voltage, that is to say the drive voltage or preferably the plasma voltage V piaS ma, the peak-peak voltage also being taken here in each case as well.
  • the arrangement capacity , C a determined in the second measurement is composed of the plasma capacity C piasma generated by the plasma and the system capacity (essentially generated by the electrode structure and the dielectric) Cs, both capacitances being arranged in series.
  • the relationship is
  • C piaSma can be easily calculated as a performance parameter:
  • Cpi asma is a more direct measure of the plasma power as a C because it is directly proportional to the generated by the plasma charges.
  • the measurement error is reduced in accordance with the statistical accuracy.
  • An assignment of the power parameter to the actual plasma power is preferably stored in a control device for controlling the electrode arrangement, preferably as a simple factor or as a more complex, preferably at least injective, preferably bijective function, which unequivocally realizes a measured value of the power parameter Allocates plasma power.
  • the performance parameter is compared with a first, upper target parameter value and with a second, lower target parameter value.
  • the first, upper target parameter value is larger than the second, lower target parameter value.
  • the at least one action is selected depending on whether the performance parameter value is divided into a value by the first target parameter value and the second target value.
  • Parameter value limited target parameter range falls.
  • the first target parameter value and the second target parameter value thus span a target parameter range into which the performance parameter is intended to fall; this means that the electrode arrangement will function properly if the performance parameter falls within the target parameter range.
  • the electrode arrangement does not function properly and can either not be used or can only be used to a limited extent.
  • the at least one action can in particular also be selected depending on how far the performance parameter is spaced from the first, upper target parameter value or from the second, lower target parameter value - outside the target parameter range. It is in particular possible to separate an area for a yellow alarm and an area for a red alarm by corresponding further limit values.
  • the first, upper target parameter value takes into account an upper power limit for the plasma generation, this upper power limit being able to be exceeded, for example, by erosion of a dielectric of the electrode arrangement, deposition on the dielectric, leakage current formation or other similar effects which increase the power consumption of the electrode arrangement.
  • the lower, second setpoint parameter value takes into account a lower power limit of the electrode arrangement, which may be lower, for example, due to contamination, deposition and / or erosion of conductive components of an electrode of the electrode arrangement, or by other similar effects which reduce the power consumption of the electrode arrangement.
  • Each electrode arrangement is preferably characterized in the course of an initial test, the first and second target parameter values being defined individually for the respective electrode arrangement and application (for example oxygen, nitrogen or intermediate mode) and preferably in an electronic memory device assigned to the electrode arrangement, for example an RFID chip or the like.
  • an electronic memory device assigned to the electrode arrangement, for example an RFID chip or the like.
  • These individual threshold values can then be transmitted for each electrode arrangement, even when the electrode arrangement is replaced in an existing plasma source, in particular by reading out the memory device.
  • the storage device for example the RFID chip or another data carrier is preferably connected to the electrode arrangement in a captive manner and is arranged and / or exchanged together with the latter on the plasma source.
  • the electrode arrangement is operated for a predetermined period of time before the at least one power parameter is determined. In this way it can be ensured that constant operating conditions and / or a balance has / have been set for the operation of the electrode arrangement, so that the performance parameter for continuous operation is correctly recorded.
  • the at least one performance parameter is continuously and continuously recorded from the start of operation of the electrode arrangement, in particular from the start of treatment. In this way, the entire applied plasma dose can be reliably detected, the temporal development of the performance parameter possibly being irrelevant or being automatically taken into account in any case.
  • the comparison result, the at least one performance parameter, and / or the applied plasma dose is / are logged in an electronic storage device for later retrieval.
  • the electronic storage device can be integrated directly into a control device for controlling the electrode arrangement, but can also be provided externally for this purpose.
  • the logging it is possible for the logging to be carried out in an external employer who is operatively connected to the control device for the electrode arrangement via a wired or wireless data connection, for example WLAN and / or Bluetooth.
  • the comparison result which automatically logs at least one performance parameter and / or the applied plasma dose, is / are particularly preferably linked and / or particularly preferably linked to at least one metadata, for example a time stamp, an indication of a place of use of the electrode arrangement, an indication of a purpose or a type of use of the electrode arrangement, details of certain parameters of the operation of the electrode arrangement, or the like.
  • a log book for the operation of the electrode arrangement can be created, so that its function or functionality and readiness for use, or generally its operation can be tracked over time. It is preferably also possible to remotely monitor, read out and / or control the electrode arrangement via a wired or wireless active connection, in particular a radio connection, preferably WLAN and / or Bluetooth, particularly preferably via Internet access and / or via a smartphone app.
  • an electrode arrangement is checked and / or monitored, which is set up to generate surface micro-discharges in ambient air.
  • Such an electrode in particular can be checked and / or monitored using the method proposed here.
  • the plasma is generated flat or along a line, in particular on the edges of a structured electrode of the electrode arrangement, directly in ambient air.
  • a spacer is assigned to the electrode arrangement in order to ensure a specific distance from a surface to be treated.
  • the spacer is preferably designed such that it encloses a volume with the surface to be treated during operation of the electrode arrangement, so that the plasma is generated by the electrode arrangement in a closed volume.
  • an electrode arrangement is tested and / or monitored, which has a first, in particular flat electrode and a second, preferably flat electrode.
  • the electrode arrangement also has a dielectric, by means of which the first electrode and the second electrode are spaced apart from one another, the first electrode and the second electrode in each case — viewed in the stacking direction of the stack from the electrodes and the dielectric on opposite sides of the dielectric — in mechanical Are in contact with the dielectric.
  • they can be arranged on opposite surfaces of the dielectric or at least partially embedded in the dielectric.
  • the first electrode is particularly preferably arranged close to a first side of the dielectric, the second electrode being arranged close to a second side of the dielectric opposite the first side, for example by vapor deposition, screen printing, physical or chemical vapor deposition, by laying on or Press on, stick on, or in any other suitable way.
  • an electrode arrangement is created which is suitable for, on one of the two electrodes on one side of the dielectric, in particular on edges of this electrode, Generate surface micro-discharges and thus generate a non-thermal plasma without a treated surface having to be arranged between the electrodes and / or an electrode and the dielectric, and furthermore without the surface to be treated itself having to be switched as a counter electrode. Furthermore, it is possible to generate the non-thermal plasma at least largely uniformly on the surface on which the surface micro-discharges are ignited, so that uniform and constant conditions and plasma parameters can be achieved via this surface.
  • the second electrode is pressed or pressed against the second side of the dielectric, so it is preferably in contact with the second side of the dielectric, in particular under pretension or contact pressure.
  • This enables a tight and stable arrangement of the second electrode on the second side of the dielectric without an air gap, which is favorable for the efficiency and the plasma generation rate of the plasma source.
  • the electrode arrangement can be manufactured in a simple manner, in particular since the second electrode can be manufactured separately from the dielectric and then only has to be placed on it and pressed or pressed on.
  • the second electrode is also very easy to replace.
  • the first electrode is also pressed or pressed against the first side of the dielectric, in particular under pretension or contact pressure.
  • the first electrode is particularly preferably coated on the dielectric, in particular vapor-deposited.
  • the second electrode preferably has a periodic structure made up of a plurality of identical structural elements, and / or the second electrode has at least one structural element with at least one recess delimited by edges.
  • the second electrode is accordingly designed as a structured electrode which has edges on which surface micro-discharges can be ignited.
  • edges delimiting the recess have, for example, an edge length of at least 0.5 mm to at most 10 mm, preferably from at least 1 mm to at most 8 mm, preferably from at least 2 mm to at most 7 mm, preferably from 5 mm to one another within each recess.
  • the second electrode has a plurality of structural elements, the individual structural elements being at a distance of have at least 0.5 mm to at most 10 mm, preferably from at least 1 mm to at most 8 mm, preferably from at least 2 mm to at most 7 mm, preferably from 5 mm.
  • linear electrode linear electrode
  • linear electrodes linear electrodes
  • the first electrode is preferably provided with an insulating layer and / or a casting compound.
  • a high voltage in particular an AC voltage, preferably with an amplitude of at least 1 kV pp to at most 5 kV pp , and / or with a frequency of at least 2 kHz to the first electrode during operation of the electrode at most 100 kHz.
  • the frequency is preferably chosen in particular as a function of the properties of a high-voltage source used.
  • the second electrode is preferably grounded or grounded.
  • the first electrode In operation of the electrode arrangement for treating a surface, the first electrode preferably faces away from the surface to be treated, the second electrode facing the surface to be treated.
  • the stacking direction of the stack of the electrode arrangement comprising the first electrode, the second electrode and the dielectric extends obliquely or transversely, preferably perpendicular to the surface to be treated.
  • the second electrode is the one at which the surface micro-discharges are ignited and thus the plasma is generated, which can act unhindered on the surface to be treated.
  • an electrode arrangement of a plasma source is preferably checked and / or monitored, which is set up to generate a non-thermal plasma and has an electrode arrangement, in particular an electrode arrangement according to one of the exemplary embodiments described above.
  • the plasma source preferably has a control device for controlling the Electrode arrangement, in particular for energizing the same, and an electronic storage device, namely in particular the previously described electronic storage device associated with the electrode arrangement.
  • the control device is in particular set up to carry out a method according to one of the previously described embodiments.
  • the plasma source is designed as a hand-held device which can be held and carried by a user, preferably with one hand.
  • the plasma source can in particular have a size at which it can be operated and carried with one hand, for example the size of a telephone receiver or a shower head.
  • the plasma source can also be designed as a larger, stationary and / or wired device.
  • the plasma source also preferably has means for communicating with a user, these means preferably being selected from a group consisting of acoustic communication means, in particular a loudspeaker, optical communication means, in particular signal lights, preferably light-emitting diodes, a display means for displaying graphics and / or texts, in particular at least one display, and vibration means for generating a vibration of the plasma source.
  • acoustic communication means in particular a loudspeaker
  • optical communication means in particular signal lights, preferably light-emitting diodes
  • a display means for displaying graphics and / or texts, in particular at least one display
  • vibration means for generating a vibration of the plasma source.
  • communication preferably takes place with a - remote or central - operator of the system, in particular via the Internet and / or via wireless LAN, Bluetooth, or other wireless connections, e.g. also on a smartphone with an app.
  • the operator can also operate several such systems and manage them centrally.
  • the plasma source can be battery or accumulator-operated and, in this respect, can be operated wirelessly and in particular without contact with a fixed, larger device. Since the plasma is generated in ambient air, the plasma source preferably also has no gas supply for supplying a carrier gas.
  • Flat or linear electrode arrangements e.g. DBD - Dielectric Barrier Discharge SMD - Surface Micro Discharge, i.e. electrode arrangements for generating surface micro-discharges coated SMD, regardless of their geometry
  • DBD Dielectric Barrier Discharge SMD - Surface Micro Discharge
  • electrode arrangements for generating surface micro-discharges coated SMD regardless of their geometry
  • This is partly due to the chemical conditions of the air (eg excitation probabilities, dissociation, ionization), which is mainly due to the varying air humidity, but also due to condensation on the electrodes and absorption and diffusion into the dielectric material.
  • the latter can be reduced by, for example, “burning in” the electrode arrangement before each use - the former cannot be compensated for without knowledge of the environmental conditions.
  • the electrode arrangement can become old and dirty due to prolonged use, which impairs functionality. “Aging effects” include, for example, corrosion, deposits, and surface changes that can occur with prolonged use and can impair performance.
  • the functionality of the electrode arrangement is not answered by a simple yes / no decision if one only ascertains whether current is flowing.
  • the plasma dose is sufficient for the respective application in order to inactivate pathogens (bacteria, viruses, spores) to the desired degree.
  • pathogens bacteria, viruses, spores
  • “Plasma dose” is the product of the plasma generation rate (plasma power) multiplied by time.
  • Plasma chemistry which is controllable and thus defines the area of application, is also important. Plasma chemistry can also depend on plasma performance (e.g. in the air, either oxygen or nitrogen chemistry can be chosen as dominant, or an intermediate range or a sequential variable treatment).
  • the decisive property of the plasma source is the inactivation of pathogens - mainly bacteria and / or the inactivation of allergens, odor molecules or other undesirable or dangerous molecules (decontamination) - up to one required log reduction either in a predetermined time t, or with a predetermined target plasma dose or the resulting dose of reactive species.
  • two activities are therefore useful: 1.
  • the functional test before use to ensure that the plasma source works as required, and 2.
  • the monitoring during the treatment to ensure the proper functionality of the plasma source continuously to be recorded and, if necessary, the treatment is automatically terminated automatically or the operator is informed when the required target plasma dose is reached.
  • Ad 1 Appropriate bacteria tests must be carried out for the desired treatment time. These define the plasma power that is preset on the device.
  • Ad 2 The decisive parameter for this is the plasma power PL - i.e. how much energy is put into generating a non-thermal cold atmospheric plasma per second?
  • the plasma is generated in the SMD electrode in millions of micro-discharges, which can be seen in the current curve as tight “spikes” - each spike with a typical duration of a few 10 nanoseconds.
  • This high frequency component is e.g. not directly measurable for a small handheld device, the effort is too great. For a larger system, the effort is also high, but more likely to be realized - unless a simpler, reliable process exists.
  • Ad 3 It is therefore necessary to find a measured variable which can be carried out by a simple measurement which allows a direct conclusion to be drawn about the plasma power PL - a power parameter PM. There is no need for a linear relationship between the power parameter PM and the plasma power PL; rather, an unambiguous, preferably bijective relationship between these variables is sufficient. However, a linear relationship represents a particularly simple embodiment, which is why it is assumed here as an example.
  • Ad 4 The electrode arrangement can have "aging effects” that do not affect the effectiveness, but can change the plasma power.
  • Ad 5 If the measurement takes place under different environmental conditions than the final operating conditions (not uncommon for a functional test before use), the scaling from the environmental to the operating conditions must also be determined experimentally.
  • Ad 6 The functionality of the electrode arrangement can generally also be carried out under environmental conditions (temperature, relative humidity) which are not known.
  • the ratio PL / PM does not have a great variability with air humidity.
  • Ad 7 Before use, the electrode arrangement may be “burned in” to remove storage effects (eg through condensation). Then the performance parameter PM is measured - under the prevailing (only approximately known or even unknown) environmental conditions.
  • the scaling factor S is applied to this measurement in order to obtain the calculated proxy plasma power under operating conditions.
  • the intra-individual and inter-individual variation in the electrode arrangements must be taken into account as the “bandwidth” of the scaling factor.
  • Ad 8 Another complication - the electrode can be partially soiled, so that the plasma power is reduced compared to a clean electrode.
  • Ad 9 In the present case (especially medical application or water treatment) there is another complication.
  • the actual “measure” is not the plasma power - it is the bactericidal effect of the plasma, as noted at the beginning. This is described by the integrated plasma dose in a preset operating mode.
  • the duration of use that exceeds the required minimum dose with an additional safety factor is predetermined by appropriate tests and should always remain the same.
  • the "plasma dose” is thus only defined by the plasma power in the area of application, which can be Steps can be determined.
  • a lower threshold, PSU, for the plasma power in the application must be determined experimentally.
  • the value PM> PU determined in this way guarantees that the plasma output sufficient to fulfill the required purpose.
  • a second condition for positive functionality is given by an upper threshold, PSO, which must not be exceeded.
  • PSO Various disturbances (e.g. age-related erosion of the dielectric, deposition of conductive erosion products on the dielectric, formation of leakage currents, etc.) can cause the plasma output to rise above the normal operating value.
  • the electrode arrangement is still operational, but there are two important changes that have to be considered:
  • the electrode arrangement is damaged and / or modified and therefore no longer comparable with the electrode arrangement used as a reference measurement (e.g. in preliminary tests, laboratory or in the preclinical);
  • the electrode arrangement could change from the oxygen mode to the nitrogen mode (if the power is sufficiently increased). This also changes the bactericidal effect and is not compatible with the preliminary tests, laboratory measurements or preclinical tests.
  • the plasma power PL must be measured independently with the corresponding effort, and both PL and PM must be determined and related for all relevant environmental conditions. This has to be done for different levels of pollution and Aging states of the electrode arrangement are repeated. All the parameters generated in this way must be correlated with their bactericidal action BE using bacterial tests. If all of these data sets are available, the acceptable threshold PS can be determined.
  • the threshold value for the plasma power is determined, which is necessary to produce the desired bactericidal effect in the given treatment time (e.g. 1 minute).
  • the threshold value was determined to be 1 watt for a specific electrode arrangement.
  • the degree of pollution can be important.
  • a specific exemplary embodiment of the electrode arrangement still works if it is contaminated by more than 50%.
  • the bactericidal effect can hardly be determined until 80% contamination.
  • each new electrode arrangement has to be tested with a similar effort in order to enable a reliable function test that applies to all relevant environmental conditions.
  • the measurement variable mentioned in the function test for determining the plasma power PL (ie the power parameter PM) is also used for monitoring.
  • Two or three steps are required for monitoring: a) Continuous checking whether the plasma power is within the specified operative range. If this is not the case in the course of the treatment, the treatment is either discontinued (this would be, for example, if the plasma output reaches the previously defined “red area”), or the user is informed in a suitable manner that the plasma source is no longer in the actual operational area works (that would be, for example, if the plasma power reaches the previously defined "yellow area”).
  • the transient process is an exception, but it e.g. can be taken into account by a temporary measure.
  • the treatment is continued without further plasma generation in order to allow long-lasting species to continue to work (e.g. in closed volumes - in wound treatment, in water treatment, in seed treatment, etc.). This can also be taken into account in the monitoring and must be defined in advance in the operating mode.
  • Ligur 1 is a schematic representation of an embodiment of a method for testing and / or monitoring an electrode arrangement in Lorm of a flow diagram
  • Ligur 2 is a schematic representation of an embodiment of a plasma source.
  • a first step S1 the electrode arrangement is put into operation, in particular a plasma source having the electrode arrangement being switched on.
  • a second step S2 at least one power parameter is determined that characterizes a plasma power of the electrode arrangement.
  • a third step S3 the at least one performance parameter is compared with at least one predetermined target parameter value, from which a comparison result is obtained.
  • the at least one performance parameter is preferably recorded over time.
  • a puncture or ability to puncture the electrode arrangement is assessed on the basis of the comparison result.
  • an action is preferably selected depending on the comparison result or on the performance parameter recorded over time.
  • this action preferably includes the output of an “in order” signal, the output of a “need for action” signal, the output of a “non-order” signal, the notification of an instantaneous plasma power and / or a plasma dose to an operator of the electrode arrangement, the adaptation of an operating time of the electrode arrangement to the comparison result, the termination of the operation of the electrode arrangement, or a continuation of the operation of the electrode arrangement without further measures, in particular without signal or message output.
  • the signal can be output in particular in the form of light or light signals, for example the activation of a green, yellow or red light, in particular an LED.
  • a text or a graphic symbol can be shown on a display.
  • An acoustic output of a message or warning is also possible, as is also the output of a message or warning by generating a targeted vibration of the electrode arrangement, in particular the plasma source, which has the electrode arrangement.
  • predetermined areas are preferably defined for the correspondence or deviation of the at least one performance parameter with / from the at least one predetermined target parameter value, the action being selected depending on which of the predetermined areas the comparison result falls into.
  • the method is preferably carried out immediately after start-up, particularly preferably after each start-up of the electrode arrangement.
  • the method is carried out repeatedly, in particular periodically, at predetermined operating times, stochastically or event-oriented, or continuously during operation of the electrode arrangement, that is to say during its actual use, in particular for treating a surface.
  • Such a repeated execution of the method is indicated here by a dashed arrow P, the arrow P here linking the fifth step S5, hence the selection of the at least one action, to the second step S2, namely the determination of the at least one performance parameter.
  • it typically remains switched on permanently, so that a repetition of the first step S1 is not required.
  • An event-controlled implementation of the method is understood in particular to mean that the method is started by external requirements, for example by manual interaction of the operator of the electrode arrangement.
  • the at least one predetermined target parameter value is preferably predefined constant.
  • the at least one predetermined target parameter value is selected as a function of at least one application parameter of the electrode arrangement, it being possible in particular to store it in the form of a mathematical relationship, a characteristic curve or a characteristic field.
  • the at least one application parameter preferably comprises an ambient temperature of the electrode arrangement and / or a relative atmospheric humidity in an environment, in particular an immediate environment, very particularly a treatment environment of the electrode arrangement, that is to say an environment in which the non-thermal generated by the electrode arrangement Plasma a treatment, in particular a surface treatment, a water treatment, a treatment of food or seeds is carried out.
  • the plasma is generated by the electrode arrangement, in particular in ambient air, so that the relative air humidity in the vicinity of the electrode arrangement is relevant for the plasma generation.
  • the electrode arrangement is preferably heated at least in regions for the determination of the power parameter, it being possible in particular to heat it to a temperature of at least 50 ° C. In this way, on the surface of the electrode assembly accumulated moisture are removed, which could otherwise impair the measurement.
  • the at least one performance parameter and / or the applied plasma dose is / are preferably logged for later retrieval in an electronic storage device.
  • a logged value is preferably stored with at least one metadata, in particular together with a place of use, a purpose, a time stamp and / or further metadata, preferably automatically. These parameters can then be read out and / or graphically displayed at a later point in time in order to monitor the operation of the electrode arrangement and to assess its function or functionality over time.
  • the electrode arrangement is preferably set up to generate
  • An electrode arrangement is preferably used which has a first electrode and a second electrode, the first electrode and the second electrode being spaced apart from one another by a dielectric and in particular being provided on different sides of the dielectric in mechanical contact with the dielectric.
  • the first electrode and the second electrode are preferably flat.
  • the second electrode is preferably designed as a structured electrode or structured electrode which has a plurality of edges on which surface micro-discharges can be ignited.
  • a high voltage in particular an alternating voltage, is preferably applied to the first electrode, the second electrode being grounded or grounded.
  • the second electrode preferably faces the surface to be treated, which increases the electrical safety of the operation of the electrode arrangement.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a plasma source 100 with an electrode arrangement 1, shown only schematically, for generating a non-thermal plasma.
  • the plasma source 100 also has a control device 101, which is set up to control the electrode arrangement 1.
  • the control device 101 here has, in particular, a voltage source 103, by means of which an AC voltage can be applied to the electrode arrangement 1 as a control voltage.
  • the control device has an electronic proxy structure 104 which can be connected in series with the electrode arrangement 1, here connected.
  • the control device 101 is set up to detect the at least one power parameter on the electronic proxy structure 104 connected in series with the electrode arrangement 1.
  • the electronic proxy structure 104 is designed here in particular as a capacitance 105.
  • At least one value, in particular an average value, of an alternating voltage V (t) - the proxy voltage - falling across the electronic proxy structure 104 at a specific phase angle of the drive voltage - is measured, in particular averaged over a plurality of periods of the drive voltage, in particular according to the equation (4) given above.
  • the proxy voltage is preferably detected in a time-dependent manner by a voltage measuring device 107.
  • an open circuit proxy voltage is measured on the electronic proxy structure 104 with an open circuit voltage applied to the electrode arrangement 1, in which no plasma is generated at the electrode arrangement 1, with the drive voltage applied to the electrode arrangement 1, in which a plasma is generated on the electrode arrangement 1, the proxy voltage and preferably the plasma voltage are measured, and wherein as the at least one power parameter a plasma capacity based on the open circuit voltage, the open circuit proxy voltage, the drive voltage or the plasma voltage, and the proxy voltage and preferably the proxy capacity is determined. In this way, the plasma power can be determined more precisely.
  • the performance parameter is preferably compared with a first, upper target parameter value and a second, lower target parameter value, the at least one action being selected as a function of whether the at least one performance parameter is converted into a by the first target parameter value and the second target parameter value limited target parameter range falls.
  • the plasma dose also maximum dose or minimum dose
  • this plasma dose can be stored in the control device - and as soon as the specified value is reached, the treatment is ended automatically. This means that the treatment is always independent of intra-individual variations of different plasma sources of the same design in their plasma performance.
  • Additional security features can be installed. For example, if the desired target plasma dose has still not been reached after a maximum time, an error message can occur.
  • the plasma dose can be defined differently and entered as a reference.
  • the plasma dose can first be defined for the oxygen mode and entered as a reference , then the time until the ozone concentration is reduced in nitrogen mode can be entered as a second reference.
  • a preclinical study was carried out on an exemplary embodiment of the plasma source 100 in order to determine a safe therapeutic window for treatments.

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Abstract

The invention relates to a method for inspecting and/or monitoring an electrode arrangement (1) for producing a non-thermal plasma, comprising the following steps: determining at least one plasma performance from the performance parameters characterising the electrode arrangement (1); a) temporally detecting the at least one performance parameter; and/or b) comparing the at least one performance parameter with at least one pre-determined nominal parameter value, and obtaining a comparison result; evaluating a function or operability of the electrode arrangement (1) on the basis of the comparison result, and preferably selecting at least one action according to the comparison result.

Description

BESCHREIBUNG  DESCRIPTION
Verfahren zum Prüfen und/oder Überwachen einer Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines nicht-thermischen Plasmas Method for testing and / or monitoring an electrode arrangement for generating a non-thermal plasma
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen und/oder Überwachen einer Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines nicht- thermischen Plasmas. The invention relates to a method for testing and / or monitoring an electrode arrangement for generating a non-thermal plasma.
Nicht-thermische Plasmen werden in vielfältigen Anwendungsfällen zur Reduzierung einer Anzahl von pathogenen Keimen oder zur Eliminierung solcher Keime eingesetzt, beispielsweise auf dem Gebiet der Wundbehandlung, der Behandlung von Hauterkrankungen, der Lebensmittelhygiene, der Herstellung von Wasser zur intravenösen Injektion, der Trinkwasseraufbereitung, der Dekontamination, Desinfektion oder Sterilisation von Gegenständen, insbesondere von medizinischen Geräten und/oder im militärischen Bereich, im zivilen Bereich, im Bereich der Luft- und Raumfahrt, insbesondere der Oberflächenbehandlung, ganz besonders der Oberflächen-Sterilisation oder -Desinfektion, der Inaktivierung von Allergenen, der Saatgutbehandlung, des Pflanzenschutzes, der Geruchsreduktion, beispielsweise beim Auffrischen von Textilien oder Textilprodukten, insbesondere Kleidung oder Matratzen, der Luftreinigung und -Überwachung, und vielerlei dergleichen mehr. Nicht-thermische Plasmen werden zur Wundbehandlung und zur Behandlung von Hauterkrankungen auch deswegen eingesetzt, weil sie über ihre keimlastreduzierende Wirkung hinaus heilungsf ordernde Wirkungen aufweisen. Zahlreiche dieser Anwendungen sind kritisch in dem Sinne, dass für den Anwender selbst oder für denjenigen, an dem oder für den die Anwendung durchgeführt wird, beispielsweise einen Patienten oder einen Verbraucher von derart behandeltem Trinkwasser, einem Verwender von Saatgut oder dergleichen, nicht unerhebliche Gefahren drohen können, wenn das nicht-thermische Plasma bei der Anwendung nicht oder nicht in ausreichendem Umfang, insbesondere nicht mit ausreichender Plasma-Dosis, erzeugt und appliziert wird. Auch kann aus Sicherheitsgründen eine Limitierung einer Maximaldosis bestimmter Spezies eingehalten werden müssen. Bei einer flächigen oder geometrisch linearen Plasmaerzeugung ist es auch wichtig, Informationen darüber zu erlangen, ob das Plasma entlang einer Fläche oder Linie, auf der es erzeugt werden soll, gleichmäßig erzeugt wird, da ansonsten die Gefahr droht, dass bestimmte Flächen- oder Linienbereiche in verringertem Maß oder gar nicht behandelt werden, während andere Bereiche gegebenenfalls in überhöhtem Maß mit dem Plasma beaufschlagt werden. Non-thermal plasmas are used in a variety of applications to reduce a number of pathogenic germs or to eliminate such germs, for example in the field of wound treatment, the treatment of skin diseases, food hygiene, the production of water for intravenous injection, drinking water treatment, decontamination , Disinfection or sterilization of objects, in particular medical devices and / or in the military, in the civilian area, in the aerospace sector, in particular surface treatment, very particularly surface sterilization or disinfection, inactivation of allergens, the Seed treatment, plant protection, odor reduction, for example when refreshing textiles or textile products, in particular clothing or mattresses, air purification and monitoring, and many other things. Non-thermal plasmas are also used to treat wounds and treat skin diseases because, in addition to their germ-reducing effects, they also have healing effects. Many of these applications are critical in the sense that for the user himself or for the person to whom or for whom the application is carried out, for example a patient or a consumer of drinking water treated in this way, a user of seeds or the like, there are significant risks can, if the non-thermal plasma is not generated or applied to a sufficient extent, in particular not with a sufficient dose of plasma, during use. A limitation of a maximum dose of certain species may also have to be observed for safety reasons. With flat or geometrically linear plasma generation, it is also important to obtain information about whether the plasma is generated evenly along an area or line on which it is to be generated, since otherwise there is a risk that that certain areas or line areas are treated to a reduced extent or not at all, while other areas may be exposed to an excessive amount of plasma.
Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren, mit dem zuverlässig festgestellt werden kann, ob eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines nicht-thermischen Plasmas eine bestimmungsgemäße Funktion aufweist, und/oder mit dem diese bestimmungsmäßige Funktion oder auch allgemein der Betrieb während der Applikation kontinuierlich überwacht werden kann. There is therefore a need for a method with which it can be reliably determined whether an electrode arrangement for generating a non-thermal plasma has a function as intended, and / or with which this function as intended or generally the operation during the application can be continuously monitored ,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Prüfen und/oder Überwachen einer Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines nicht-thermischen Plasmas zu schaffen, welches dazu beiträgt, die genannten Nachteile zu vermeiden, wobei es insbesondere ermöglichen soll, die Elektrodenanordnung auf eine bestimmungsgemäße Funktion oder Funktionsfähigkeit zu überprüfen und/oder zu überwachen, und ggf. geeignete Maßgaben automatisch auszuführen (wie z.B. Abbruch der Behandlung oder deren Durchführung bis zu einer vorgegebenen Ziel- Plasma-Dosis). The invention has for its object to provide a method for testing and / or monitoring an electrode arrangement for generating a non-thermal plasma, which contributes to avoiding the disadvantages mentioned, which should in particular make it possible to adapt the electrode arrangement to an intended function or Checking and / or monitoring functionality and, if necessary, automatically executing suitable measures (such as stopping the treatment or carrying it out up to a predetermined target plasma dose).
Die Aufgabe wird gelöst, indem der Gegenstand des Anspruchs 1 geschaffen wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The object is achieved by creating the subject matter of claim 1. Advantageous configurations result from the subclaims.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Prüfen und/oder Überwachen einer Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines nicht-thermischen Plasmas geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Es wird wenigstens ein Leistungs-Parameter bestimmt, der für eine Plasma-Leistung der Elektrodenanordnung charakteristisch ist. Der Leistungs-Parameter wird insbesondere im Betrieb der Elektrodenanordnung bestimmt; er ist insbesondere charakteristisch für eine momentane Plasma-Leistung der Elektrodenanordnung während deren Betrieb. The object is achieved in particular by creating a method for testing and / or monitoring an electrode arrangement for generating a non-thermal plasma, which has the following steps: at least one power parameter is determined which is characteristic of a plasma power of the electrode arrangement is. The performance parameter is determined in particular when the electrode arrangement is in operation; it is particularly characteristic of an instantaneous plasma power of the electrode arrangement during its operation.
Der wenigstens eine Leistungs-Parameter wird bevorzugt zeitlich, insbesondere zeitabhängig, erfasst. The at least one performance parameter is preferably recorded over time, in particular as a function of time.
Alternativ oder zusätzlich wird der wenigstens eine bestimmte Leistungs-Parameter mit wenigstens einem vorbestimmten Soll-Parameterwert verglichen, und es wird aus diesem Vergleich ein Vergleichsergebnis erhalten. Anhand des Vergleichsergebnisses wird eine Funktion oder Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung beurteilt. As an alternative or in addition, the at least one specific performance parameter is compared with at least one predetermined target parameter value, and it becomes this Comparison received a comparison result. A function or functionality of the electrode arrangement is assessed on the basis of the comparison result.
Mithilfe des hier vorgeschlagenen Verfahrens ist es sowohl initial bei einer Inbetriebnahme der Elektrodenanordnung als auch im laufenden Betrieb derselben möglich, deren Funktion oder Funktionsfähigkeit sicher und genau zu bestimmen und so insbesondere mit einer mangelhaften, reduzierten oder nicht vorhandenen Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung verbundene Gefahren für einen Verwender der Elektrodenanordnung oder für Dritte zu vermeiden. With the aid of the method proposed here, it is possible, both when the electrode arrangement is started up and during operation, to determine its function or functionality reliably and precisely, and thus in particular risks for a user associated with inadequate, reduced or non-existent functionality of the electrode arrangement to avoid the electrode arrangement or for third parties.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis wenigstens eine Aktion ausgewählt. Auf diese Weise ist es möglich, auf das Vergleichsergebnis und damit auch auf die festgestellte Funktion oder Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung zu reagieren und eine hierauf angepasste Aktion auszuwählen. Die Aktion kann auch abhängig von dem zeitlich erfassten Feistungs-Parameter oder einem daraus abgeleiteten Wert ausgewählt werden, beispielsweise abhängig von einer anhand des zeitlich erfassten Feistungs-Parameters ermittelten Plasma-Dosis. Depending on the comparison result, at least one action is preferably selected. In this way it is possible to react to the comparison result and thus also to the function or functionality of the electrode arrangement and to select an action adapted to it. The action can also be selected as a function of the time-measured performance parameter or a value derived therefrom, for example depending on a plasma dose determined on the basis of the time performance measurement parameter.
Dass der Feistungs-Parameter zeitlich erfasst wird, bedeutet insbesondere, dass dieser fortwährend, kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen oder mit bestimmter Abtastrate ermittelt, insbesondere gemessen oder aus einer Messung einer anderen Größe abgeleitet, wird. Es ist möglich, dass die zeitlich erfassten Werte des Feistungs-Parameters gespeichert werden. The fact that the performance parameter is recorded over time means, in particular, that it is determined continuously, continuously or at specific time intervals or at a specific sampling rate, in particular measured or derived from a measurement of another variable. It is possible that the time-recorded values of the performance parameter are saved.
Vorzugsweise wird aus dem wenigstens einen zeitlich erfassten Feistungs-Parameter eine Dosis- Größe, insbesondere eine Plasma-Dosis, abgeleitet. Hierzu kann der wenigstens eine Feistungs- Parameter oder eine aus diesem abgeleitete Plasma-Feistung insbesondere mit der Zeit aufsummiert oder zeitlich integriert werden. So ist es zu jeder Zeit während des Betriebs der Elektrodenanordnung möglich, eine aktuell abgegebene, das heißt insbesondere applizierte Plasma-Dosis zu bestimmen. A dose size, in particular a plasma dose, is preferably derived from the at least one time-measured performance parameter. For this purpose, the at least one performance parameter or a plasma performance derived therefrom can, in particular, be summed up over time or integrated in time. It is thus possible at any time during the operation of the electrode arrangement to determine a currently delivered, that is to say in particular applied, plasma dose.
Die wenigstens eine Aktion kann insbesondere in Abhängigkeit von der Dosis-Größe, insbesondere der Plasma-Dosis, ausgewählt werden. Insbesondere kann ein Betrieb der Elektrodenanordnung beendet werden, wenn ein vorbestimmter Wert für die Plasma-Dosis und damit vorzugsweise ein gewünschtes Behandlungsergebnis erreicht ist. Unter einem nicht-thermischen Plasma wird insbesondere ein Plasma verstanden, bei welchem eine die Verteilung der kinetischen Energie von Elektronen des Plasmas beschreibende Temperatur, die auch als Elektronen-Temperatur bezeichnet wird, nicht identisch und insbesondere sehr viel höher ist als eine die Verteilung der kinetischen Energie der von dem Plasma umfassten Ionen, insbesondere Atomionen und/oder Molekülionen, beschreibende Temperatur, die auch als Ionen-Temperatur bezeichnet wird. Dabei ist die Elektronen- Temperatur sehr viel höher als die Ionen-Temperatur, wobei die Ionen-Temperatur besonders im Bereich von 25 °C bis höchstens 100 °C gewählt werden kann. Ein solches Plasma wird aufgrund der vergleichsweise niedrigen Ionen-Temperatur auch als kaltes Plasma bezeichnet. The at least one action can be selected in particular as a function of the dose size, in particular the plasma dose. In particular, operation of the electrode arrangement can be ended when a predetermined value for the plasma dose and thus preferably a desired treatment result has been reached. A non-thermal plasma is understood in particular to be a plasma in which a temperature describing the distribution of the kinetic energy of electrons of the plasma, which is also referred to as the electron temperature, is not identical and in particular is very much higher than the distribution of the kinetic Energy describing the temperature of the ions comprised by the plasma, in particular atomic ions and / or molecular ions, which is also referred to as the ion temperature. The electron temperature is much higher than the ion temperature, and the ion temperature can be selected in particular in the range from 25 ° C. to at most 100 ° C. Such a plasma is also referred to as cold plasma due to the comparatively low ion temperature.
Als Plasma wird hier insbesondere ein Materiezustand bezeichnet, bei dem geladene Teilchen mit positiven und negativen Ladungen in Gasphase nebeneinander vorliegen, wobei sich über ein bestimmtes Volumen gemittelt eine neutrale elektrische Ladung für das betrachtete Volumen ergibt. Das Plasma umfasst außerdem vorzugsweise nicht-geladene Atome und/oder Moleküle, die sich in elektronisch-, vibratorisch- und/oder rotatorisch angeregten Zuständen befinden, und die auch als angeregte Teilchen bezeichnet werden, und/oder freie Radikale, insbesondere also nicht- geladene reaktive Atome und/oder Moleküle, die auch als reaktive Teilchen oder reaktive Spezies bezeichnet werden. A plasma is a state of matter in which charged particles with positive and negative charges are in gas phase next to each other, with a neutral electrical charge for the volume in question averaged over a certain volume. The plasma also preferably comprises non-charged atoms and / or molecules which are in electronically, vibrationally and / or rotationally excited states and which are also referred to as excited particles, and / or free radicals, in particular thus not charged reactive atoms and / or molecules, which are also referred to as reactive particles or reactive species.
Unter einer Elektrodenanordnung wird hier insbesondere eine Anordnung elektrisch leitfähiger Elektroden relativ zueinander verstanden, die eingerichtet ist, um ein nicht-thermisches Plasma zu erzeugen, wenn an die Elektrodenanordnung eine Spannung, insbesondere eine Wechselspannung, angelegt wird. Eine die Elektrodenanordnung aufweisende Plasmaquelle weist außerdem bevorzugt Mittel zur Beaufschlagung der Elektroden mit elektrischer Leistung, insbesondere eine Spannungsquelle, und bevorzugt eine Steuereinrichtung zur Beeinflussung, Vorgabe, Messung, Auswertung, Steuerung und/oder Regelung der an die Elektroden angelegten Stromgrößen, mithin insbesondere einer Spannung und/oder einer Stromstärke, auf. An electrode arrangement here means in particular an arrangement of electrically conductive electrodes relative to one another, which is set up to generate a non-thermal plasma when a voltage, in particular an AC voltage, is applied to the electrode arrangement. A plasma source having the electrode arrangement also preferably has means for supplying the electrodes with electrical power, in particular a voltage source, and preferably a control device for influencing, specifying, measuring, evaluating, controlling and / or regulating the current quantities applied to the electrodes, and consequently in particular a voltage and / or a current.
Die Elektrodenanordnung weist bevorzugt eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf, die durch ein Dielektrikum voneinander beabstandet sind, sodass Plasmaentladungen, insbesondere Oberflächenmikroentladungen, an einer der beiden Elektroden erzeugt werden können, wenn eine Spannung, insbesondere eine Wechselspannung, an die Elektroden angelegt wird. Die Elektrodenanordnung ist somit eingerichtet, um ein nicht-thermisches Plasma unabhängig von einer zu der Elektrodenanordnung externen Oberfläche zu erzeugen. Insbesondere ist die Elektrodenanordnung als SMD-Elektrodenanordnung (Surface Micro Discharge) ausgebildet. Insbesondere bedarf es keiner als Gegenelektrode geschalteten, zu behandelnden Oberfläche. Die beiden Elektroden der Elektrodenanordnung stehen vorzugsweise in physischem Kontakt mit dem Dielektrikum, wobei sie in das Dielektrikum eingebettet, oder aber auf dem Dielektrikum angeordnet sein können, beispielsweise durch Aufdampfen, Siebdruck, physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung, durch Auflegen oder Anpressen, Aufkleben, oder in anderer geeigneter Weise, wobei sie in diesem Fall dicht und insbesondere ohne Luftspalt an dem Dielektrikum angeordnet sind. Somit sind insbesondere beide Elektroden der Elektrodenanordnung auf einer gemeinsamen Seite einer zu behandelnden Oberfläche angeordnet. Insbesondere ist die zu behandelnde Oberfläche nicht zwischen den beiden Elektroden der Elektrodenanordnung angeordnet. The electrode arrangement preferably has a first electrode and a second electrode, which are spaced apart from one another by a dielectric, so that plasma discharges, in particular surface micro-discharges, can be generated on one of the two electrodes when a voltage, in particular an AC voltage, is applied to the electrodes. The electrode arrangement is thus set up in order to generate a non-thermal plasma independently of a surface external to the electrode arrangement. In particular, the electrode arrangement is in the form of an SMD electrode arrangement (surface micro Discharge) trained. In particular, there is no need for a surface to be treated, which is connected as a counter electrode. The two electrodes of the electrode arrangement are preferably in physical contact with the dielectric, whereby they can be embedded in the dielectric or can be arranged on the dielectric, for example by vapor deposition, screen printing, physical or chemical vapor deposition, by laying on or pressing on, sticking on, or in another suitable way, in which case they are arranged tightly and in particular without an air gap on the dielectric. Thus, in particular both electrodes of the electrode arrangement are arranged on a common side of a surface to be treated. In particular, the surface to be treated is not arranged between the two electrodes of the electrode arrangement.
Die Elektrodenanordnung ist insbesondere eingerichtet zur Erzeugung eines nicht-thermischen Plasmas in Luft, insbesondere in Umgebungsluft. Es wird also bevorzugt kein spezielles Gas zur Erzeugung des nicht-thermischen Plasmas verwendet, insbesondere wird kein solches spezielles Gas, insbesondere kein Trägergas, der Elektrodenanordnung zugeführt. The electrode arrangement is in particular set up to generate a non-thermal plasma in air, in particular in ambient air. No special gas is therefore preferably used to generate the non-thermal plasma, in particular no such special gas, in particular no carrier gas, is fed to the electrode arrangement.
Insbesondere zur Prüfung und/oder Überwachung einer solchen Elektrodenanordnung ist das hier vorgeschlagene Verfahren geeignet. Insbesondere bei einer solchen Elektrodenanordnung ist auch die Plasma-Leistung direkt abhängig von einer Fläche oder Linie, entlang der oder auf welcher das Plasma erzeugt wird, wobei etwaige Ungleichmäßigkeiten in der Plasmaerzeugung und/oder Flächenteile und/oder Linienbereiche, auf oder in denen beispielsweise aufgrund von Verschmutzungen kein Plasma erzeugt wird, direkt die Plasma-Leistung reduzieren. Somit kann anhand des Vergleichs des Leistungs-Parameters mit dem wenigstens einen vorbestimmten Soll- Parameterwert auch festgestellt werden, ob das Plasma gleichmäßig erzeugt wird. The method proposed here is particularly suitable for testing and / or monitoring such an electrode arrangement. In particular with such an electrode arrangement, the plasma power is also directly dependent on an area or line along or on which the plasma is generated, any irregularities in the plasma generation and / or area parts and / or line areas, on or in which, for example, due to If no plasma is generated from contaminants, directly reduce the plasma output. The comparison of the power parameter with the at least one predetermined target parameter value can thus also be used to determine whether the plasma is generated uniformly.
Unter einer Plasma-Leistung der Elektrodenanordnung wird derjenige Teil der von der Elektrodenanordnung aufgenommenen elektrischen Leistung verstanden, der direkt zur Erzeugung des nicht-thermischen Plasmas eingesetzt wird und insbesondere direkt mit einer Erzeugungsrate für von dem Plasma umfasste reaktive Teilchen in Zusammenhang steht. Wird als Leistungs-Parameter ein Parameter erfasst, der für diese Plasma-Leistung charakteristisch ist, kann in besonders sicherer und zuverlässiger Weise auf die Funktion oder Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung geschlossen werden, weil der Leistungs-Parameter in diesem Fall unmittelbar Auskunft über die Plasma-Erzeugung durch die Elektrodenanordnung gibt. Unter einem Beurteilen der Funktion oder Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung wird insbesondere verstanden, dass eine Aussage über die Funktion oder Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung abgeleitet wird, sei dies indirekt durch Auswahl einer bestimmten Aktion und/oder direkt durch Ausgeben einer die Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung beschreibenden oder bezeichnenden Meldung. Die Funktionsfähigkeit kann dabei im Sinne einer einfachen, binären Feststellung beurteilt werden, ob nämlich die Elektrodenanordnung funktionsfähig ist oder nicht, es ist aber auch möglich, dass die Funktion oder Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung in komplexerer Weise beurteilt wird, insbesondere in Hinblick auf eine Ermittlung der momentanen Plasma-Leistung und gegebenenfalls der Auswahl einer Aktion in Abhängigkeit von der ermittelten momentanen Plasma-Leistung. A plasma power of the electrode arrangement is understood to mean that part of the electrical power absorbed by the electrode arrangement that is used directly to generate the non-thermal plasma and in particular is directly related to a generation rate for reactive particles comprised by the plasma. If a parameter is recorded as the power parameter that is characteristic of this plasma power, the function or functionality of the electrode arrangement can be concluded in a particularly safe and reliable manner, because in this case the power parameter provides direct information about the plasma generation through the electrode arrangement there. An assessment of the function or functionality of the electrode arrangement is understood in particular to mean that a statement about the function or functionality of the electrode arrangement is derived, be it indirectly by selecting a specific action and / or directly by outputting a message describing or identifying the functionality of the electrode arrangement. The functionality can be assessed in the sense of a simple, binary determination as to whether the electrode arrangement is functional or not, but it is also possible for the functionality or functionality of the electrode arrangement to be assessed in a more complex manner, in particular with a view to determining the current one Plasma power and, if applicable, the selection of an action depending on the current plasma power determined.
Bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens die Plasma-Leistung als Leistungs-Parameter oder anhand des wenigstens einen Leistungs-Parameters erfasst. In the context of the method, the plasma power is preferably recorded as a power parameter or on the basis of the at least one power parameter.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktion ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Ausgabe eines„In-Ordnung“-Signals, einer Ausgabe eines „Handlungsbedarf“-Signals, einer Ausgabe eines„Nicht-In-Ordnung“-Signals, einer Mitteilung der - insbesondere momentanen - Plasma-Leistung und/oder einer - insbesondere momentanen - Plasma-Dosis an einen Betreiber der Elektrodenanordnung, einer Anpassung einer Betriebsdauer oder Behandlungsdauer an das Vergleichsergebnis, einem Beenden eines Betriebs der Elektrodenanordnung, und einem Fortsetzen des Betriebs der Elektrodenanordnung ohne weitere Maßnahme, insbesondere ohne Ausgabe eines Signals oder einer Mitteilung. Ein„In- Ordnung“-Signal wird auch als Grünsignal bezeichnet, ein als„Handlungsbedarf“-Signal wird im Folgenden auch als Gelb-Alarm bezeichnet, und ein„Nicht-In-Ordnung“-Signal wird im Folgenden auch als Rot-Alarm bezeichnet. Dabei zeigt ein Grünsignal an, dass die Elektrodenanordnung bestimmungsgemäß arbeitet. According to a development of the invention, it is provided that the action is selected from a group consisting of an output of an "in order" signal, an output of a "need for action" signal, an output of a "not in order" Signal, a communication of the - in particular instantaneous - plasma power and / or a - in particular instantaneous - plasma dose to an operator of the electrode arrangement, an adjustment of an operating time or treatment time to the comparison result, an end of operation of the electrode arrangement, and a continuation of the Operation of the electrode arrangement without any further measure, in particular without outputting a signal or a message. An "in order" signal is also referred to as a green signal, a "need for action" signal is also referred to below as a yellow alarm, and a "not in order" signal is also referred to below as a red alarm designated. A green signal indicates that the electrode arrangement is working as intended.
Vorzugsweise wird/werden der wenigstens eine Leistungs-Parameter, ein daraus abgeleiteter Wert wie beispielsweise die Plasma-Dosis, die wenigstens eine ausgewählte Aktion und/oder deren Ergebnis, insbesondere wenigstens ein Signal und/oder wenigstens eine Mitteilung, einem Nutzer, Verwender oder Betreiber der Elektrodenanordnung über das Internet und/oder kabellos, insbesondere per WLAN oder Bluetooth, bevorzugt auf eine Smartphone-App, kommuniziert. Es ist bevorzugt auch vorgesehen, dass zusätzlich die Plasma-Leistung - insbesondere instantan - kommuniziert wird, ggf. auch als Zeitreihe über eine bestimmte Anzahl vorangegangener Zeiteinheiten, insbesondere Sekunden oder Minuten. Das Grünsignal kann insbesondere ausgegeben werden, wenn der wenigstens eine Leistungs- Parameter von dem vorbestimmten Soll-Parameterwert um weniger als einen ersten vorbestimmten Grenzwert ab weicht, beispielsweise um weniger als 15 %. Ein Gelb- Alarm informiert einen Betreiber der Elektrodenanordnung darüber, dass die Elektrodenanordnung überprüft werden sollte, wobei gegebenenfalls weitere Schritte, beispielsweise ein Reinigen der Elektrodenanordnung, ein Säubern von Kontakten, oder andere derartige Maßnahmen, erforderlich sein könnten. Ein solcher Gelb-Alarm wird bevorzugt ausgegeben, wenn die Abweichung des wenigstens einen Leistungs-Parameters von dem wenigstens einen vorbestimmten Soll-Parameterwert größer ist als der erste vorbestimmte Grenzwert, wobei sie kleiner ist als ein zweiter vorbestimmter Grenzwert, wobei der zweite vorbestimmte Grenzwert größer ist als der erste vorbestimmte Grenzwert. Der zweite vorbestimmte Grenzwert kann beispielsweise einer Abweichung um 30 % von dem vorbestimmten Soll-Parameterwert entsprechen. Der Gelb-Alarm kann auch ausgegeben werden, wenn die Abweichung des wenigstens einen Leistungs-Parameters von dem wenigstens einen vorbestimmten Soll- Parameterwert gleich dem ersten vorbestimmten Grenzwert ist. Ein Rot-Alarm kann insbesondere ausgegeben werden, wenn ein weiteres Betreiben der Elektrodenanordnung aufgrund mangelnder Funktionsfähigkeit nicht mehr sinnvoll oder entweder für die Elektrodenanordnung selbst, für den späteren Nutzer eines mit dem Plasma behandelten Guts (z.B. in der Trinkwasseraufbereitung), den Betreiber, oder für eine mit der Elektrodenanordnung behandelte Person gefährlich ist. Der Rot-Alarm kann insbesondere ausgegeben werden, wenn der wenigstens eine Leistungs-Parameter von dem wenigstens einen vorbestimmten Soll- Parameterwert um den zweiten vorbestimmten Grenzwert oder um mehr als den zweiten vorbestimmten Grenzwert abweicht. Preferably, the at least one performance parameter, a value derived therefrom, such as the plasma dose, the at least one selected action and / or its result, in particular at least one signal and / or at least one message, is given to a user, user or operator the electrode arrangement communicates via the Internet and / or wirelessly, in particular via WLAN or Bluetooth, preferably to a smartphone app. It is preferably also provided that the plasma power is additionally communicated, in particular instantaneously, if necessary also as a time series over a certain number of previous time units, in particular seconds or minutes. The green signal can in particular be output if the at least one power parameter deviates from the predetermined target parameter value by less than a first predetermined limit value, for example by less than 15%. A yellow alarm informs an operator of the electrode arrangement that the electrode arrangement should be checked, whereby further steps, for example cleaning the electrode arrangement, cleaning contacts, or other such measures, may be necessary. Such a yellow alarm is preferably output when the deviation of the at least one power parameter from the at least one predetermined target parameter value is greater than the first predetermined limit value, it being less than a second predetermined limit value, the second predetermined limit value being greater is than the first predetermined limit. The second predetermined limit value can correspond, for example, to a deviation of 30% from the predetermined target parameter value. The yellow alarm can also be output when the deviation of the at least one performance parameter from the at least one predetermined target parameter value is equal to the first predetermined limit value. A red alarm can be issued in particular if it is no longer sensible to continue operating the electrode arrangement due to a lack of functionality or either for the electrode arrangement itself, for the later user of a good treated with the plasma (e.g. in drinking water treatment), the operator, or for a person treated with the electrode arrangement is dangerous. The red alarm can be output in particular if the at least one performance parameter deviates from the at least one predetermined target parameter value by the second predetermined limit value or by more than the second predetermined limit value.
Der wenigstens eine vorbestimmte Soll-Parameterwert kann gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ein Sollwert sein, wobei in diesem Fall der Leistungs-Parameter mit dem - insbesondere genau einen - Sollwert verglichen wird und die Funktion oder Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung anhand des Vergleichsergebnisses beurteilt wird. Dabei ist insbesondere eine Abweichung von dem Sollwert sowohl nach oben als auch nach unten zumindest bei Überschreiten bestimmter relativ zu dem Sollwert definierter Grenzwerte ein Anzeichen für eine mangelnde Funktion oder Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung. According to one embodiment of the method, the at least one predetermined target parameter value can be a target value, in which case the performance parameter is compared with the — in particular exactly one — target value and the function or functionality of the electrode arrangement is assessed on the basis of the comparison result. In particular, a deviation from the target value both upwards and downwards, at least when certain limit values defined relative to the target value are exceeded, is an indication of a lack of function or functionality of the electrode arrangement.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass der wenigstens eine vorbestimmte Soll-Parameterwert ein Minimalwert ist. In diesem Fall wird der Leistungs- Parameter mit dem Minimalwert in der Weise verglichen, dass geprüft wird, ob der Leistungs- Parameter größer oder kleiner als der Minimalwert ist. Dabei ist die Elektrodenanordnung funktionsfähig, wenn der Leistungs-Parameter größer oder gleich dem Minimalwert ist, wobei die Elektrodenanordnung nicht funktionsfähig ist, wenn der Leistungs-Parameter kleiner als der Minimalwert ist. Dabei kann ebenfalls ein Bereich für einen Gelb-Alarm definiert werden, wobei dieser sich dann ausgehend von dem Minimalwert bis zu einem vorbestimmten Grenzwert erstreckt, der um einen vorbestimmten Betrag oder einen vorbestimmten Faktor kleiner ist als der Minimalwert. Der Bereich für den Rot-Alarm erstreckt sich dann ausgehend von dem vorbestimmten Grenzwert hin zu kleineren Werten, wobei der Bereich für den Gelb- Alarm zwischen dem vorbestimmten Grenzwert und dem Minimalwert angeordnet ist. Der Bereich für das Grün-Signal liegt in diesem Fall oberhalb des Minimalwerts. According to another embodiment of the method, it is possible for the at least one predetermined target parameter value to be a minimum value. In this case, the performance Parameter compared with the minimum value in such a way that it is checked whether the performance parameter is greater or less than the minimum value. The electrode arrangement is functional if the performance parameter is greater than or equal to the minimum value, the electrode arrangement not functioning if the performance parameter is less than the minimum value. A range can also be defined for a yellow alarm, which then extends from the minimum value to a predetermined limit value that is smaller than the minimum value by a predetermined amount or a predetermined factor. The range for the red alarm then extends from the predetermined limit value to smaller values, the range for the yellow alarm being arranged between the predetermined limit value and the minimum value. In this case, the range for the green signal is above the minimum value.
In entsprechender - lediglich umgekehrter - Weise kann bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens der Soll-Parameterwert als Maximalwert definiert sein. Die Elektrodenanordnung ist dann nicht funktionsfähig, wenn der Leistungs-Parameter Werte oberhalb des Maximalwerts annimmt, wobei die Elektrodenanordnung funktionsfähig ist, wenn der Leistungs-Parameter Werte unterhalb oder bis zu dem Maximalwert annimmt. Der Bereich des Grün-Signals erstreckt sich dann von kleineren Werten, insbesondere von null her bis zu dem Maximalwert, wobei der Bereich des Gelb-Alarms sich ausgehend von dem Maximalwert bis zu einem vorbestimmten Grenzwert erstreckt, der um einen vorbestimmten Betrag oder einen vorbestimmten Faktor größer ist als der vorbestimmte Grenzwert. Der Bereich des Rot-Alarms erstreckt sich dann ausgehend von dem vorbestimmten Grenzwert zu höheren Werten. In a corresponding - only reverse - manner, the setpoint parameter value can be defined as the maximum value in a further embodiment of the method. The electrode arrangement is not functional if the performance parameter takes values above the maximum value, the electrode arrangement is functional if the performance parameter takes values below or up to the maximum value. The range of the green signal then extends from smaller values, in particular from zero up to the maximum value, the range of the yellow alarm extending from the maximum value to a predetermined limit value, which by a predetermined amount or a predetermined factor is greater than the predetermined limit. The range of the red alarm then extends from the predetermined limit value to higher values.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass zwei vorbestimmte Soll-Parameterwerte vorgesehen werden, mit denen der wenigstens eine Leistungs-Parameter verglichen wird. Die beiden vorbestimmten Soll-Parameterwerte definieren dabei ein Werteband oder Grenzen eines Wertebereichs, wobei die Elektrodenanordnung innerhalb dieses Wertebands oder Wertebereichs als funktionsfähig beurteilt wird. Insbesondere ist dabei ein erster vorbestimmter Soll-Parameterwert als Minimalwert des Wertebands oder Wertebereichs definiert, wobei ein zweiter, größerer Soll-Parameterwert als Maximalwert des Wertebands oder Wertebereichs definiert ist. Die Bereiche für den Gelb-Alarm sind dann jeweils dem Maximalwert einerseits und dem Minimalwert andererseits in dem Sinne zugeordnet, wie dies zuvor für den Minimalwert und den Maximalwert erläutert wurde. Es ist alternativ auch möglich, dass ein Bereich für einen Gelb- Alarm nicht - wie oben erläutert - ausgehend von dem vorbestimmten Soll-Parameterwert sich in Richtung des Bereichs für den Rot- Alarm erstreckt, sondern dass er sich vielmehr in den Bereich des Grün-Signals erstreckt. In diesem Fall kann beispielsweise der dem Minimalwert zugeordnete vorbestimmte Grenzwert größer sein als der Minimalwert, wobei der dem Maximalwert zugeordnete vorbestimmte Grenzwert kleiner sein kann als der Maximalwert. Alternativ ist es auch möglich, einen Gelb- Alarmbereich so zu definieren, dass er den vorbestimmten Soll-Parameterwert einschließt, vorzugsweise symmetrisch umfasst. In a further embodiment of the method, it is possible to provide two predetermined target parameter values with which the at least one performance parameter is compared. The two predetermined target parameter values define a range of values or limits of a range of values, the electrode arrangement being assessed as functional within this range of values or range of values. In particular, a first predetermined target parameter value is defined as the minimum value of the value band or value range, with a second, larger target parameter value being defined as the maximum value of the value band or value range. The areas for the yellow alarm are then each assigned to the maximum value on the one hand and the minimum value on the other hand in the sense as was explained above for the minimum value and the maximum value. Alternatively, it is also possible that an area for a yellow alarm does not - as explained above - extend from the predetermined target parameter value in the direction of the area for the red alarm, but rather that it extends into the area of the green alarm. Signal extends. In this case, for example, the predetermined limit value assigned to the minimum value can be greater than the minimum value, and the predetermined limit value assigned to the maximum value can be smaller than the maximum value. Alternatively, it is also possible to define a yellow alarm area so that it includes the predetermined target parameter value, preferably comprises it symmetrically.
Der wenigstens eine vorbestimmte Soll-Parameterwert wird vorzugsweise abhängig von einem gewünschten Betriebsmodus der Elektrodenanordnung gewählt, insbesondere abhängig von einer gewünschten Plasmachemie, insbesondere einer gewünschten Konzentration bestimmter aktiver Spezies in dem Plasma. Beispielsweise ist es möglich, dass verschiedene, insbesondere einen zulässigen Wertebereich oder ein zulässiges Werteband begrenzende Soll-Parameterwerte vorgegeben werden einerseits für den Fall, dass das erzeugte, nicht-thermische Plasma im Wesentlichen Sauerstoff-Spezies, beispielsweise Ozon, umfassen soll (Sauerstoffmodus), oder dass das nicht-thermische Plasma im Wesentlichen Stickstoff-Spezies, insbesondere Stickoxide, umfassen soll (Stickstoffmodus). Auch ist es möglich, einen Zwischenbereich zwischen diesen Betriebsmodi zu wählen. Dabei hängt die Plasmachemie stark von der gewählten Plasma- Leistung ab und kann durch diese somit vorgegeben werden. Insoweit muss auch die Funktion oder Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung mit Blick auf die Plasma-Leistung in Abhängigkeit von dem gewählten Betriebsmodus untersucht werden. The at least one predetermined target parameter value is preferably selected as a function of a desired operating mode of the electrode arrangement, in particular as a function of a desired plasma chemistry, in particular a desired concentration of certain active species in the plasma. For example, it is possible for various desired parameter values, in particular a permissible value range or a permissible value band, to be specified, on the one hand, in the event that the non-thermal plasma generated is intended to essentially comprise oxygen species, for example ozone (oxygen mode), or that the non-thermal plasma should essentially comprise nitrogen species, in particular nitrogen oxides (nitrogen mode). It is also possible to choose an intermediate range between these operating modes. The plasma chemistry strongly depends on the selected plasma power and can thus be predetermined by this. In this respect, the function or functionality of the electrode arrangement must also be examined with a view to the plasma power as a function of the selected operating mode.
Vorzugsweise wird im Rahmen des Verfahrens auch das Einhalten eines gewünschten Betriebsmodus (insbesondere Sauerstoffmodus, Stickstoffmodus, oder ein Zwischenbereich) überwacht. The compliance with a desired operating mode (in particular oxygen mode, nitrogen mode, or an intermediate area) is preferably also monitored as part of the method.
Die hier beschriebenen Signale können beispielsweise als Licht-Signale ausgegeben werden. Insbesondere ist es möglich, dass das Grünsignal als grün leuchtendes Licht, der Gelb-Alarm als gelb leuchtendes Licht, und der Rot-Alarm als rot leuchtendes Licht ausgegeben wird. Zur Ausgabe der Lichtsignale können insbesondere Leuchtdioden verwendet werden. The signals described here can be output, for example, as light signals. In particular, it is possible for the green signal to be output as a green light, the yellow alarm as a yellow light, and the red alarm as a red light. In particular, light emitting diodes can be used to output the light signals.
Die Signale und/oder Mitteilungen können aber alternativ oder zusätzlich auch in Textform, insbesondere in einem Display, als akustische Signale oder Mitteilungen, durch Vibration, oder in anderer geeigneter Weise ausgegeben werden. Eine Mitteilung der insbesondere momentanen Plasma-Leistung und/oder der insbesondere momentan applizierten Plasma-Dosis an den Betreiber ermöglicht es diesem, ein Behandlungsergebnis der Elektrodenanordnung bei einer bestimmten Behandlungsdauer abzuschätzen, und gegebenenfalls die Behandlungsdauer an die momentane Plasma-Leistung und/oder Plasma-Dosis anzupassen. Weist beispielsweise die Elektrodenanordnung eine im Vergleich zu einer Nenn-Plasma-Leistung reduzierte momentane Plasma-Leistung auf, kann die Behandlungsdauer durch den Betreiber in geeigneter Weise verlängert werden, um eine vorbestimmte Ziel-Plasma-Dosis zu applizieren. Eine solche Anpassung der Behandlungsdauer kann aber bevorzugt auch automatisch erfolgen, insbesondere in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis. Es ist auch möglich, dass die Plasma-Dosis im Rahmen des Verfahrens überwacht wird, wobei die Behandlungsdauer, insbesondere der Betrieb der Elektrodenanordnung, im Rahmen des Verfahrens automatisch beendet werden kann, wenn eine vorbestimmte Ziel-Plasma-Dosis erreicht ist. Der Betreiber wird vorzugsweise über die automatisch geänderte Behandlungsdauer informiert, oder der Betreiber ist angehalten, die Elektrodenanordnung bis zu deren selbstständigen Beendigen des Betriebs zu betreiben, wobei dann die geänderte Behandlungsdauer quasi automatisch berücksichtigt wird. Die Behandlungsdauer entspricht dabei bevorzugt einer Betriebsdauer der Elektrodenanordnung, da diese vorzugsweise nur während einer tatsächlich durchgeführten Behandlung auch betrieben wird. Eine Behandlung beginnt dann insbesondere mit der Inbetriebnahme der Elektrodenanordnung und endet mit der Beendigung des Betriebs der Elektrodenanordnung. Die applizierte Plasma-Dosis kann nach der Behandlung dem Anwender automatisch mitgeteilt und/oder protokolliert werden. Alternatively or additionally, the signals and / or messages can also be output in text form, in particular in a display, as acoustic signals or messages, by vibration, or in another suitable manner. A notification of the current plasma power and / or the currently applied plasma dose to the operator enables the operator to estimate a treatment result of the electrode arrangement for a specific treatment duration and, if necessary, the treatment duration to the current plasma power and / or plasma Adjust dose. If, for example, the electrode arrangement has an instantaneous plasma power that is reduced compared to a nominal plasma power, the duration of treatment by the operator can be extended in a suitable manner in order to apply a predetermined target plasma dose. Such an adjustment of the treatment duration can, however, preferably also take place automatically, in particular as a function of the comparison result. It is also possible for the plasma dose to be monitored as part of the method, it being possible for the duration of treatment, in particular the operation of the electrode arrangement, to be ended automatically as part of the method when a predetermined target plasma dose has been reached. The operator is preferably informed of the automatically changed treatment time, or the operator is required to operate the electrode arrangement until it ends the operation independently, in which case the changed treatment time is taken into account virtually automatically. The treatment time preferably corresponds to an operating time of the electrode arrangement, since this is preferably only operated during a treatment that is actually carried out. Treatment then begins in particular with the commissioning of the electrode arrangement and ends with the termination of the operation of the electrode arrangement. The applied plasma dose can be automatically communicated to the user and / or logged after the treatment.
Besonders bevorzugt wird im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens eine Erfassung/Überwachung der durch die Elektrodenanordnung applizierten Plasma-Dosis durchgeführt, was auch als Plasma-Monitoring bezeichnet wird. Dabei wird die während des Betriebs der Elektrodenanordnung, insbesondere während einer Behandlungsdauer, abgegebene Plasma-Dosis anhand des wenigstens einen Leistungs-Parameters erfasst. Es kann dann eine Meldung oder ein Signal ausgegeben werden, wenn eine vorbestimmte Ziel-Plasma-Dosis appliziert wurde, oder die Behandlung kann in diesem Fall automatisch beendet werden. Dabei kann auch ein Sicherheitszuschlag auf die vorbestimmte Ziel-Plasma-Dosis berücksichtigt werden, solange kein sicherheitsrelevantes Anwendungszeitfenster überschritten wird. Die Plasma-Dosis kann insbesondere als Produkt oder bevorzugt Integral der (momentanen) Plasma-Leistung, die als Leistungs-Parameter oder anhand des Leistungs-Parameters ermittelt wird, mit der/über die Zeit, insbesondere die Behandlungsdauer, ermittelt werden. The method proposed here is particularly preferably carried out by recording / monitoring the plasma dose applied by the electrode arrangement, which is also referred to as plasma monitoring. The plasma dose delivered during the operation of the electrode arrangement, in particular during a treatment period, is recorded on the basis of the at least one power parameter. A message or a signal can then be output when a predetermined target plasma dose has been applied, or the treatment can be ended automatically in this case. A safety surcharge on the predetermined target plasma dose can also be taken into account as long as no safety-relevant application time window is exceeded. The plasma dose can in particular be determined as a product or preferably an integral of the (instantaneous) plasma power, which is determined as a power parameter or on the basis of the power parameter, with / over time, in particular the duration of treatment.
Der Betrieb der Elektrodenanordnung kann insbesondere beendet oder gesperrt werden, wenn ein Weiterbetreiben derselben nicht mehr sinnvoll oder für die Elektrodenanordnung selbst, den Betreiber oder eine mit der Elektrodenanordnung behandelte Person gefährlich ist. Insbesondere kann der Betrieb der Elektrodenanordnung gleichzeitig mit der Ausgabe eines Rot-Alarms beendet oder gesperrt werden. The operation of the electrode arrangement can in particular be terminated or blocked if it is no longer sensible to continue operating it or if it is dangerous for the electrode arrangement itself, for the operator or for a person treated with the electrode arrangement. In particular, the operation of the electrode arrangement can be ended or blocked simultaneously with the output of a red alarm.
Wird eine ungeminderte Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung festgestellt, wird vorzugsweise deren weiterer Betrieb zugelassen oder fortgesetzt. Insbesondere kann das Zulassen oder Fortsetzen des Betriebs der Elektrodenanordnung zugleich mit der Ausgabe eines Grünsignals erfolgen, insbesondere wenn das Prüf- und/oder Überwachungsverfahren bei Inbetriebnahme der Elektrodenanordnung durchgeführt wird. Wird das Prüf- und/oder Überwachungsverfahren während des laufenden Betriebs der Elektrodenanordnung durchgeführt, wird der Betrieb bei Feststellen einer ungeminderten Funktionsfähigkeit bevorzugt fortgesetzt, ohne dass weitere Maßnahmen durchgeführt werden, insbesondere ohne Ausgabe von Signalen. If an unimpaired functionality of the electrode arrangement is determined, its further operation is preferably permitted or continued. In particular, allowing or continuing operation of the electrode arrangement can take place simultaneously with the output of a green signal, in particular if the testing and / or monitoring method is carried out when the electrode arrangement is started up. If the testing and / or monitoring method is carried out while the electrode arrangement is in operation, the operation is preferably continued when an undiminished functionality is ascertained, without further measures being carried out, in particular without output of signals.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren unmittelbar nach einer Inbetriebnahme der Elektrodenanordnung durchgeführt wird. Insbesondere ist es möglich, dass das Verfahren unmittelbar nach jeder Inbetriebnahme der Elektrodenanordnung - stets neu, vorzugsweise automatisch - durchgeführt wird. Auf diese Weise kann die Elektrodenanordnung direkt bei Inbetriebnahme überprüft werden, wobei bevorzugt dem Betreiber der Elektrodenanordnung eine Rückmeldung ausgegeben wird, ob die Elektrodenanordnung funktionsfähig ist. Auf diese Weise kann stets vor dem eigentlichen Einsatz der Elektrodenanordnung, insbesondere vor einer Behandlung einer Oberfläche, einer Flüssigkeit, eines Schüttguts, oder einer Person mit der Elektrodenanordnung, festgestellt werden, ob die Elektrodenanordnung funktionsfähig ist, wobei gegebenenfalls der eigentliche Einsatz der Elektrodenanordnung nicht erfolgt und diese vielmehr überprüft, gereinigt oder einer Reparatur zugeführt wird. Dies hat zum einen den Vorteil, dass der Betreiber frühzeitig über Probleme der Elektrodenanordnung informiert wird, sodass eine Fehlbehandlung oder gegebenenfalls unbemerkt nicht stattfindende Behandlung vermieden wird, und wobei direkt Maßnahmen eingeleitet werden können, um die Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung zu erhalten oder sicherzustellen. Auch für gegebenenfalls anzufertigende Behandlungsprotokolle ist es vorteilhaft, wenn unmittelbar bei Inbetriebnahme der Elektrodenanordnung vermerkt werden kann, ob oder dass diese funktionsfähig ist. According to a development of the invention, it is provided that the method is carried out immediately after the electrode arrangement has been started up. In particular, it is possible for the method to be carried out immediately after each start-up of the electrode arrangement — always new, preferably automatically. In this way, the electrode arrangement can be checked directly during start-up, with the operator of the electrode arrangement preferably being given feedback as to whether the electrode arrangement is functional. In this way, it can always be determined before the actual use of the electrode arrangement, in particular before treating a surface, a liquid, a bulk material, or a person with the electrode arrangement, whether the electrode arrangement is functional, the actual use of the electrode arrangement possibly not taking place and rather it is checked, cleaned or sent for repair. On the one hand, this has the advantage that the operator is informed of problems in the electrode arrangement at an early stage, so that incorrect treatment or treatment which may not take place unnoticed is avoided, and measures can be taken directly to maintain the functionality of the electrode arrangement or sure. For treatment protocols that may need to be prepared, it is advantageous if it can be noted immediately when the electrode arrangement is put into operation whether or that it is functional.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Verfahren wiederholt, insbesondere periodisch, zu vorbestimmten Betriebszeiten, stochastisch oder ereignisgesteuert, oder fortwährend während eines Betriebs der Elektrodenanordnung durchgeführt wird (Monitoring). Dabei wird hier unter einem Betrieb der Elektrodenanordnung insbesondere der eigentliche Einsatz derselben verstanden, beispielsweise zur Behandlung einer Oberfläche, einer Person, zur Wasseraufbereitung, zur Lebensmittelaufbereitung, zur Desinfektion von Gegenständen, zur Saatgutbehandlung, zum Pflanzenschutz, zur Geruchsreduktion, zur Auffrischung von Kleidung oder Matratzen, und vielem mehr. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die Elektrodenanordnung während ihres Betriebs überwacht wird, sodass ein Fehler oder eine verringerte Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung zeitnah festgestellt werden kann. Dies erhöht die Sicherheit des Betriebs der Elektrodenanordnung und insbesondere auch des Einsatzerfolgs derselben und reduziert somit Risiken, die mit einem mangelhaften Betrieb der Elektrodenanordnung oder deren Ausfall verbunden sind. Alternatively or additionally, it is possible for the method to be carried out repeatedly, in particular periodically, at predetermined operating times, stochastically or event-controlled, or continuously during operation of the electrode arrangement (monitoring). Operation of the electrode arrangement here means in particular the actual use thereof, for example for treating a surface, a person, for water treatment, for food preparation, for disinfecting objects, for seed treatment, for crop protection, for odor reduction, for refreshing clothing or mattresses , and much more. In this way it can be ensured that the electrode arrangement is monitored during its operation, so that a fault or a reduced functionality of the electrode arrangement can be determined promptly. This increases the safety of the operation of the electrode arrangement and in particular the success of its use, and thus reduces the risks associated with inadequate operation of the electrode arrangement or its failure.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der wenigstens eine Leistungs-Parameter ausschließlich während einer Anwendung der Elektrodenanordnung erfasst. Insbesondere wird das Verfahren gemäß einer Ausgestaltung ausschließlich während einer Anwendung der Elektrodenanordnung durchgeführt. Auf diese Weise kann insbesondere gewährleistet werden, dass nur eine auch tatsächlich bestimmungsgemäß applizierte Plasma-Dosis erfasst wird. According to one embodiment of the method, the at least one power parameter is recorded exclusively during use of the electrode arrangement. In particular, according to one embodiment, the method is carried out exclusively during use of the electrode arrangement. In this way, it can in particular be ensured that only a plasma dose that is actually used as intended is detected.
Das Verfahren kann ereignisgesteuert initialisiert werden, beispielsweise durch externe Anforderung, insbesondere durch manuelle Anforderung durch einen Betreiber. Besonders bevorzugt wird das Verfahren aber - insbesondere in regelmäßigen Abständen oder zu vorbestimmten Betriebszeiten - automatisiert gestartet. The method can be initialized in an event-controlled manner, for example by an external request, in particular by a manual request from an operator. However, the method is particularly preferably started automatically, in particular at regular intervals or at predetermined operating times.
Eine fortwährende oder dauerhafte Durchführung des Verfahrens während des Betriebs der Elektrodenanordnung ist besonders vorteilhaft, wenn die durch die Elektrodenanordnung abgegebene Plasma-Dosis ermittelt oder überwacht werden soll. Insbesondere eine solche Ausgestaltung ermöglicht ein automatisches Beenden des Betriebs der Elektrodenanordnung und damit einer Behandlungsdauer nach Erreichen einer vorbestimmten Ziel-Plasma-Dosis - insbesondere abhängig von einer gewünschten Behandlungsart oder einem gewünschten Behandlungserfolg. A continuous or permanent implementation of the method during the operation of the electrode arrangement is particularly advantageous if the plasma dose emitted by the electrode arrangement is to be determined or monitored. In particular, such a configuration enables the electrode arrangement to be stopped automatically and thus a treatment duration after a predetermined target plasma dose has been reached. in particular depending on a desired type of treatment or a desired treatment success.
Vorzugsweise wird/werden die momentan erreichte Plasma-Dosis, die erreichte Plasma-Dosis nach Beenden der Behandlungsdauer und/oder der wenigstens eine Leistungs-Parameter einem Nutzer über das Internet und/oder eine vorzugsweise kabellose Verbindung zu einem mobilen Gerät, insbesondere an eine Smartphone-App, mitgeteilt. Der Nutzer kann vorzugsweise über ein solches mobiles Gerät, insbesondere über die Smartphone-App, den Betrieb der Elektrodenanordnung nicht nur prüfen/überwachen, sondern auch beeinflussen oder steuern. The currently reached plasma dose, the achieved plasma dose after the end of the treatment period and / or the at least one performance parameter are / are preferably given to a user via the Internet and / or a preferably wireless connection to a mobile device, in particular to a smartphone -App, communicated. The user can preferably not only check / monitor the operation of the electrode arrangement, but also influence or control it via such a mobile device, in particular via the smartphone app.
Die Überwachung der Elektrodenanordnung ist auch vorteilhaft in Bezug auf Variabilitäten/Streuungen in der Fertigung, insbesondere Serienfertigung. Es können dann solche Effekte mittels des hier vorgeschlagenen Prüfungs-/Überwachungsverfahrens ohne weiteres durch geeignete Anpassung der Behandlungsdauer mit Blick auf die vorbestimmte Ziel-Plasma- Dosis ausgeglichen werden. Monitoring the electrode arrangement is also advantageous with regard to variability / scatter in production, in particular series production. Such effects can then be easily compensated for by means of the test / monitoring method proposed here by suitably adapting the treatment duration with a view to the predetermined target plasma dose.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine vorbestimmte Soll-Parameterwert konstant vorgegeben ist. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn äußere Bedingungen, unter denen die Elektrodenanordnung geprüft und/oder überwacht wird, stets zumindest näherungsweise identisch sind, und/oder wenn der wenigstens eine vorbestimmte Soll-Parameterwert hinreichend unempfindlich auf variierende äußere Bedingungen ist. Es wird insoweit bevorzugt ein Leistungs-Parameter verwendet, der höchstens in geringem Umfang mit äußeren Bedingungen der Elektrodenanordnung variiert. Besonders bevorzugt wird der Leistungs-Parameter so gewählt, dass seine Beziehung zur tatsächlichen Plasma-Leistung der Elektrodenanordnung nur in geringem Maß, vorzugsweise nicht, von solchen äußeren Bedingungen, insbesondere einer Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Alterungseffekten wie Korrosion, Oxidation, Ablagerungen und dergleichen abhängt. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass der Lei stungs -Parameter in jedem Fall nur von der Plasma-Leistung der Elektrodenanordnung abhängt und somit stets ausschließlich für die Plasma-Leistung der Elektrodenanordnung charakteristisch ist. According to a development of the invention, it is provided that the at least one predetermined target parameter value is constantly predetermined. This can be the case in particular if external conditions under which the electrode arrangement is checked and / or monitored are always at least approximately identical and / or if the at least one predetermined target parameter value is sufficiently insensitive to varying external conditions. In this respect, a power parameter is preferably used that varies at most to a small extent with external conditions of the electrode arrangement. The power parameter is particularly preferably selected such that its relationship to the actual plasma power of the electrode arrangement depends only to a small extent, preferably not, on such external conditions, in particular a temperature, air humidity, aging effects such as corrosion, oxidation, deposits and the like. In this way it can be ensured that the power parameter in any case only depends on the plasma power of the electrode arrangement and is therefore always characteristic only of the plasma power of the electrode arrangement.
Alternativ ist es möglich, dass der wenigstens eine vorbestimmte Soll-Parameterwert in Abhängigkeit von wenigstens einem Einsatzparameter der Elektrodenanordnung hinterlegt ist, wobei er insbesondere abhängig von dem wenigstens einen Einsatzparameter abgerufen oder aktiviert werden kann. Bevorzugt ist der wenigstens eine vorbestimmte Soll-Parameterwert in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Einsatzparameter in einem Kennfeld hinterlegt, aus dem er abhängig von dem wenigstens einen Einsatzparameter ausgelesen werden kann. Dies ist insbesondere sinnvoll für eine Überprüfung und/oder Überwachung der Elektrodenanordnung während deren Betriebs, insbesondere wenn sich die Einsatzbedingungen der Elektrodenanordnung und damit ein Wert des wenigstens einen Einsatzparameters im Laufe der Zeit ändern kann. Der wenigstens eine Einsatzparameter ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Umgebungstemperatur der Elektrodenanordnung und einer relativen Luftfeuchte in einer Umgebung der Elektrodenanordnung. Dies ist insbesondere relevant bei der Behandlung feuchter Oberflächen oder feuchter oder nasser Umgebungen, beispielsweise für die Wundbehandlung oder Wasseraufbereitung. Dabei kann es bevorzugt genügen, für den wenigstens einen vorbestimmten Soll-Parameterwert in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte zwei verschiedene Werte zu hinterlegen, beispielsweise einen ersten Wert für eine relative Luftfeuchte von 80 % oder mehr als 80 %, und einen zweiten Wert für eine relative Luftfeuchte von weniger als 80 %. Alternatively, it is possible for the at least one predetermined target parameter value to be stored as a function of at least one application parameter of the electrode arrangement, it being possible in particular to call up or activate it as a function of the at least one application parameter. The at least one predetermined target parameter value is preferably in Dependence on the at least one application parameter is stored in a map from which it can be read depending on the at least one application parameter. This is particularly useful for checking and / or monitoring the electrode arrangement during its operation, in particular if the conditions of use of the electrode arrangement and thus a value of the at least one application parameter can change over time. The at least one application parameter is preferably selected from a group consisting of an ambient temperature of the electrode arrangement and a relative air humidity in an environment of the electrode arrangement. This is particularly relevant for the treatment of damp surfaces or damp or wet environments, for example for wound treatment or water treatment. It may be sufficient to store two different values for the at least one predetermined target parameter value as a function of the relative air humidity, for example a first value for a relative air humidity of 80% or more than 80%, and a second value for a relative one Humidity of less than 80%.
Es ist möglich, dass der wenigstens eine Einsatzparameter durch die Elektrodenanordnung oder eine die Elektrodenanordnung aufweisende Plasmaquelle gemessen wird. Auf diese Weise können stets direkt aktuelle und genaue Werte des Einsatzparameters erhalten werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der wenigstens eine Einsatzparameter durch die Elektrodenanordnung oder die Plasmaquelle erhalten wird, insbesondere von einer externen Quelle; beispielsweise ist es möglich, dass der wenigstens eine Einsatzparameter von einem Dienstgeber oder Computer heruntergeladen, aus einem Netzwerk bezogen, oder durch den Betreiber der Elektrodenanordnung über eine geeignete Schnittstelle eingegeben wird. It is possible for the at least one application parameter to be measured by the electrode arrangement or a plasma source having the electrode arrangement. In this way, current and precise values of the application parameter can always be obtained directly. Alternatively or additionally, it is possible for the at least one application parameter to be obtained from the electrode arrangement or the plasma source, in particular from an external source; For example, it is possible for the at least one application parameter to be downloaded by an employer or computer, obtained from a network, or entered by the operator of the electrode arrangement via a suitable interface.
Das Plasma wird durch die Elektrodenanordnung bevorzugt in Umgebungsluft erzeugt. Der Elektrodenanordnung wird also kein separates Trägergas für die Plasmaerzeugung zugeführt. Daher ist der Betrieb der Elektrodenanordnung auch in besonderer Weise durch die Umgebungstemperatur und/oder relative Luftfeuchte in der Umgebung der Elektrodenanordnung beeinflusst. The plasma is preferably generated in ambient air by the electrode arrangement. No separate carrier gas for the plasma generation is therefore supplied to the electrode arrangement. The operation of the electrode arrangement is therefore also influenced in a special way by the ambient temperature and / or relative air humidity in the vicinity of the electrode arrangement.
Die Elektrodenanordnung wird bevorzugt mit Wechselspannung betrieben, insbesondere mit einer Frequenz vorzugsweise von mindestens 2 kHz bis höchstens 100 kHz. Die Elektrodenanordnung wird bevorzugt bei einer Spannung von einigen kV betrieben, wobei die Spannung vorzugsweise von mindestens 1 kVpp bis höchstens 5 kVpp, bevorzugt zu 3,5 kVpp gewählt wird. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrodenanordnung für die Ermittlung des Leistungs-Parameters geheizt wird. Besonders bevorzugt wird hierzu die Elektrodenanordnung auf eine Temperatur von mindestens 50 °C erwärmt. Auf diese Weise ist es möglich, gegebenenfalls auf der Elektrodenanordnung oberflächlich abgelagerte Feuchtigkeit zu entfernen, die ansonsten die Messung beeinträchtigen kann. The electrode arrangement is preferably operated with AC voltage, in particular with a frequency, preferably from at least 2 kHz to at most 100 kHz. The electrode arrangement is preferably operated at a voltage of a few kV, the voltage preferably being selected from at least 1 kV pp to at most 5 kV pp , preferably 3.5 kV pp . According to a development of the invention, it is provided that the electrode arrangement is heated for the determination of the power parameter. For this purpose, the electrode arrangement is particularly preferably heated to a temperature of at least 50 ° C. In this way it is possible to remove any moisture deposited on the surface of the electrode arrangement, which may otherwise impair the measurement.
Die Plasma-Leistung kann insbesondere auf verschiedene Weise bestimmt werden: The plasma power can be determined in various ways:
Eine bevorzugte Möglichkeit ist die Fourier- (oder Power Spektrum-) Analyse, wobei nur die Leistung im hochfrequenten Teil des Spektrums bestimmt wird. Da die Plasmaentladungen viele kleine „Spikes“ erzeugen (praktisch wie Delta-Funktionen) ist die Plasma-Leistung im Hochfrequenzbereich messbar. A preferred option is Fourier (or Power Spectrum) analysis, whereby only the power in the high-frequency part of the spectrum is determined. Since the plasma discharges generate many small “spikes” (practically like delta functions), the plasma power can be measured in the high-frequency range.
In einer anderen bevorzugten Messmethode wird die Plasma- Leistung durch die Fläche einer Lissajous-Figur beschrieben, die erzeugt wird durch eine Phasenraumdarstellung einer Ansteuerspannung, die definiert ist als diejenige Spannung, die mittels einer Spannungsquelle an die Elektrodenanordnung zur Plasmaerzeugung angelegt wird, gegen eine Plasmaspannung, die definiert ist als die Spannung, die tatsächlich über der Elektrodenanordnung in deren Betrieb anliegt, wobei demnach die Ansteuerspannung die unmodifizierte Betriebsspannung der Plasmaquelle ist und die Plasmaspannung die durch Plasmaentladungen modifizierte/verformte, relativ zu der Ansteuerspannung phasenverschobene Spannung, die über der Elektrodenanordnung abfällt. Hier werden bevorzugt nicht die einzelnen Mikroentladungen im Spannungsverlauf berücksichtigt, sondern eine geeignete Mittelung. Die Phasenraumdarstellung erzeugt eine geschlossene Kurve um eine Einschlussfläche. Diese Einschlussfläche enthält Information über die Verformung der Ansteuerspannung durch die Mikroentladungen sowie die Phasenverschiebung zwischen Ansteuerspannung und Plasmaspannung und stellt somit ein Maß für die Plasma-Leistung dar. In another preferred measurement method, the plasma power is described by the area of a Lissajous figure, which is generated by a phase-space representation of a drive voltage, which is defined as the voltage that is applied to the electrode arrangement for plasma generation by means of a voltage source against a plasma voltage , which is defined as the voltage that is actually present across the electrode arrangement in its operation, accordingly the drive voltage is the unmodified operating voltage of the plasma source and the plasma voltage is the voltage modified / deformed by plasma discharges, phase-shifted voltage relative to the drive voltage, which drops across the electrode arrangement , The individual micro-discharges in the voltage profile are preferably not taken into account here, but rather a suitable averaging. The phase space representation creates a closed curve around an inclusion surface. This inclusion surface contains information about the deformation of the control voltage by the micro-discharges and the phase shift between the control voltage and the plasma voltage and thus represents a measure of the plasma power.
In der Praxis ist es aus verschiedenen Gründen nicht immer möglich, diese Phasenraumdarstellung zu nutzen und/oder die Spannungsverläufe direkt zu messen. Dann bedeutet Ansteuerspannung: angelegte Hochspannung oder Spannung, die der angelegten Hochspannung in Form, Phase und Amplitude entspricht; und anstelle der Plasmaspannung wird eine Proxyspannung gemessen, die über einer mit der Elektrodenanordnung in Reihe geschalteten elektronischen Proxystruktur abfällt - insbesondere auch als „Proxy-Messung“ bezeichnet -, wobei die Proxyspannung die beiden durch die Mikroentladungen (die die eigentliche Plasma- Leistung beinhalten) hervorgerufenen Effekte (Verformung und Phasenverschiebung) abbildet. Die eingeschlossene Fläche dieser„Proxy-Messung“ oder auch die Proxyspannung für sich genommen beschreibt ebenfalls die Plasma-Leistung. In practice, it is not always possible for various reasons to use this phase space representation and / or to measure the voltage profiles directly. Then control voltage means: applied high voltage or voltage which corresponds to the applied high voltage in form, phase and amplitude; and instead of the plasma voltage, a proxy voltage is measured, which drops across an electronic proxy structure connected in series with the electrode arrangement - in particular also referred to as "proxy measurement" - the proxy voltage separating the two from the micro-discharges (the actual plasma power include) produced effects (deformation and phase shift). The enclosed area of this "proxy measurement" or the proxy voltage in itself also describes the plasma power.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten eine solche „Proxy-Messung“ durchzuführen, die die Plasma-Leistung abbildet: There are various ways to carry out such a "proxy measurement", which shows the plasma power:
Ad 1. Die Phasenraumkurve der Ansteuerspannung gegen die Proxyspannung wird aufgetragen, und das Integral der so aufgespannten Fläche wird gebildet. Ad 1. The phase space curve of the control voltage versus the proxy voltage is plotted, and the integral of the area thus spanned is formed.
Ad 2. Bei einem vorgegebenen Zeitpunkt in der Sinuskurve der Ansteuerspannung wird die Proxyspannung gemessen. Optimal ist die Positionierung dieses Zeitpunktes der Ansteuerspannung derart gewählt, dass die maximale Breite und/oder Höhe der Lissajous-Figur getroffen wird. Diese Position liegt optimal in dem Bereich der größten zeitlichen Gradienten und/oder Phasendifferenz zwischen der Ansteuerspannung und der Proxyspannung. Ad 2. The proxy voltage is measured at a predetermined point in time in the sine curve of the control voltage. The optimal positioning of this point in time of the control voltage is such that the maximum width and / or height of the Lissajous figure is met. This position lies optimally in the area of the greatest temporal gradients and / or phase difference between the control voltage and the proxy voltage.
Ein leicht zu definierender Punkt für diese Messung ist der Nulldurchgang der Ansteuerspannung. Die Proxyspannung an dieser Stelle ist nah der maximalen Breite oder Höhe der Lissajous-Figur. Die so erfasste Proxyspannung ist ein leicht messbarer Parameter, der die Plasma- Leistung abbildet. Hierfür bedarf es noch der geeigneten Wahl eines Proportionalitätsfaktors, der insbesondere durch Vergleich mit der eingeschlossenen Fläche der Lissajous-Figur bestimmt werden kann. An easy to define point for this measurement is the zero crossing of the control voltage. The proxy voltage at this point is close to the maximum width or height of the Lissajous figure. The proxy voltage recorded in this way is an easily measurable parameter that depicts the plasma power. For this, a suitable choice of a proportionality factor is required, which can be determined in particular by comparison with the enclosed area of the Lissajous figure.
Wegen der„Diskretisierung“ der Messung kann bei einer solch„singulären“ Messung zufällig eine Mikroentladung getroffen werden oder nicht. Deshalb werden bevorzugt genügend viele Messungen - bevorzugt 256 Messungen - gemittelt, um ein zuverlässiges Ergebnis für die Plasma-Leistung zu erhalten. Due to the "discretization" of the measurement, a "micro discharge" can be hit accidentally with such a "singular" measurement or not. For this reason, a sufficient number of measurements - preferably 256 measurements - are preferably averaged to obtain a reliable result for the plasma power.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist demnach vorgesehen, dass der wenigstens eine Leistungs-Parameter an einer zu der Elektrodenanordnung in Reihe geschalteten elektronischen Proxystruktur, insbesondere einer elektronischen Proxystruktur der die Elektrodenanordnung aufweisenden Plasmaquelle, - insbesondere als Proxy-Messung - erfasst wird. Dies ermöglicht eine einfache, insbesondere auch bei einem kleinen, tragbaren, handhaltbaren Gerät durchführbare Messung des Leistungs-Parameters, die gleichwohl charakteristisch für die Plasma-Leistung der Elektrodenanordnung ist. Unter einer elektronischen Proxystruktur wird hier insbesondere ein elektronisches Bauteil oder eine Mehrzahl miteinander elektrisch mittelbar oder unmittelbar verbundener und miteinander zusammenwirkender elektronischer Bauteile verstanden, die insbesondere geeignet ist, um daran eine Stellvertretermessung zur Ermittlung des wenigstens einen Leistungs-Parameters und letztlich der Plasma-Leistung vorzunehmen. According to a development of the invention, provision is accordingly made for the at least one power parameter to be recorded on an electronic proxy structure connected in series with the electrode arrangement, in particular an electronic proxy structure of the plasma source having the electrode arrangement, in particular as a proxy measurement. This enables a simple measurement of the power parameter, which can in particular also be carried out with a small, portable, hand-held device, which is nevertheless characteristic of the plasma power of the electrode arrangement. An electronic proxy structure is understood here to mean, in particular, an electronic component or a plurality of electronic components that are directly or indirectly connected or interact with one another and that are particularly suitable for performing a proxy measurement to determine the at least one power parameter and ultimately the plasma power ,
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als elektronische Proxystruktur eine Kapazität verwendet wird. Dabei wird unter einer Kapazität allgemein eine elektronische Struktur verstanden, die sich zumindest auch kapazitiv, vorzugsweise im Wesentlichen kapazitiv, vorzugsweise ausschließlich kapazitiv, verhält. Besonders bevorzugt wird als elektronische Proxystruktur wenigstens ein Kondensator oder eine Kondensator-Anordnung, besonders bevorzugt genau ein Kondensator, verwendet. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung einer Kapazität als elektronische Proxystruktur im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens eine besonders verlässliche Aussage über die tatsächliche Plasma-Leistung der Elektrodenanordnung erlaubt. According to a development of the invention, it is provided that a capacity is used as the electronic proxy structure. In this context, a capacitance is generally understood to mean an electronic structure which at least also behaves capacitively, preferably essentially capacitively, preferably exclusively capacitively. At least one capacitor or a capacitor arrangement, particularly preferably exactly one capacitor, is particularly preferably used as the electronic proxy structure. It has been found that the use of a capacitance as an electronic proxy structure within the scope of the method proposed here permits a particularly reliable statement about the actual plasma power of the electrode arrangement.
Die Kapazität der elektronischen Proxystruktur - im Folgenden als Proxykapazität bezeichnet - wird bevorzugt größer, insbesondere sehr viel größer, vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 500 bis höchstens 2000, vorzugsweise von mindestens 750 bis höchstens 1500, vorzugsweise von 1000, größer gewählt, als es der Kapazität der Elektrodenanordnung im Plasmabetrieb - im Folgenden als Anordnungskapazität bezeichnet - entspricht. The capacity of the electronic proxy structure - hereinafter referred to as proxy capacity - is preferably chosen to be larger, in particular very much larger, preferably by a factor of at least 500 to at most 2000, preferably from at least 750 to at most 1500, preferably of 1000, larger than that Capacity of the electrode arrangement in plasma operation - hereinafter referred to as the arrangement capacity - corresponds.
Die Proxyspannung Vproxy verhält sich zu der Plasmaspannung Vp|;lsm;l in folgender Weise:
Figure imgf000019_0001
wobei Cp die Proxykapazität und Ca die Anordnungskapazität sind.
The proxy voltage V proxy relates to the plasma voltage V p |; lsm; l in the following way:
Figure imgf000019_0001
where C p is the proxy capacity and C a is the placement capacity.
Dies sei an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert: This is explained in more detail using a preferred exemplary embodiment:
(Anfang des bevorzugten Ausführungsbeispiels.) Die Anordnungskapazität ist vorzugsweise proportional zu einer Gesamt-Kantenlänge L (Summe aller Kantenlängen) einer strukturierten Elektrode der Elektrodenanordnung, an deren Kanten die Plasma-Erzeugung erfolgt, und ergibt sich dann als
Figure imgf000020_0001
mit dem Proportionalitätsfaktor CL.
(Beginning of the preferred exemplary embodiment.) The arrangement capacity is preferably proportional to a total edge length L (sum of all edge lengths) of a structured electrode of the electrode arrangement, at the edges of which the plasma is generated, and then results as
Figure imgf000020_0001
with the proportionality factor C L.
Die Anordnungskapazität beträgt beispielsweise 109 pF, die Plasmaspannung betrage 3,5 kVpp (Spitze zu Spitze). Weiterhin ist die Gesamt-Kantenlänge L gleich 72 cm. Damit ist cL = Ca/L = 1,51 - solch ein Wert ist typisch für SMD-Elektrodenanordnungen, wobei cL im Bereich 1 < cL < 2 liegt. The arrangement capacitance is, for example, 109 pF, the plasma voltage is 3.5 kV pp (peak to peak). Furthermore, the total edge length L is 72 cm. This means that c L = C a / L = 1.51 - such a value is typical for SMD electrode arrangements, where c L is in the range 1 <c L <2.
Aus messtechnischen Gründen möchte man einen Wert für die Proxyspannung in etwa von 3 bis 5 Vpp haben. Daraus ergibt sich eine Skalierung (wobei Cp >> Ca):
Figure imgf000020_0002
For technical reasons, one would like to have a value for the proxy voltage of approximately 3 to 5 V pp . This results in a scaling (where C p >> C a ):
Figure imgf000020_0002
Die Größe der Plasmaspannung ist anhand der Ansteuerspannung bekannt (typisch einige kV), die gewünschte Proxyspannung ebenfalls. Für eine im Wesentlichen durch die Gesamt- Kantenlänge L vorgegebene Elektrodenkonfiguration und die Elektrodenbauart (z.B. SMD - das definiert CL) kann Cp bestimmt werden. The size of the plasma voltage is known from the control voltage (typically a few kV), as is the desired proxy voltage. C p can be determined for an electrode configuration and the electrode type (eg SMD - that defines CL) which is essentially predetermined by the total edge length L.
Für eine bevorzugte Elektrodenanordnung ergibt sich aus der Gleichung (3) ein Richtwert für die Proxykapazität von Cp = 100 nF (mit Vpr0xy = 3,5 Vpp und VpiaSma =3,5 kVpp. (Ende des bevorzugten Ausführungsbeispiels.) For a preferred electrode arrangement, equation (3) gives a guideline value for the proxy capacity of C p = 100 nF (with V pr0xy = 3.5 V pp and V piaSma = 3.5 kV pp . (End of the preferred exemplary embodiment.)
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Leistungs-Parameter wenigstens ein Wert der Proxyspannung zu einem bestimmten Phasenwinkel der Ansteuerspannung, insbesondere bei einem Nulldurchgang der Ansteuerspannung, gemessen wird. Vorzugsweise wird als der wenigstens eine Leistungs- Parameter ein Mittelwert PM der Proxyspannung bei dem bestimmten Phasenwinkel der Ansteuerspannung, gemittelt über eine Mehrzahl, insbesondere eine Vielzahl, von Perioden der Ansteuerspannung ermittelt:
Figure imgf000020_0003
wobei in Gleichung (4) VproXy,i(cp) der Wert der Proxyspannung bei dem festgehaltenen Phasenwinkel f - insbesondere bei dem Nulldurchgang - der Ansteuerspannung in der Periode i ist, und wobei n eine Anzahl der Perioden der Ansteuerspannung ist, über welche die Mittelung erfolgt. Dabei ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung n = 256; gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung kann n einen anderen oder größeren Wert annehmen. Bei n = 256 ergibt sich für eine Frequenz der Ansteuerspannung von x kHz eine Berechnung des Mittelwerts der in jeder Periode fortlaufend einmal gemessenen Proxyspannung alle l/(4x) Sekunden, wenn alle Messungen konsekutiv in aufeinanderfolgenden Perioden stattfinden. Insbesondere bei hohen Frequenzen ist auch eine Messung nur in bestimmten Perioden möglich (z.B. jede zweite oder dritte Periode, usw.), oder man misst alle 256 Perioden hintereinander und lässt dann eine Lücke von einer bestimmten Anzahl von Perioden. Für die Ermittlung der Plasma-Dosis muss die entsprechende Vorgehens weise natürlich berücksichtigt werden.
According to a development of the invention, it is provided that at least one value of the proxy voltage is measured as the at least one power parameter at a specific phase angle of the control voltage, in particular when the control voltage crosses zero. A mean value PM of the proxy voltage at the determined phase angle of the drive voltage, averaged over a plurality, in particular a plurality, of periods of the drive voltage is preferably determined as the at least one power parameter:
Figure imgf000020_0003
where in equation (4) V proXy, i (cp) the value of the proxy voltage at the fixed phase angle f - in particular at the zero crossing - of the drive voltage in the period i and where n is a number of periods of the drive voltage over which the averaging takes place. According to a preferred embodiment, n = 256; according to another preferred embodiment, n can have a different or larger value. If n = 256, for a frequency of the control voltage of x kHz, the mean value of the proxy voltage measured continuously once in each period is calculated every l / (4x) seconds if all measurements take place consecutively in successive periods. Especially at high frequencies, measurement is only possible in certain periods (e.g. every second or third period, etc.), or you measure all 256 periods in succession and then leave a gap of a certain number of periods. The corresponding procedure must of course be taken into account when determining the plasma dose.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, dass an der elektronischen Proxystruktur bei einer an die Elektrodenanordnung angelegten Leerlaufspannung, bei der kein Plasma an der Elektrodenanordnung erzeugt wird, eine Leerlauf- Proxyspannung gemessen wird, wobei bei der an die Elektrodenanordnung angelegten Ansteuerspannung, bei der ein Plasma an der Elektrodenanordnung erzeugt wird, die Proxyspannung und vorzugsweise die Plasmaspannung gemessen werden, und wobei als der wenigstens eine Leistungs-Parameter eine Plasmakapazität anhand der Leerlaufspannung, der Leerlauf-Proxyspannung, der Ansteuerspannung oder der Plasmaspannung, und der Proxyspannung ermittelt wird. Auf diese Weise kann die Plasma-Leistung noch genauer bestimmt werden. According to a further development of the invention, it is additionally or alternatively provided that an open circuit proxy voltage is measured on the electronic proxy structure with an open circuit voltage applied to the electrode arrangement, in which no plasma is generated on the electrode arrangement, with the drive voltage applied to the electrode arrangement, in which a plasma is generated on the electrode arrangement, the proxy voltage and preferably the plasma voltage are measured, and wherein as the at least one performance parameter a plasma capacity is determined on the basis of the open circuit voltage, the open circuit proxy voltage, the drive voltage or the plasma voltage, and the proxy voltage , In this way, the plasma power can be determined even more precisely.
Die Ansteuerspannung und die Plasmaspannung können hier alternativ zueinander verwendet werden. The control voltage and the plasma voltage can alternatively be used here.
Unter einer Leerlauf Spannung wird hier eine Wechselspannung verstanden, bei der keine Plasmaentladung an der Elektrodenanordnung auftritt, wenn die Leerlaufspannung an die Elektrodenanordnung angelegt wird. Wird demgegenüber die Ansteuerspannung an die Elektrodenanordnung angelegt, werden Plasmaentladungen induziert, so dass Plasma an der Elektrodenanordnung erzeugt wird. Die Leerlauf-Proxyspannung ist diejenige Wechselspannung, die an der elektronischen Proxystruktur gemessen wird, wenn die Leerlaufspannung an der Elektrodenanordnung anliegt. An open-circuit voltage is understood here to mean an AC voltage in which no plasma discharge occurs at the electrode arrangement when the open-circuit voltage is applied to the electrode arrangement. In contrast, if the drive voltage is applied to the electrode arrangement, plasma discharges are induced, so that plasma is generated on the electrode arrangement. The open circuit proxy voltage is the AC voltage that is measured on the electronic proxy structure when the open circuit voltage is present on the electrode arrangement.
Die Leerlauf Spannung und die Leerlauf-Proxyspannung werden bevorzugt als Spitze-zu-Spitze- Werte (peak-to-peak) gemessen. Ebenso können hier die Ansteuerspannung, die Plasmaspannung und/oder die Proxyspannung als Spitze-zu-Spitze-Werte (peak-to-peak) gemessen werden. The open circuit voltage and the open circuit proxy voltage are preferably measured as peak-to-peak values. Likewise, the control voltage, the Plasma voltage and / or the proxy voltage are measured as peak-to-peak values.
Unter einer Plasmakapazität wird insbesondere die Kapazität des Plasmas verstanden, also die Kapazität, die lediglich durch das Plasma erzeugt wird, insbesondere durch die lokale Ladungstrennung aufgrund von zahlreichen Oberflächenmikroentladungen im Bereich der Elektrodenanordnung. Die zuvor genannte Anordnungskapazität umfasst demgegenüber sowohl die Plasmakapazität als auch eine Systemkapazität. Die Systemkapazität ist die Kapazität der Elektrodenanordnung bei Abwesenheit von Plasmaentladungen. A plasma capacity is understood in particular to mean the capacity of the plasma, that is to say the capacity which is only generated by the plasma, in particular by the local charge separation due to numerous surface micro-discharges in the region of the electrode arrangement. In contrast, the aforementioned arrangement capacity includes both the plasma capacity and a system capacity. The system capacity is the capacity of the electrode arrangement in the absence of plasma discharges.
Die Plasmakapazität wird insbesondere auch anhand der - bekannten - Proxykapazität bestimmt. The plasma capacity is also determined in particular on the basis of the - known - proxy capacity.
Vorzugsweise wird die Leerlauf-Proxyspannung bei der Leerlauf Spannung - insbesondere einmalig pro Inbetriebnahme der Elektrodenanordnung - initial gemessen. Die Ansteuerspannung oder Plasmaspannung einerseits und die Proxyspannung andererseits werden bevorzugt fortlaufend oder zu bestimmten Zeiten/in bestimmten Perioden im Betrieb der Elektrodenanordnung erfasst. The idle proxy voltage is preferably initially measured at the idle voltage - in particular once per start-up of the electrode arrangement. The control voltage or plasma voltage on the one hand and the proxy voltage on the other hand are preferably recorded continuously or at certain times / in certain periods in the operation of the electrode arrangement.
Ausgangspunkt für diese Vorgehens weise sind somit zwei Messungen: Die erste Messung wird mit der Leerlaufspannung VL unterhalb einer für die Plasmazündung notwendige Zündspannung gemessen. Die zuständige Gleichung ist analog zu Gleichung (3), nur wird so die Systemkapazität Cs bestimmt, im Wesentlichen also die Kapazität verursacht durch die Elektrodenstruktur und das Dielektrikum: r = CsThe starting point for this procedure is therefore two measurements: The first measurement is measured with the open circuit voltage V L below an ignition voltage necessary for the plasma ignition. The relevant equation is analogous to equation (3), only the system capacitance Cs is determined in this way, essentially the capacitance caused by the electrode structure and the dielectric: r = Cs
V, . (5) V,. (5)
P VL, proxy P VL, proxy
Dabei ist Cp wiederum die Proxykapazität, und VL, proxy ist die Leerlauf-Proxyspannung. Da es keine Phasenverschiebung gibt, wird aus Gründen der Genauigkeit der Messung hier die Peak- Peak Spannung genommen, sowohl für die Leerlaufspannung als auch für die Leerlauf- Proxyspannung. Im zweiten Schritt wird dann die Messung unter der operativen Betriebsspannung, das heißt der Ansteuerspannung oder bevorzugt der Plasmaspannung VpiaSma, durchgeführt, wobei auch hier ebenfalls jeweils die Peak-Peak-Spannung genommen wird. C p is again the proxy capacity and V L, proxy is the open circuit proxy voltage. Since there is no phase shift, the peak-to-peak voltage is used here for both the open-circuit voltage and the open-circuit proxy voltage for reasons of the accuracy of the measurement. In the second step, the measurement is then carried out under the operative operating voltage, that is to say the drive voltage or preferably the plasma voltage V piaS ma, the peak-peak voltage also being taken here in each case as well.
Die in der zweiten Messung bestimmte Anordnungskapazität, Ca, setzt sich zusammen aus der durch das Plasma erzeugten Plasmakapazität Cpiasma und der Systemkapazität (im Wesentlichen durch die Elektrodenstruktur und das Dielektrikum erzeugt) Cs, wobei beide Kapazitäten in Serie angeordnet sind. Die Beziehung ist
Figure imgf000023_0001
The arrangement capacity , C a , determined in the second measurement is composed of the plasma capacity C piasma generated by the plasma and the system capacity (essentially generated by the electrode structure and the dielectric) Cs, both capacitances being arranged in series. The relationship is
Figure imgf000023_0001
Aus diesen Gleichungen (5) und (6) und den zwei Proxy-Messungen der Leerlauf- Proxyspannung VL, proxy und der Proxyspannung Vproxy, sowie dendazugehörigen Werten der Leerlaufspannung VL und der Plasmaspannung VpiaSma (oder entsprechend der Ansteuerspannung) lässt sich CpiaSma als Leistungs-Parameter einfach berechnen:
Figure imgf000023_0002
From these equations (5) and (6) and the two proxy measurements of the idle proxy voltage VL, p r o xy and the proxy voltage V per xy, and dendazugehörigen values of the no-load voltage V L and the plasma voltage V PIAs ma (or according to the Control voltage ), C piaSma can be easily calculated as a performance parameter:
Figure imgf000023_0002
Cpiasma ist ein direkteres Maß für die Plasma-Leistung als Ca, weil es direkt proportional zu den durch das Plasma erzeugten Ladungen ist. Cpi asma is a more direct measure of the plasma power as a C because it is directly proportional to the generated by the plasma charges.
Durch erfindungsgemäß bevorzugte Mittelwertbildung einer Reihe solcher Messungen wird der Messfehler entsprechend der statistischen Genauigkeit reduziert. By averaging a number of such measurements, which is preferred according to the invention, the measurement error is reduced in accordance with the statistical accuracy.
Vorzugsweise werden daher zur Berechnung der Plasmakapazität Cpiasma über eine Mehrzahl, insbesondere eine Vielzahl, von Perioden der Ansteuerspannung beziehungsweise Leerlaufspannung gemittelte Werte der entsprechenden Spannungen, insbesondere nämlich der Leerlaufspannung, der Leerlauf-Proxyspannung, der Ansteuerspannung oder der Plasmaspannung, und der Proxyspannung, verwendet. It is therefore preferable to use the values of the corresponding voltages averaged over periods of the drive voltage or open circuit voltage, in particular namely the open circuit voltage, the open circuit proxy voltage, the drive voltage or the plasma voltage, and the proxy voltage to calculate the plasma capacity C piasma over a plurality, in particular a plurality ,
In einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Elektrodenanordnung ist vorzugsweise eine Zuordnung des Leistungs-Parameters zu der tatsächlichen Plasma-Leistung hinterlegt, vorzugsweise als einfacher Faktor oder als komplexere, bevorzugt zumindest injektive, vorzugsweise bijektive Funktion, die einem gemessenen Wert des Leistungs-Parameters eindeutig eine tatsächliche Plasma-Leistung zuordnet. An assignment of the power parameter to the actual plasma power is preferably stored in a control device for controlling the electrode arrangement, preferably as a simple factor or as a more complex, preferably at least injective, preferably bijective function, which unequivocally realizes a measured value of the power parameter Allocates plasma power.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Leistungs-Parameter mit einem ersten, oberen Soll-Parameterwert und mit einem zweiten, unteren Soll-Parameterwert verglichen wird. Dabei ist der erste, obere Soll-Parameterwert größer als der zweite, untere Soll- Parameterwert. Die wenigstens eine Aktion wird abhängig davon gewählt, ob der Leistungs- Parameterwert in einen durch den ersten Soll-Parameterwert und den zweiten Soll- Parameterwert begrenzten Soll-Parameterbereich fällt. Der erste Soll-Parameterwert und der zweite Soll-Parameterwert spannen also einen Soll-Parameterbereich auf, in den der Leistungs- Parameter bestimmungsgemäß fallen soll; dies bedeutet, dass die Elektrodenanordnung ordnungsgemäß funktioniert, wenn der Leistungs-Parameter in den Soll-Parameterbereich fällt. Ist der Leistungs-Parameter dagegen kleiner als der zweite, untere Soll-Parameterwert oder größer als der erste, obere Soll-Parameterwert, funktioniert die Elektrodenanordnung nicht ordnungsgemäß und ist entweder nicht oder nur eingeschränkt einsetzbar. Dabei kann die wenigstens eine Aktion insbesondere auch abhängig davon gewählt werden, wie weit der Leistungs-Parameter von dem ersten, oberen Soll-Parameterwert oder von dem zweiten, unteren Soll-Parameterwert - außerhalb des Soll-Parameterbereichs - beabstandet ist. Hierbei ist es insbesondere möglich, einen Bereich für einen Gelb-Alarm und einen Bereich für einen Rot- Alarm durch entsprechende weitere Grenzwerte zur separieren. According to a development of the invention, it is provided that the performance parameter is compared with a first, upper target parameter value and with a second, lower target parameter value. The first, upper target parameter value is larger than the second, lower target parameter value. The at least one action is selected depending on whether the performance parameter value is divided into a value by the first target parameter value and the second target value. Parameter value limited target parameter range falls. The first target parameter value and the second target parameter value thus span a target parameter range into which the performance parameter is intended to fall; this means that the electrode arrangement will function properly if the performance parameter falls within the target parameter range. If, on the other hand, the power parameter is smaller than the second, lower target parameter value or larger than the first, upper target parameter value, the electrode arrangement does not function properly and can either not be used or can only be used to a limited extent. The at least one action can in particular also be selected depending on how far the performance parameter is spaced from the first, upper target parameter value or from the second, lower target parameter value - outside the target parameter range. It is in particular possible to separate an area for a yellow alarm and an area for a red alarm by corresponding further limit values.
Der erste, obere Soll-Parameterwert berücksichtigt dabei eine obere Leistungsgrenze für die Plasmaerzeugung, wobei diese obere Leistungsgrenze beispielsweise durch Erosion eines Dielektrikums der Elektrodenanordnung, Deposition auf dem Dielektrikum, Kriechstrombildung oder andere, ähnliche, die Leistungsaufnahme der Elektrodenanordnung erhöhende Effekte überschritten werden kann. Der untere, zweite Soll-Parameterwert berücksichtigt eine untere Leistungsgrenze der Elektrodenanordnung, die beispielsweise durch Verschmutzung, Deposition und/oder Erosion leitender Bestandteile einer Elektrode der Elektrodenanordnung unterschritten werden kann, oder durch andere, ähnliche Effekte, welche die Leistungsaufnahme der Elektrodenanordnung verringern. The first, upper target parameter value takes into account an upper power limit for the plasma generation, this upper power limit being able to be exceeded, for example, by erosion of a dielectric of the electrode arrangement, deposition on the dielectric, leakage current formation or other similar effects which increase the power consumption of the electrode arrangement. The lower, second setpoint parameter value takes into account a lower power limit of the electrode arrangement, which may be lower, for example, due to contamination, deposition and / or erosion of conductive components of an electrode of the electrode arrangement, or by other similar effects which reduce the power consumption of the electrode arrangement.
Bevorzugt wird jede Elektrodenanordnung im Rahmen einer Anfangsprüfung charakterisiert, wobei die ersten und zweiten Soll-Parameterwerte individuell für die jeweilige Elektrodenanordnung und Anwendungsaufgabe (z.B. Sauerstoff, Stickstoff oder Intermediärer Modus) festgelegt und vorzugsweise in einer der Elektrodenanordnung zugeordneten elektronischen Speichereinrichtung, beispielsweise einem RFID-Chip oder dergleichen, hinterlegt werden. Auf diese Weise können intra-individuelle Fertigungsvariationen erfasst und ein möglichst genauer, bestimmungsgemäßer Funktionsbereich für die individuelle Elektrodenanordnung und Anwendungsaufgabe vorgegeben werden. Diese individuellen Schwellenwerte können dann für jede Elektrodenanordnung, auch bei einem Austausch der Elektrodenanordnung in einer existierenden Plasmaquelle, übertragen werden, insbesondere indem die Speichereinrichtung ausgelesen wird. Die Speichereinrichtung, beispielsweise der RFID-Chip oder ein anderer Datenträger, ist vorzugsweise mit der Elektrodenanordnung mitnehmbar verbunden und wird gemeinsam mit dieser an der Plasmaquelle angeordnet und/oder ausgetauscht. Each electrode arrangement is preferably characterized in the course of an initial test, the first and second target parameter values being defined individually for the respective electrode arrangement and application (for example oxygen, nitrogen or intermediate mode) and preferably in an electronic memory device assigned to the electrode arrangement, for example an RFID chip or the like. In this way, intra-individual manufacturing variations can be recorded and a functional area that is as precise as possible and intended can be specified for the individual electrode arrangement and application task. These individual threshold values can then be transmitted for each electrode arrangement, even when the electrode arrangement is replaced in an existing plasma source, in particular by reading out the memory device. The storage device, for example the RFID chip or another data carrier is preferably connected to the electrode arrangement in a captive manner and is arranged and / or exchanged together with the latter on the plasma source.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrodenanordnung vor der Bestimmung des mindestens einen Leistungs-Parameters für eine vorbestimmte Zeitdauer betrieben wird. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass sich konstante Betriebsbedingungen und/oder ein Gleichgewicht für den Betrieb der Elektrodenanordnung eingestellt hat/haben, so dass der Leistungs-Parameter für den Dauerbetrieb korrekt erfasst wird. According to a development of the invention, it is provided that the electrode arrangement is operated for a predetermined period of time before the at least one power parameter is determined. In this way it can be ensured that constant operating conditions and / or a balance has / have been set for the operation of the electrode arrangement, so that the performance parameter for continuous operation is correctly recorded.
Es ist aber auch möglich, dass - insbesondere für ein Dosis-Monitoring - der wenigstens eine Leistungs-Parameter von Beginn des Betriebs der Elektrodenanordnung, insbesondere von Beginn einer Behandlung an, fortwährend und kontinuierlich erfasst wird. Auf diese Weise kann die gesamte applizierte Plasma-Dosis sicher erfasst werden, wobei gegebenenfalls die zeitliche Entwicklung des Leistungs-Parameters irrelevant ist oder jedenfalls automatisch berücksichtigt wird. However, it is also possible that - in particular for dose monitoring - the at least one performance parameter is continuously and continuously recorded from the start of operation of the electrode arrangement, in particular from the start of treatment. In this way, the entire applied plasma dose can be reliably detected, the temporal development of the performance parameter possibly being irrelevant or being automatically taken into account in any case.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Vergleichsergebnis, der wenigstens eine Leistungs-Parameter, und/oder die applizierte Plasma-Dosis für einen späteren Abruf in einer elektronischen Speichereinrichtung protokolliert wird/werden. Die elektronische Speichereinrichtung kann direkt in eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Elektrodenanordnung integriert, aber auch extern hierzu vorgesehen sein. Insbesondere ist es möglich, dass die Protokollierung in einem externen Dienstgeber erfolgt, der mit der Steuereinrichtung für die Elektrodenanordnung über eine kabelgebundene oder kabellose Datenverbindung, beispielsweise WLAN und/oder Bluetooth, wirkverbunden ist. Besonders bevorzugt wird/werden das Vergleichsergebnis, der wenigstens eine Leistungs-Parameter und/oder die applizierte Plasma-Dosis automatisiert protokolliert, und/oder besonders bevorzugt mit wenigstens einem Metadatum verknüpft, beispielsweise einem Zeitstempel, einer Angabe über einen Ort des Einsatzes der Elektrodenanordnung, eine Angabe über einen Einsatzzweck oder eine Einsatzart der Elektrodenanordnung, Angaben über bestimmte Parameter des Betriebs der Elektrodenanordnung, oder dergleichen. Auf diese Weise kann quasi ein Logbuch für den Betrieb der Elektrodenanordnung erstellt werden, sodass deren Funktion oder Funktionsfähigkeit und Einsatzbereitschaft, oder auch allgemein deren Betrieb mit der Zeit nachvollzogen werden kann/können. Vorzugsweise ist es auch möglich, die Elektrodenanordnung über eine kabel gebundene oder kabellose Wirkverbindung, insbesondere eine Funkverbindung, vorzugsweise WLAN und/oder Bluetooth, fernzuüberwachen, auszulesen und/oder zu steuern, besonders bevorzugt per Intemetzugriff und/oder über eine Smartphone-App. According to a development of the invention, it is provided that the comparison result, the at least one performance parameter, and / or the applied plasma dose is / are logged in an electronic storage device for later retrieval. The electronic storage device can be integrated directly into a control device for controlling the electrode arrangement, but can also be provided externally for this purpose. In particular, it is possible for the logging to be carried out in an external employer who is operatively connected to the control device for the electrode arrangement via a wired or wireless data connection, for example WLAN and / or Bluetooth. The comparison result, which automatically logs at least one performance parameter and / or the applied plasma dose, is / are particularly preferably linked and / or particularly preferably linked to at least one metadata, for example a time stamp, an indication of a place of use of the electrode arrangement, an indication of a purpose or a type of use of the electrode arrangement, details of certain parameters of the operation of the electrode arrangement, or the like. In this way, a log book for the operation of the electrode arrangement can be created, so that its function or functionality and readiness for use, or generally its operation can be tracked over time. It is preferably also possible to remotely monitor, read out and / or control the electrode arrangement via a wired or wireless active connection, in particular a radio connection, preferably WLAN and / or Bluetooth, particularly preferably via Internet access and / or via a smartphone app.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Elektrodenanordnung geprüft und/oder überwacht wird, die eingerichtet ist zur Erzeugung von Oberflächenmikroentladungen in Umgebungsluft. Gerade eine solche Elektrode kann mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren überprüft und/oder überwacht werden. Die Plasma- Erzeugung erfolgt dabei flächig oder entlang einer Linie, insbesondere an Kanten einer strukturierten Elektrode der Elektrodenanordnung, direkt in Umgebungsluft. According to a development of the invention, it is provided that an electrode arrangement is checked and / or monitored, which is set up to generate surface micro-discharges in ambient air. Such an electrode in particular can be checked and / or monitored using the method proposed here. The plasma is generated flat or along a line, in particular on the edges of a structured electrode of the electrode arrangement, directly in ambient air.
Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel ist der Elektrodenanordnung ein Abstandshalter zugeordnet, um einen bestimmten Abstand zu einer zu behandelnden Oberfläche zu gewährleisten. Der Abstandshalter ist bevorzugt so ausgestaltet, dass er mit der zu behandelnden Oberfläche im Betrieb der Elektrodenanordnung ein Volumen einschließt, sodass das Plasma durch die Elektrodenanordnung in einem geschlossenen Volumen erzeugt wird. In a specific exemplary embodiment, a spacer is assigned to the electrode arrangement in order to ensure a specific distance from a surface to be treated. The spacer is preferably designed such that it encloses a volume with the surface to be treated during operation of the electrode arrangement, so that the plasma is generated by the electrode arrangement in a closed volume.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Elektrodenanordnung geprüft und/oder überwacht wird, die eine erste, insbesondere flächige Elektrode sowie eine zweite, vorzugsweise flächige Elektrode aufweist. Die Elektrodenanordnung weist außerdem ein Dielektrikum auf, durch welches die erste Elektrode und die zweite Elektrode voneinander beabstandet sind, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode jeweils - in Stapelrichtung des Stapels aus den Elektroden und dem Dielektrikum gesehen auf gegenüberliegenden Seiten des Dielektrikums - in mechanischem Kontakt mit dem Dielektrikum sind. Sie können dabei insbesondere auf gegenüberliegenden Oberflächen des Dielektrikums angeordnet oder zumindest bereichsweise in das Dielektrikum eingebettet sein. Besonders bevorzugt ist die erste Elektrode dicht anliegend an einer ersten Seite des Dielektrikums angeordnet, wobei die zweite Elektrode dicht anliegend an einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Dielektrikums angeordnet ist, beispielsweise durch Aufdampfen, Siebdruck, physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung, durch Auflegen oder Anpressen, Aufkleben, oder in anderer geeigneter Weise. According to a development of the invention, it is provided that an electrode arrangement is tested and / or monitored, which has a first, in particular flat electrode and a second, preferably flat electrode. The electrode arrangement also has a dielectric, by means of which the first electrode and the second electrode are spaced apart from one another, the first electrode and the second electrode in each case — viewed in the stacking direction of the stack from the electrodes and the dielectric on opposite sides of the dielectric — in mechanical Are in contact with the dielectric. In particular, they can be arranged on opposite surfaces of the dielectric or at least partially embedded in the dielectric. The first electrode is particularly preferably arranged close to a first side of the dielectric, the second electrode being arranged close to a second side of the dielectric opposite the first side, for example by vapor deposition, screen printing, physical or chemical vapor deposition, by laying on or Press on, stick on, or in any other suitable way.
Auf diese Weise wird eine Elektrodenanordnung geschaffen, welche geeignet ist, an einer der beiden Elektroden auf einer Seite des Dielektrikums, insbesondere an Kanten dieser Elektrode, Oberflächenmikroentladungen zu erzeugen und so ein nicht-thermisches Plasma zu generieren, ohne dass eine behandelte Oberfläche zwischen den Elektroden und/oder einer Elektrode und dem Dielektrikum angeordnet werden muss, und weiter ohne dass die zu behandelnde Oberfläche selbst als Gegenelektrode geschaltet werden muss. Des Weiteren ist es möglich, das nicht-thermische Plasma zumindest weitgehend gleichmäßig an der Oberfläche zu erzeugen, an welcher die Oberflächenmikroentladungen gezündet werden, sodas s über diese Oberfläche gleichmäßige und konstante Bedingungen und Plasma-Parameter erreicht werden können. In this way, an electrode arrangement is created which is suitable for, on one of the two electrodes on one side of the dielectric, in particular on edges of this electrode, Generate surface micro-discharges and thus generate a non-thermal plasma without a treated surface having to be arranged between the electrodes and / or an electrode and the dielectric, and furthermore without the surface to be treated itself having to be switched as a counter electrode. Furthermore, it is possible to generate the non-thermal plasma at least largely uniformly on the surface on which the surface micro-discharges are ignited, so that uniform and constant conditions and plasma parameters can be achieved via this surface.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Elektrode gegen die zweite Seite des Dielektrikums gedrängt oder gepresst, sie liegt also bevorzugt insbesondere unter Vorspannung oder Anpresskraft an der zweiten Seite des Dielektrikums an. Dies ermöglicht eine dichte und stabile Anordnung der zweiten Elektrode an der zweiten Seite des Dielektrikums ohne einen Luftspalt, was günstig für die Effizienz und die Plasmaerzeugungsrate der Plasmaquelle ist. Zugleich kann die Elektrodenanordnung auf einfache Weise gefertigt werden, insbesondere da die zweite Elektrode separat von dem Dielektrikum gefertigt werden kann, und dann nur noch auf dieses aufgelegt und angepresst oder angedrückt werden muss. Auch ist die zweite Elektrode sehr einfach austauschbar. According to one exemplary embodiment, the second electrode is pressed or pressed against the second side of the dielectric, so it is preferably in contact with the second side of the dielectric, in particular under pretension or contact pressure. This enables a tight and stable arrangement of the second electrode on the second side of the dielectric without an air gap, which is favorable for the efficiency and the plasma generation rate of the plasma source. At the same time, the electrode arrangement can be manufactured in a simple manner, in particular since the second electrode can be manufactured separately from the dielectric and then only has to be placed on it and pressed or pressed on. The second electrode is also very easy to replace.
Es ist möglich, dass auch die erste Elektrode gegen die erste Seite des Dielektrikums gedrängt oder gepresst ist, insbesondere unter Vorspannung oder Anpresskraft. Besonders bevorzugt ist allerdings die erste Elektrode auf das Dielektrikum beschichtet, insbesondere aufgedampft. It is possible that the first electrode is also pressed or pressed against the first side of the dielectric, in particular under pretension or contact pressure. However, the first electrode is particularly preferably coated on the dielectric, in particular vapor-deposited.
Die zweite Elektrode weist bevorzugt eine periodische Struktur aus einer Mehrzahl identischer Strukturelemente auf, und/oder die zweite Elektrode weist wenigstens ein Strukturelement mit wenigstens einer von Kanten begrenzten Ausnehmung auf. Die zweite Elektrode ist demnach als strukturierte Elektrode ausgebildet, die Kanten aufweist, an denen Oberflächenmikroentladungen gezündet werden können. The second electrode preferably has a periodic structure made up of a plurality of identical structural elements, and / or the second electrode has at least one structural element with at least one recess delimited by edges. The second electrode is accordingly designed as a structured electrode which has edges on which surface micro-discharges can be ignited.
Die die Ausnehmung begrenzenden Kanten weisen beispielsweise innerhalb jeder Ausnehmung eine Kantenlänge von mindestens 0,5 mm bis höchstens 10 mm, vorzugsweise von mindestens 1 mm bis höchstens 8 mm, vorzugsweise von mindestens 2 mm bis höchstens 7 mm, vorzugsweise von 5 mm zueinander auf. The edges delimiting the recess have, for example, an edge length of at least 0.5 mm to at most 10 mm, preferably from at least 1 mm to at most 8 mm, preferably from at least 2 mm to at most 7 mm, preferably from 5 mm to one another within each recess.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Elektrode eine Mehrzahl von Strukturelementen aufweist, wobei die einzelnen Strukturelemente einen Abstand von mindestens 0,5 mm bis höchstens 10 mm, vorzugsweise von mindestens 1 mm bis höchstens 8 mm, vorzugsweise von mindestens 2 mm bis höchstens 7 mm, vorzugsweise von 5 mm, zueinander aufweisen. Additionally or alternatively, it is preferably provided that the second electrode has a plurality of structural elements, the individual structural elements being at a distance of have at least 0.5 mm to at most 10 mm, preferably from at least 1 mm to at most 8 mm, preferably from at least 2 mm to at most 7 mm, preferably from 5 mm.
Es ist aber auch die Verwendung einer linearen Elektrode (Linienelektrode) oder von linearen Elektroden möglich. However, it is also possible to use a linear electrode (line electrode) or linear electrodes.
Die erste Elektrode ist bevorzugt mit einer Isolierschicht und/oder einer Vergussmasse versehen. The first electrode is preferably provided with an insulating layer and / or a casting compound.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Betrieb der Elektrodenanordnung an die erste Elektrode eine Hochspannung, insbesondere eine Wechselspannung, vorzugsweise mit einer Amplitude von mindestens 1 kVpp bis höchstens 5 kVpp, und/oder mit einer Frequenz von mindestens 2 kHz bis höchstens 100 kHz, angelegt wird. Die Frequenz wird bevorzugt insbesondere in Abhängigkeit der Eigenschaften einer verwendeten Hochspannungsquelle gewählt. Die zweite Elektrode wird bevorzugt auf Masse gelegt oder geerdet. According to a development of the invention, it is provided that a high voltage, in particular an AC voltage, preferably with an amplitude of at least 1 kV pp to at most 5 kV pp , and / or with a frequency of at least 2 kHz to the first electrode during operation of the electrode at most 100 kHz. The frequency is preferably chosen in particular as a function of the properties of a high-voltage source used. The second electrode is preferably grounded or grounded.
Im Betrieb der Elektrodenanordnung zur Behandlung einer Oberfläche ist die erste Elektrode vorzugsweise der zu behandelnden Oberfläche abgewandt, wobei die zweite Elektrode der zu behandelnden Oberfläche zugewandt ist. Dabei erstreckt sich die Stapelrichtung des Stapels der Elektrodenanordnung aus der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode und dem Dielektrikum schräg oder quer, bevorzugt senkrecht zu der zu behandelnden Oberfläche. Damit ist die elektrische Sicherheit mit Blick auf die zu behandelnde Oberfläche besonders hoch, da diese bei entsprechender bestimmungsgemäßer Anwendung höchstens mit der zweiten, auf Masse gelegten oder geerdeten Elektrode in Kontakt kommen kann. In operation of the electrode arrangement for treating a surface, the first electrode preferably faces away from the surface to be treated, the second electrode facing the surface to be treated. The stacking direction of the stack of the electrode arrangement comprising the first electrode, the second electrode and the dielectric extends obliquely or transversely, preferably perpendicular to the surface to be treated. The electrical safety is thus particularly high with regard to the surface to be treated, since, when used as intended, it can at most come into contact with the second, grounded or grounded electrode.
Zugleich ist die zweite Elektrode diejenige, an welcher die Oberflächenmikroentladungen gezündet und damit das Plasma erzeugt wird, wobei dieses ungehindert auf die zu behandelnde Oberfläche einwirken kann. At the same time, the second electrode is the one at which the surface micro-discharges are ignited and thus the plasma is generated, which can act unhindered on the surface to be treated.
Bevorzugt wird im Rahmen des Verfahrens eine Elektrodenanordnung einer Plasmaquelle geprüft und/oder überwacht, die zur Erzeugung eines nicht-thermischen Plasmas eingerichtet ist und eine Elektrodenanordnung, insbesondere eine Elektrodenanordnung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, aufweist. Die Plasmaquelle weist außer der Elektrodenanordnung bevorzugt eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Elektrodenanordnung, insbesondere zur Bestromung derselben, und eine elektronische Speichereinrichtung, nämlich insbesondere die zuvor bereits beschriebene, der Elektrodenanordnung zugeordnete elektronische Speichereinrichtung, auf. Die Steuereinrichtung ist dabei insbesondere eingerichtet, um ein Verfahren gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. In the context of the method, an electrode arrangement of a plasma source is preferably checked and / or monitored, which is set up to generate a non-thermal plasma and has an electrode arrangement, in particular an electrode arrangement according to one of the exemplary embodiments described above. In addition to the electrode arrangement, the plasma source preferably has a control device for controlling the Electrode arrangement, in particular for energizing the same, and an electronic storage device, namely in particular the previously described electronic storage device associated with the electrode arrangement. The control device is in particular set up to carry out a method according to one of the previously described embodiments.
Die Plasmaquelle ist gemäß einem Ausführungsbeispiel als handhaltbares Gerät ausgebildet, welches von einem Verwender vorzugsweise mit einer Hand gehalten und getragen werden kann. Dabei kann die Plasmaquelle insbesondere eine Größe aufweisen, bei der sie einhändig bedient und getragen werden kann, beispielsweise die Größe eines Telefonhörers oder eines Duschkopfs. According to one exemplary embodiment, the plasma source is designed as a hand-held device which can be held and carried by a user, preferably with one hand. The plasma source can in particular have a size at which it can be operated and carried with one hand, for example the size of a telephone receiver or a shower head.
Die Plasmaquelle kann aber auch als größeres, stationäres und/oder kabelgebundenes Gerät ausgebildet sein. The plasma source can also be designed as a larger, stationary and / or wired device.
Die Plasmaquelle weist weiterhin bevorzugt Mittel auf, um mit einem Verwender zu kommunizieren, wobei diese Mittel vorzugsweise ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus akustischen Kommunikationsmitteln, insbesondere einem Lautsprecher, optischen Kommunikationsmitteln, insbesondere Signalleuchten, vorzugsweise Leuchtdioden, einem Anzeigemittel zur Anzeige von Grafiken und/oder Texten, insbesondere wenigstens ein Display, und Vibrationsmitteln zur Erzeugung einer Vibration der Plasmaquelle. Bei größeren Anlagen (z.B. Wasseraufbereitungsanlagen für Wohnungen, Häuser, Häuserblöcke) erfolgt die Kommunikation bevorzugt mit einem - entfernten oder zentralen - Betreiber der Anlage, insbesondere über das Internet und/oder über Wireless LAN, Bluetooth, oder andere kabellose Verbindungen, z.B. auch auf ein Smartphone mit App. Der Betreiber kann dabei auch mehrere solcher Anlagen betreiben und zentral verwalten. The plasma source also preferably has means for communicating with a user, these means preferably being selected from a group consisting of acoustic communication means, in particular a loudspeaker, optical communication means, in particular signal lights, preferably light-emitting diodes, a display means for displaying graphics and / or texts, in particular at least one display, and vibration means for generating a vibration of the plasma source. In the case of larger systems (e.g. water treatment systems for apartments, houses, blocks of houses), communication preferably takes place with a - remote or central - operator of the system, in particular via the Internet and / or via wireless LAN, Bluetooth, or other wireless connections, e.g. also on a smartphone with an app. The operator can also operate several such systems and manage them centrally.
Die Plasmaquelle kann gemäß einem Ausführungsbeispiel batterie- oder akkumulatorbetrieben ausgebildet und insoweit kabellos und insbesondere ohne Kontakt zu einer feststehenden, größeren Einrichtung betreibbar sein. Da das Plasma in Umgebungsluft erzeugt wird, weist die Plasmaquelle bevorzugt auch keine Gasversorgung zur Zufuhr eines Trägergases auf. According to one exemplary embodiment, the plasma source can be battery or accumulator-operated and, in this respect, can be operated wirelessly and in particular without contact with a fixed, larger device. Since the plasma is generated in ambient air, the plasma source preferably also has no gas supply for supplying a carrier gas.
Im Folgenden werden grundsätzliche Überlegungen zu dem zuvor beschriebenen Verfahren zum Prüfen und/oder Überwachen einer Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines nicht-thermischen Plasmas näher erläutert: Flächige oder auch lineare Elektrodenanordnungen (z.B. DBD - Dielectric Barrier Discharge SMD - Surface Micro Discharge, das heißt Elektrodenanordnungen zur Erzeugung von Oberflächenmikroentladungen beschichtete SMD, unabhängig von ihrer Geometrie) variieren in ihrer Plasma-Leistung in Abhängigkeit von Umweltbedingungen. Das trifft insbesondere für die Luftfeuchtigkeit zu, die einen starken Einfluss abhängig von den verwendeten Materialien, insbesondere von dem Dielektrikum haben kann. Das ist zum Teil begründet durch die chemischen Bedingungen der Luft (z.B. Anregungswahrscheinlichkeiten, Dissoziation, Ionisation), die sich hauptsächlich durch die variierende Luftfeuchtigkeit darstellt, aber auch durch Kondensation auf die Elektroden und Absorption und Diffusion in das dielektrische Material. Letzteres lässt sich durch z.B. „Einbrennen“ der Elektrodenanordnung vor jedem Gebrauch reduzieren - ersteres ist ohne Kenntnis der Umweltbedingungen nicht kompensierbar. Hinzu kommt, dass die Elektrodenanordnung durch längeren Gebrauch altem und verschmutzen kann, was die Funktionalität beeinträchtigt. Unter„Alterungseffekte“ sind z.B. Korrosion, Ablagemngen, Oberflächenveränderungen zusammengefasst, die bei längerem Gebrauch auftreten können und zu einer Beeinträchtigung der Leistung führen können. In the following, fundamental considerations regarding the previously described method for testing and / or monitoring an electrode arrangement for generating a non-thermal plasma are explained in more detail: Flat or linear electrode arrangements (e.g. DBD - Dielectric Barrier Discharge SMD - Surface Micro Discharge, i.e. electrode arrangements for generating surface micro-discharges coated SMD, regardless of their geometry) vary in their plasma power depending on environmental conditions. This applies in particular to the air humidity, which can have a strong influence depending on the materials used, in particular on the dielectric. This is partly due to the chemical conditions of the air (eg excitation probabilities, dissociation, ionization), which is mainly due to the varying air humidity, but also due to condensation on the electrodes and absorption and diffusion into the dielectric material. The latter can be reduced by, for example, “burning in” the electrode arrangement before each use - the former cannot be compensated for without knowledge of the environmental conditions. In addition, the electrode arrangement can become old and dirty due to prolonged use, which impairs functionality. “Aging effects” include, for example, corrosion, deposits, and surface changes that can occur with prolonged use and can impair performance.
Die Funktionalität der Elektrodenanordnung ist in den meisten Fällen nicht durch eine einfache ja/nein Entscheidung beantwortet, wenn man lediglich feststellt ob Strom fließt. Zum Beispiel für Hygiene, Oberflächenbehandlung, Textilbehandlung, Wasseraufbereitung, Behandlung von Lebensmitteln, Saatgut, Hauterkrankungen und Wunden ist es entscheidend, dass die Plasma- Dosis für den jeweiligen Anwendungszweck ausreicht, um Pathogene (Bakterien, Viren, Sporen) zum gewünschten Grad zu inaktivieren. „Plasma-Dosis“ ist das Produkt der Plasmaerzeugungsrate (Plasma-Leistung) multipliziert mit der Zeit. Ebenfalls wichtig ist die Plasmachemie, die steuerbar ist und damit den Anwendungsbereich definiert. Auch die Plasmachemie kann von der Plasma-Leistung abhängig sein (z.B. in der Luft kann entweder Sauerstoff- oder Stickstoffchemie als dominant gewählt werden oder ein Zwischenbereich oder eine sequenzielle variable Behandlung). In most cases, the functionality of the electrode arrangement is not answered by a simple yes / no decision if one only ascertains whether current is flowing. For example, for hygiene, surface treatment, textile treatment, water treatment, treatment of food, seeds, skin diseases and wounds, it is crucial that the plasma dose is sufficient for the respective application in order to inactivate pathogens (bacteria, viruses, spores) to the desired degree. “Plasma dose” is the product of the plasma generation rate (plasma power) multiplied by time. Plasma chemistry, which is controllable and thus defines the area of application, is also important. Plasma chemistry can also depend on plasma performance (e.g. in the air, either oxygen or nitrogen chemistry can be chosen as dominant, or an intermediate range or a sequential variable treatment).
Verfahren: Method:
Generell ist die typische Problemstellung wie folgt: In general, the typical problem is as follows:
Die ausschlaggebende Eigenschaft der Plasmaquelle ist die Inaktivierung von Pathogenen - vorwiegend Bakterien und/oder die Inaktivierung von Allergenen, Geruchsmolekülen oder sonstigen unerwünschten oder gefährlichen Molekülen (Dekontamination) - bis zu einer geforderten Log-Reduktion entweder in einer vorbestimmten Zeit t, oder mit einer vorbestimmten Ziel-Plasma-Dosis bzw. der daraus entstandenen Dosis reaktiver Spezies. Für die Kontrolle der Plasmaquelle sind daher zwei Aktivitäten sinnvoll: 1. Die Funktionsprüfung vor dem Einsatz (um sicher zu stellen, dass die Plasmaquelle wie gefordert funktioniert, und 2. Die Überwachung (Monitoring) während der Behandlung, um die ordnungsgemäße Funktionalität der Plasmaquelle kontinuierlich zu erfassen und ggf. die Behandlung bei Erreichen der geforderten Ziel-Plasma-Dosis entweder automatisch ordnungsgemäß zu beenden oder dem Betreiber eine Mitteilung zu machen. The decisive property of the plasma source is the inactivation of pathogens - mainly bacteria and / or the inactivation of allergens, odor molecules or other undesirable or dangerous molecules (decontamination) - up to one required log reduction either in a predetermined time t, or with a predetermined target plasma dose or the resulting dose of reactive species. For the control of the plasma source, two activities are therefore useful: 1. The functional test before use (to ensure that the plasma source works as required, and 2. The monitoring during the treatment to ensure the proper functionality of the plasma source continuously to be recorded and, if necessary, the treatment is automatically terminated automatically or the operator is informed when the required target plasma dose is reached.
Beispiel Bakterieninaktivierung in vorgegebener Zeit: Example of bacterial inactivation in a given time:
1. Funktionsprüfung 1. Functional test
Ad 1. Für die gewünschte Behandlungszeit müssen entsprechende Bakterientests durchgeführt werden. Diese definieren die Plasma-Leistung, die am Gerät voreingestellt wird. Ad 1. Appropriate bacteria tests must be carried out for the desired treatment time. These define the plasma power that is preset on the device.
Ad 2. Die dafür ausschlaggebende Messgröße ist die Plasma-Leistung PL - d.h. wie viel Energie wird pro Sekunde in die Erzeugung eines nicht-thermischen kalten atmosphärischen Plasmas gesteckt? Ad 2. The decisive parameter for this is the plasma power PL - i.e. how much energy is put into generating a non-thermal cold atmospheric plasma per second?
Die Plasmaerzeugung entsteht in der SMD Elektrode in Millionen von Mikroentladungen, die in der Stromkurve als enge„Spikes“ zu sehen sind - jeder Spike mit einer typischen Dauer von einigen 10 Nanosekunden. Diese Hochfrequenzkomponente ist z.B. für ein kleines Handgerät nicht direkt messbar, der Aufwand ist zu groß. Für eine größere Anlage ist der Aufwand ebenfalls hoch, aber eher realisierbar - es sei denn ein einfacheres zuverlässiges Verfahren existiert. The plasma is generated in the SMD electrode in millions of micro-discharges, which can be seen in the current curve as tight “spikes” - each spike with a typical duration of a few 10 nanoseconds. This high frequency component is e.g. not directly measurable for a small handheld device, the effort is too great. For a larger system, the effort is also high, but more likely to be realized - unless a simpler, reliable process exists.
Ad 3. Es muss also eine Messgröße gefunden werden, welche durch eine einfache Messung durchführbar ist, die einen direkten Rückschluss auf die Plasma- Leistung PL erlaubt - ein Leistungs-Parameter PM. Dabei muss kein linearer Zusammenhang zwischen dem Leistungs- Parameter PM und der Plasma-Leistung PL bestehen; vielmehr genügt eine eindeutige, vorzugsweise bijektive Beziehung zwischen diesen Größen. Ein linearer Zusammenhang stellt aber eine besonders einfache Ausgestaltung dar, weshalb hier beispielhaft von einem solchen ausgegangen wird. Dieser Leistungs-Parameter PM sollte für alle Umweltbedingungen gelten - d.h. PM/PL sollte idealerweise konstant sein, unabhängig von Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Dann kann PM benutzt werden, um die Plasma-Leistung PL der Plasmaquelle eindeutig in jeder Anwendung zu identifizieren - durch einen einfachen ersten„Skalierungsfaktor“ Sl = PL/PM. Ad 3. It is therefore necessary to find a measured variable which can be carried out by a simple measurement which allows a direct conclusion to be drawn about the plasma power PL - a power parameter PM. There is no need for a linear relationship between the power parameter PM and the plasma power PL; rather, an unambiguous, preferably bijective relationship between these variables is sufficient. However, a linear relationship represents a particularly simple embodiment, which is why it is assumed here as an example. This performance parameter PM should apply to all environmental conditions - ie PM / PL should ideally be constant, regardless of temperature and humidity. Then PM can be used to uniquely identify the plasma power PL of the plasma source in every application - by means of a simple first “scaling factor” Sl = PL / PM.
Ad 4. Die Elektrodenanordnung kann„Alterungseffekte“ aufweisen, die nicht die Effektivität beeinflussen, wohl aber die Plasma-Leistung verändern können. Ad 4. The electrode arrangement can have "aging effects" that do not affect the effectiveness, but can change the plasma power.
Das Verhältnis Sl = PL/PM sollte auch für Elektrodenanordnungen mit Alterungserscheinungen idealerweise konstant sein, wobei dieses Verhältnis im optimalen Fall immer gleich sein sollte, unabhängig vom Alter der Elektrodenanordnung. Das ist allerdings nicht zu erwarten, weil die Elektrodenanordnungen sich (z. B. durch Korrosion, Oxidation, Ablagerung) verändern können. Daher müssen Alterungseffekte in Langzeittests untersucht werden, und ggf. muss die Elektrodenanordnung nach einer bestimmten Zahl von Anwendungen ausgetauscht werden. The ratio Sl = PL / PM should ideally also be constant for electrode arrangements with signs of aging, in the optimal case this ratio should always be the same, regardless of the age of the electrode arrangement. However, this is not to be expected because the electrode arrangements can change (e.g. due to corrosion, oxidation, deposition). Therefore, aging effects must be examined in long-term tests, and the electrode arrangement may have to be replaced after a certain number of applications.
Ad 5. Falls die Messung unter anderen Umweltbedingungen stattfindet als die endgültigen Betriebsbedingungen (für einen Funktionstest vor der Anwendung nicht unüblich) muss die Skalierung von den Umwelt- zu den Betriebsbedingungen ebenfalls experimentell bestimmt werden. Ad 5. If the measurement takes place under different environmental conditions than the final operating conditions (not uncommon for a functional test before use), the scaling from the environmental to the operating conditions must also be determined experimentally.
Das ist zum Beispiel der Fall, wenn ein Funktionstest im normalen Raum-Umfeld durchgeführt wird, die Anwendung aber in einem feuchten geschlossenen Volumen stattfindet (das entspricht z.B. der Wasseraufbereitung oder ggf. der Wundbehandlung). Dazu wird ein zusätzlicher zweiter Skalierungsfaktor (S2) benötigt, der experimentell bestimmt wird. Die Skalierung von der „Proxy Messung“ des Leistungs-Parameters PM zum endgültigen Anwendungsbereich ist dann als Gesamt-Skalierungsfaktor S aus dem Produkt SlxS2 = S gegeben. This is the case, for example, if a function test is carried out in a normal room environment, but the application takes place in a moist, closed volume (this corresponds, for example, to water treatment or, if necessary, wound treatment). This requires an additional second scaling factor (S2), which is determined experimentally. The scaling from the “proxy measurement” of the performance parameter PM to the final application area is then given as the total scaling factor S from the product SlxS2 = S.
Ad 6. Die Funktionalitätsprüfung der Elektrodenanordnung kann generell auch unter Umweltbedingungen (Temperatur, Relative Luftfeuchtigkeit) erfolgen, die nicht bekannt sind. Ad 6. The functionality of the electrode arrangement can generally also be carried out under environmental conditions (temperature, relative humidity) which are not known.
Damit die Skalierung zum Anwendungsbereich trotzdem benutzt werden kann ist es wichtig, dass das Verhältnis PL/PM keine große Variabilität mit Luftfeuchtigkeit aufweist. Zusätzlich empfiehlt es sich einen„Standardbereich“ für Luftfeuchtigkeit zu bestimmen (in welchem mit hoher Wahrscheinlichkeit die Funktionalität geprüft wird) und von diesem ausgehend die Skalierung durchzuführen. Ad 7. Vor der Anwendung wird die Elektrodenanordnung ggf. zunächst„eingebrannt“, um Lagerungseffekte (z.B. durch Kondensation) zu entfernen. Dann wird die Messung des Leistungs-Parameters PM durchgeführt - und zwar unter den jeweils vorherrschenden (nur näherungsweise bekannten oder sogar unbekannten) Umweltbedingungen. So that the scaling to the application area can still be used, it is important that the ratio PL / PM does not have a great variability with air humidity. In addition, it is advisable to determine a "standard range" for air humidity (in which the functionality will be checked with a high degree of probability) and to carry out the scaling from there. Ad 7. Before use, the electrode arrangement may be “burned in” to remove storage effects (eg through condensation). Then the performance parameter PM is measured - under the prevailing (only approximately known or even unknown) environmental conditions.
Der Skalierungsfaktor S wird auf diese Messung angewendet, um die berechnete Proxy-Plasma- Leistung unter Betriebsbedingungen zu erhalten. Die intra-individuelle und inter-individuelle Variation in den Elektrodenanordnungen muss als „Bandbreite“ des Skalierungsfaktors Berücksichtigung finden. The scaling factor S is applied to this measurement in order to obtain the calculated proxy plasma power under operating conditions. The intra-individual and inter-individual variation in the electrode arrangements must be taken into account as the “bandwidth” of the scaling factor.
Ad 8. Eine weitere Komplikation - die Elektrode kann teil-verschmutzt sein, so dass die Plasma-Leistung gegenüber einer sauberen Elektrode reduziert ist. Ad 8. Another complication - the electrode can be partially soiled, so that the plasma power is reduced compared to a clean electrode.
Es muss sichergestellt sein, dass die Werte PM und PL in gleicher Weise verknüpft sind - d.h. Sl ist idealerweise unabhängig vom Verschmutzungsgrad. Das gleiche trifft auf den zweiten Skalierungsfaktor S2 zu. Auch diese Relationen müssen experimentell verifiziert werden. It must be ensured that the values PM and PL are linked in the same way - i.e. Sl is ideally independent of the degree of pollution. The same applies to the second scaling factor S2. These relations also have to be verified experimentally.
Ad 9. Im vorliegenden Fall (insbesondere medizinische Anwendung oder Wasseraufbereitung) gibt es noch eine weitere Komplikation. Die eigentliche„Messgröße“ ist nicht die Plasma- Leistung,- es ist die bakterizide Wirkung des Plasmas, wie schon zu Anfang angemerkt. Diese wird durch die integrierte Plasma-Dosis bei einem voreingestellten Betriebsmodus beschrieben. Ad 9. In the present case (especially medical application or water treatment) there is another complication. The actual “measure” is not the plasma power - it is the bactericidal effect of the plasma, as noted at the beginning. This is described by the integrated plasma dose in a preset operating mode.
Ohne ein kontinuierliches Monitoring und Aufsummierung der Plasma-Dosis - nur ausgehend von der Vorab-Funktionsprüfung - gilt folgendes: Die Anwendungsdauer welche die erforderliche Minimaldosis mit einem zusätzlichen Sicherheitsfaktor übertrifft ist durch entsprechende Tests vorbestimmt und soll immer gleichbleiben. Damit wird die„Plasma-Dosis“ nur durch die Plasma-Leistung im Anwendungsbereich definiert, die über die o.g. Schritte bestimmt werden kann. Without continuous monitoring and summation of the plasma dose - only based on the preliminary functional test - the following applies: The duration of use that exceeds the required minimum dose with an additional safety factor is predetermined by appropriate tests and should always remain the same. The "plasma dose" is thus only defined by the plasma power in the area of application, which can be Steps can be determined.
Um eine erfolgreiche Behandlung zu garantieren, muss ein unterer Schwellenwert, PSU, für die Plasma-Leistung im Anwendungsfall experimentell bestimmt werden. Der im Funktionalitätstest erfasste Schwellenwert für PM ist dann PU = PSU/S. Liegt die Plasma- Leistung PL unter dem Schwellenwert PSU, funktioniert die Elektrodenanordnung nicht gut genug, um den geforderten Effekt (z.B. 3-4 Log bakterizide Effektivität) zu erreichen. Sofern der Gesamt-Skalierungsfaktor S und der Schwellenwert PSU hinreichend sorgfältig gewählt wurden, so dass alle Fertigung stoleranzen und erwarteten Umweltveränderungen gegenüber den (unbekannten) Umweltbedingungen beim Funktionstest einbezogen sind, gibt der so bestimmte Wert PM > PU eine Garantie, dass die Plasma- Leistung ausreicht, um den geforderten Zweck zu erfüllen. In order to guarantee successful treatment, a lower threshold, PSU, for the plasma power in the application must be determined experimentally. The threshold value for PM recorded in the functionality test is then PU = PSU / S. If the plasma power PL is below the threshold value PSU, the electrode arrangement does not work well enough to achieve the required effect (for example 3-4 log bactericidal effectiveness). Provided that the overall scaling factor S and the threshold value PSU have been selected with sufficient care so that all manufacturing tolerances and expected environmental changes to the (unknown) environmental conditions are included in the function test, the value PM> PU determined in this way guarantees that the plasma output sufficient to fulfill the required purpose.
Die erste Bedingung für eine positive Funktionalität ist also: So the first condition for positive functionality is:
PM > PU, wobei der untere Schwellenwert PU = PSU/S. PM> PU, with the lower threshold PU = PSU / S.
Eine zweite Bedingung für eine positive Funktionalität ist durch einen oberen Schwellenwert, PSO, gegeben, der nicht überschritten werden darf. Durch verschiedene Störungen (z.B. altersbedingte Erosion des Dielektrikums, Deposition von leitenden Erosionsprodukten auf dem Dielektrikum, Bildung von Kriechströmen usw.) kann die Plasma- Leistung über den normalen Betriebswert steigen. Dann ist die Elektrodenanordnung zwar im Prinzip noch einsatzfähig, aber es sind zwei wichtige Änderungen, die zu berücksichtigen sind: A second condition for positive functionality is given by an upper threshold, PSO, which must not be exceeded. Various disturbances (e.g. age-related erosion of the dielectric, deposition of conductive erosion products on the dielectric, formation of leakage currents, etc.) can cause the plasma output to rise above the normal operating value. In principle, the electrode arrangement is still operational, but there are two important changes that have to be considered:
A. Die Elektrodenanordnung ist geschädigt und/oder modifiziert und damit nicht mehr vergleichbar mit der Elektrodenanordnung die als Referenzmessung (z.B. in Vorversuchen, Labor oder in der Präklinik) verwendet wurde; A. The electrode arrangement is damaged and / or modified and therefore no longer comparable with the electrode arrangement used as a reference measurement (e.g. in preliminary tests, laboratory or in the preclinical);
B. Die Elektrodenanordnung könnte vom Sauerstoff-Modus in den Stickstoff Modus (bei genügend stark erhöhter Leistung) eintreten. Das ändert die bakterizide Wirkung ebenfalls und ist mit den Vorversuchen, Labormessungen oder Präklinik-Tests nicht kompatibel. B. The electrode arrangement could change from the oxygen mode to the nitrogen mode (if the power is sufficiently increased). This also changes the bactericidal effect and is not compatible with the preliminary tests, laboratory measurements or preclinical tests.
Die zweite Bedingung für eine positive Funktionalität ist also: So the second condition for positive functionality is:
PM < PO, wobei der obere Schwellenwert PO = PSO/S. PM <PO, with the upper threshold PO = PSO / S.
Um diese logische Kette zu erfassen, und daraus für alle Umweltbedingungen sichere Betriebsparameter Schwellenwerte„PSU und PSM“ zu generieren, sind sehr viele Messungen nötig. In order to capture this logical chain and use it to generate safe operating parameters "PSU and PSM" for all environmental conditions, a large number of measurements are necessary.
Die Plasma-Leistung PL muss unabhängig mit dem entsprechenden Aufwand gemessen werden, und sowohl PL als auch PM müssen für alle relevanten Umweltbedingungen bestimmt und in Relation gesetzt werden. Das muss für unterschiedliche Verschmutzungsgrade und Alterungszustände der Elektrodenanordnung wiederholt werden. Alle so generierten Parameter müssen anhand von Bakterienuntersuchungen mit ihrer bakteriziden Wirkung BE korreliert werden. Wenn all diese Datensätze vorliegen, kann der akzeptable Schwellenwert PS bestimmt werden. The plasma power PL must be measured independently with the corresponding effort, and both PL and PM must be determined and related for all relevant environmental conditions. This has to be done for different levels of pollution and Aging states of the electrode arrangement are repeated. All the parameters generated in this way must be correlated with their bactericidal action BE using bacterial tests. If all of these data sets are available, the acceptable threshold PS can be determined.
Damit intra-individuelle Schwankungen (z.B. durch Fertigungstoleranzen) ebenfalls einbezogen werden, müssen diese Messungen für eine repräsentative Menge von Elektrodenanordnungen ausgeführt und die Schwankungen (zu typisch 3 s) berücksichtigt werden. So that intra-individual fluctuations (e.g. due to manufacturing tolerances) are also included, these measurements must be carried out for a representative set of electrode arrangements and the fluctuations (typically 3 s) must be taken into account.
Beispiel: Die erforderliche Anzahl von Messungen (PM und PL bei 3 Temperaturwerten mit jeweils 7 Luftfeuchtigkeitswerten, dazu jeweils 3 Bakterienmessungen und Kontrollen) für 4 Verschmutzungsgrade - ergibt ca 700 Messwerte pro Gerät - also für die erforderliche Sicherheitsstatistik mehr als 7.000 Messungen! Example: The required number of measurements (PM and PL at 3 temperature values with 7 air humidity values each, plus 3 bacterial measurements and controls) for 4 degrees of contamination - results in approx. 700 measurement values per device - i.e. more than 7,000 measurements for the required safety statistics!
Aus einer Serie solcher Messungen wird der Schwellenwert für die Plasma- Leistung bestimmt, die erforderlich ist um in der vorgegebenen Behandlungsdauer (von z.B. 1 Minute) den gewünschten bakteriziden Effekt zu erzeugen. From a series of such measurements, the threshold value for the plasma power is determined, which is necessary to produce the desired bactericidal effect in the given treatment time (e.g. 1 minute).
Für eine bestimmte Elektrodenanordnung wurde der Schwellenwert mit 1 Watt bestimmt. The threshold value was determined to be 1 watt for a specific electrode arrangement.
Der Verschmutzungsgrad kann dabei wichtig sein. Beispielsweise funktioniert ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Elektrodenanordnung noch bei einer Verschmutzung von mehr als 50%. Erst bei 80% Verschmutzung ist die bakterizide Wirkung fast nicht mehr feststellbar. The degree of pollution can be important. For example, a specific exemplary embodiment of the electrode arrangement still works if it is contaminated by more than 50%. The bactericidal effect can hardly be determined until 80% contamination.
Es sollte noch erwähnt werden, dass jede neue Elektrodenanordnung mit ähnlichem Aufwand getestet werden muss, um einen zuverlässigen Funktionstest, der für alle relevanten Umweltbedingungen zutrifft, zu ermöglichen. It should also be mentioned that each new electrode arrangement has to be tested with a similar effort in order to enable a reliable function test that applies to all relevant environmental conditions.
Natürlich muss jede neue Plasmaquelle (Elektrodenanordnung, Hochspannungsquelle und Steuereinrichtung) auf Sicherheitsaspekte entsprechend den Vorgaben prä-klinisch und in klinischen Studien getestet werden. Of course, every new plasma source (electrode arrangement, high-voltage source and control device) must be tested for safety aspects in accordance with the requirements pre-clinical and in clinical studies.
2. Monitoring 2. Monitoring
Die beim Funktionstest genannte Messgröße zur Bestimmung der Plasma-Leistung PL (d.h. der Leistungs-Parameter PM) wird auch für das Monitoring verwendet. Dieser Leistungs-Parameter PM mit dem einfachen ersten„Skalierungsfaktor“ Sl = PL/PM wird bevorzugt kontinuierlich bestimmt. Da im Fall des Monitoring Anfangs-Einschwingvorgänge der Hauptgrund für eine Variabilität darstellen - ansonsten aber die Umweltbedingungen relativ konstant sein sollten - ist eine weitere Skalierung nicht erforderlich. The measurement variable mentioned in the function test for determining the plasma power PL (ie the power parameter PM) is also used for monitoring. This performance parameter PM with the simple first “scaling factor” Sl = PL / PM is preferably determined continuously. Since in the case of monitoring initial settling processes are the main reason for variability - but otherwise the environmental conditions should be relatively constant - further scaling is not necessary.
Beim Monitoring werden zwei bzw. drei Schritte erforderlich: a) die kontinuierliche Überprüfung, ob die Plasma-Leistung im vorgegebenen operativen Bereich liegt. Ist das im Laufe der Behandlung nicht der Lall, wird die Behandlung entweder abgebrochen (das wäre z.B. wenn die Plasma-Leistung in den vorher definierten„Roten Bereich“ gelangt), oder der Anwender wird in geeigneter Weise benachrichtigt, dass die Plasmaquelle nicht mehr im eigentlichen operativen Bereich arbeitet (das wäre z.B. wenn die Plasma-Leistung in den vorher definierten„Gelben Bereich“ gelangt). Eine Ausnahme stellt der Einschwingvorgang dar, der aber z.B. durch eine zeitlich begrenzte Maßnahme berücksichtigt werden kann. Two or three steps are required for monitoring: a) Continuous checking whether the plasma power is within the specified operative range. If this is not the case in the course of the treatment, the treatment is either discontinued (this would be, for example, if the plasma output reaches the previously defined “red area”), or the user is informed in a suitable manner that the plasma source is no longer in the actual operational area works (that would be, for example, if the plasma power reaches the previously defined "yellow area"). The transient process is an exception, but it e.g. can be taken into account by a temporary measure.
b) Die Aufsummierung der Plasma-Leistung und Bestimmung der applizierten Plasma- Dosis. Wird die vorherbestimmte Ziel-Plasma-Dosis erreicht, kann die Behandlung beendet werden - entweder automatisch oder manuell nach Benachrichtigung des Anwenders.  b) The summation of the plasma power and determination of the applied plasma dose. If the predetermined target plasma dose is reached, the treatment can be ended - either automatically or manually after notification of the user.
c) Es mag auch entschieden werden, dass z.B. nach der„Plasma-On“ Phase die Behandlung ohne weitere Plasmaerzeugung fortgeführt wird, um langlebige Spezies weiter wirken zu lassen (z.B. in geschlossenen Volumina - bei der Wundbehandlung, bei der Wasserbehandlung, bei Saatgutbehandlung usw.). Das kann ebenfalls im Monitoring berücksichtigt werden und muss vorab im Betriebsmodus definiert werden.  c) It may also be decided that e.g. after the "plasma-on" phase, the treatment is continued without further plasma generation in order to allow long-lasting species to continue to work (e.g. in closed volumes - in wound treatment, in water treatment, in seed treatment, etc.). This can also be taken into account in the monitoring and must be defined in advance in the operating mode.
Die Erfindung wird im Lolgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show:
Ligur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Prüfen und/oder Überwachen einer Elektrodenanordnung in Lorm eines Llussdiagramms, und Ligur 1 is a schematic representation of an embodiment of a method for testing and / or monitoring an electrode arrangement in Lorm of a flow diagram, and
Ligur 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Plasmaquelle. Ligur 2 is a schematic representation of an embodiment of a plasma source.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Prüfen und/oder Überwachen einer Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines nicht-thermischen Plasmas in Form eines Flussdiagramms. Dabei wird in einem ersten Schritt Sl die Elektrodenanordnung in Betrieb genommen, wobei insbesondere eine die Elektrodenanordnung aufweisende Plasmaquelle eingeschaltet wird. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a method for testing and / or monitoring an electrode arrangement for generating a non-thermal Plasma in the form of a flow chart. In a first step S1, the electrode arrangement is put into operation, in particular a plasma source having the electrode arrangement being switched on.
In einem zweiten Schritt S2 wird wenigstens ein Leistungs-Parameter bestimmt, der eine Plasma-Leistung der Elektrodenanordnung charakterisiert. In a second step S2, at least one power parameter is determined that characterizes a plasma power of the electrode arrangement.
In einem dritten Schritt S3 wird der wenigstens eine Leistungs-Parameter mit wenigstens einem vorbestimmten Soll-Parameterwert verglichen, woraus ein Vergleichsergebnis erhalten wird. Alternativ oder zusätzlich wird der wenigstens eine Leistungs-Parameter bevorzugt zeitlich erfasst. In a third step S3, the at least one performance parameter is compared with at least one predetermined target parameter value, from which a comparison result is obtained. Alternatively or additionally, the at least one performance parameter is preferably recorded over time.
In einem vierten Schritt S4 wird eine Punktion oder Punktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung anhand des Vergleichsergebnisses beurteilt. In a fourth step S4, a puncture or ability to puncture the electrode arrangement is assessed on the basis of the comparison result.
Bevorzugt wird in einem fünften Schritt S5 eine Aktion in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis oder von dem zeitlich erfassten Leistungs-Parameter ausgewählt. Diese Aktion umfasst - abhängig von dem Vergleichsergebnis - bevorzugt die Ausgabe eines„In- Ordnung“-Signals, die Ausgabe eines„Handlungsbedarf“-Signals, die Ausgabe eines„Nicht-In- Ordnung“-Signals, die Mitteilung einer momentanen Plasma-Leistung und/oder einer Plasma- Dosis an einen Betreiber der Elektrodenanordnung, die Anpassung einer Betriebsdauer der Elektrodenanordnung an das Vergleichsergebnis, das Beenden des Betriebs der Elektrodenanordnung, oder ein Fortsetzen des Betriebs der Elektrodenanordnung ohne weitere Maßnahme, insbesondere ohne Signal- oder Mitteilungsausgabe. Die Signalausgabe kann insbesondere in Form von Licht- oder Leuchtsignalen, beispielsweise dem Aktivieren einer grünen, gelben oder roten Leuchte, insbesondere einer LED, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Text oder ein grafisches Symbol in einem Display angezeigt werden. Auch eine akustische Ausgabe einer Mitteilung oder Warnung ist möglich, sowie ebenfalls die Ausgabe einer Mitteilung oder Warnung durch Erzeugung einer gezielten Vibration der Elektrodenanordnung, insbesondere der Plasmaquelle, welche die Elektrodenanordnung aufweist. Zur Auswahl der Aktion sind bevorzugt vorbestimmte Bereiche für die Übereinstimmung oder Abweichung des wenigstens einen Leistungs-Parameters mit/von dem wenigstens einen vorbestimmten Soll-Parameterwert definiert, wobei die Aktion abhängig davon ausgewählt wird, in welchen der vorbestimmten Bereiche das Vergleichsergebnis fällt. Bevorzugt wird das Verfahren unmittelbar nach einer Inbetriebnahme, besonders bevorzugt nach jeder Inbetriebnahme der Elektrodenanordnung durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass das Verfahren wiederholt, insbesondere periodisch, zu vorbestimmten Betriebszeiten, stochastisch oder ereignisorientiert, oder dauerhaft während eines Betriebs der Elektrodenanordnung, das heißt während deren eigentlicher Verwendung, insbesondere zur Behandlung einer Oberfläche, durchgeführt wird. Eine solche wiederholte Durchführung des Verfahrens ist hier durch einen gestrichelten Pfeil P angedeutet, wobei der Pfeil P hier den fünften Schritt S5, mithin die Auswahl der wenigstens einen Aktion, mit dem zweiten Schritt S2, nämlich der Bestimmung des wenigstens einen Leistungs-Parameters verbindet. Während des Betriebs der Elektrodenanordnung bleibt diese typischerweise dauerhaft eingeschaltet, sodass es einer Wiederholung des ersten Schritts Sl nicht bedarf. In a fifth step S5, an action is preferably selected depending on the comparison result or on the performance parameter recorded over time. Depending on the comparison result, this action preferably includes the output of an “in order” signal, the output of a “need for action” signal, the output of a “non-order” signal, the notification of an instantaneous plasma power and / or a plasma dose to an operator of the electrode arrangement, the adaptation of an operating time of the electrode arrangement to the comparison result, the termination of the operation of the electrode arrangement, or a continuation of the operation of the electrode arrangement without further measures, in particular without signal or message output. The signal can be output in particular in the form of light or light signals, for example the activation of a green, yellow or red light, in particular an LED. Alternatively or additionally, a text or a graphic symbol can be shown on a display. An acoustic output of a message or warning is also possible, as is also the output of a message or warning by generating a targeted vibration of the electrode arrangement, in particular the plasma source, which has the electrode arrangement. For the selection of the action, predetermined areas are preferably defined for the correspondence or deviation of the at least one performance parameter with / from the at least one predetermined target parameter value, the action being selected depending on which of the predetermined areas the comparison result falls into. The method is preferably carried out immediately after start-up, particularly preferably after each start-up of the electrode arrangement. Alternatively or additionally, it is provided that the method is carried out repeatedly, in particular periodically, at predetermined operating times, stochastically or event-oriented, or continuously during operation of the electrode arrangement, that is to say during its actual use, in particular for treating a surface. Such a repeated execution of the method is indicated here by a dashed arrow P, the arrow P here linking the fifth step S5, hence the selection of the at least one action, to the second step S2, namely the determination of the at least one performance parameter. During operation of the electrode arrangement, it typically remains switched on permanently, so that a repetition of the first step S1 is not required.
Unter einer ereignisgesteuerten Durchführung des Verfahrens wird insbesondere verstanden, dass das Verfahren durch externe Anforderungen, beispielsweise durch manuelle Interaktion des Betreibers der Elektrodenanordnung, gestartet wird. An event-controlled implementation of the method is understood in particular to mean that the method is started by external requirements, for example by manual interaction of the operator of the electrode arrangement.
Der wenigstens eine vorbestimmte Soll-Parameterwert wird bevorzugt konstant vorgegeben. Alternativ ist es möglich, dass der wenigstens eine vorbestimmte Soll-Parameterwert in Abhängigkeit von wenigstens einem Einsatzparameter der Elektrodenanordnung ausgewählt wird, wobei er insbesondere in Form einer mathematischen Beziehung, einer Kennlinie oder einem Kennfeld hinterlegt sein kann. Der wenigstens eine Einsatz-Parameter umfasst vorzugsweise eine Umgebungstemperatur der Elektrodenanordnung und/oder eine relative Luftfeuchte in einer Umgebung, insbesondere einer unmittelbaren Umgebung, ganz besonders einer Behandlungsumgebung der Elektrodenanordnung, das heißt einer Umgebung, in welcher mittels dem von der Elektrodenanordnung erzeugten nicht-thermischen Plasma eine Behandlung, insbesondere eine Oberflächenbehandlung, eine Wasseraufbereitung, eine Behandlung von Lebensmittel oder Saatgut, durchgeführt wird. The at least one predetermined target parameter value is preferably predefined constant. Alternatively, it is possible that the at least one predetermined target parameter value is selected as a function of at least one application parameter of the electrode arrangement, it being possible in particular to store it in the form of a mathematical relationship, a characteristic curve or a characteristic field. The at least one application parameter preferably comprises an ambient temperature of the electrode arrangement and / or a relative atmospheric humidity in an environment, in particular an immediate environment, very particularly a treatment environment of the electrode arrangement, that is to say an environment in which the non-thermal generated by the electrode arrangement Plasma a treatment, in particular a surface treatment, a water treatment, a treatment of food or seeds is carried out.
Das Plasma wird durch die Elektrodenanordnung insbesondere in Umgebungsluft erzeugt, sodass die relative Luftfeuchte in der Umgebung der Elektrodenanordnung relevant für die Plasmaerzeugung ist. The plasma is generated by the electrode arrangement, in particular in ambient air, so that the relative air humidity in the vicinity of the electrode arrangement is relevant for the plasma generation.
Die Elektrodenanordnung wird bevorzugt für die Ermittlung des Leistungs-Parameters zumindest bereichsweise beheizt, wobei sie insbesondere auf eine Temperatur von mindestens 50 °C erwärmt werden kann. Auf diese Weise kann auf der Oberfläche der Elektrodenanordnung angelagerte Feuchtigkeit entfernt werden, die ansonsten gegebenenfalls die Messung beeinträchtigen könnte. The electrode arrangement is preferably heated at least in regions for the determination of the power parameter, it being possible in particular to heat it to a temperature of at least 50 ° C. In this way, on the surface of the electrode assembly accumulated moisture are removed, which could otherwise impair the measurement.
Bevorzugt wird/werden das Vergleichsergebnis, der wenigstens eine Leistungs-Parameter, und/oder die applizierte Plasma-Dosis für einen späteren Abruf in einer elektronischen Speichereinrichtung protokolliert. Dabei wird ein protokollierter Wert bevorzugt mit wenigstens einem Metadatum, insbesondere zusammen mit einem Einsatzort, einem Einsatzzweck, einem Zeitstempel und/oder weiteren Metadaten, vorzugsweise automatisiert, gespeichert. Diese Parameter können dann zu einem späteren Zeitpunkt ausgelesen und/oder grafisch dargestellt werden, um den Betrieb der Elektrodenanordnung zu überwachen und deren Funktion oder Funktionsfähigkeit über die Zeit zu beurteilen. The comparison result, the at least one performance parameter and / or the applied plasma dose is / are preferably logged for later retrieval in an electronic storage device. A logged value is preferably stored with at least one metadata, in particular together with a place of use, a purpose, a time stamp and / or further metadata, preferably automatically. These parameters can then be read out and / or graphically displayed at a later point in time in order to monitor the operation of the electrode arrangement and to assess its function or functionality over time.
Die Elektrodenanordnung ist bevorzugt eingerichtet zur Erzeugung vonThe electrode arrangement is preferably set up to generate
Oberflächenmikroentladungen in Umgebungsluft. Surface micro-discharges in ambient air.
Bevorzugt wird eine Elektrodenanordnung verwendet, die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode durch ein Dielektrikum voneinander beabstandet und insbesondere auf verschiedenen Seiten des Dielektrikums in mechanischem Kontakt zu dem Dielektrikum vorgesehen sind. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind dabei bevorzugt flächig ausgebildet. Die zweite Elektrode ist bevorzugt als Strukturelektrode oder strukturierte Elektrode ausgebildet, die eine Mehrzahl von Kanten aufweist, an denen Oberflächenmikroentladungen gezündet werden können. An electrode arrangement is preferably used which has a first electrode and a second electrode, the first electrode and the second electrode being spaced apart from one another by a dielectric and in particular being provided on different sides of the dielectric in mechanical contact with the dielectric. The first electrode and the second electrode are preferably flat. The second electrode is preferably designed as a structured electrode or structured electrode which has a plurality of edges on which surface micro-discharges can be ignited.
Bevorzugt wird an die erste Elektrode eine Hochspannung angelegt, insbesondere eine Wechselspannung, wobei die zweite Elektrode geerdet oder auf Masse gelegt wird. Bei einer Verwendung der Elektrodenanordnung zur Behandlung einer Oberfläche ist bevorzugt die zweite Elektrode der zu behandelnden Oberfläche zugewandt, was die elektrische Sicherheit des Betriebs der Elektrodenanordnung erhöht. A high voltage, in particular an alternating voltage, is preferably applied to the first electrode, the second electrode being grounded or grounded. When the electrode arrangement is used to treat a surface, the second electrode preferably faces the surface to be treated, which increases the electrical safety of the operation of the electrode arrangement.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Plasmaquelle 100 mit einer nur schematisch dargestellten Elektrodenanordnung 1 zum Erzeugen eines nicht thermischen Plasmas. Die Plasmaquelle 100 weist außerdem eine Steuereinrichtung 101 auf, die eingerichtet ist zur Ansteuerung der Elektrodenanordnung 1. Die Steuereinrichtung 101 weist hier insbesondere eine Spannungsquelle 103 auf, mittels derer eine Wechselspannung als Ansteuerspannung an die Elektrodenanordnung 1 anlegbar ist. Außerdem weist die Steuereinrichtung eine elektronische Proxystruktur 104 auf, die in Reihe mit der Elektrodenanordnung 1 schaltbar, hier geschaltet ist. Die Steuereinrichtung 101 ist eingerichtet, um den wenigstens einen Leistungs-Parameter an der zu der Elektrodenanordnung 1 in Reihe geschalteten elektronischen Proxystruktur 104 zu erfassen. Die elektronische Proxystruktur 104 ist hier insbesondere als Kapazität 105 ausgebildet. FIG. 2 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a plasma source 100 with an electrode arrangement 1, shown only schematically, for generating a non-thermal plasma. The plasma source 100 also has a control device 101, which is set up to control the electrode arrangement 1. The control device 101 here has, in particular, a voltage source 103, by means of which an AC voltage can be applied to the electrode arrangement 1 as a control voltage. In addition, the control device has an electronic proxy structure 104 which can be connected in series with the electrode arrangement 1, here connected. The control device 101 is set up to detect the at least one power parameter on the electronic proxy structure 104 connected in series with the electrode arrangement 1. The electronic proxy structure 104 is designed here in particular as a capacitance 105.
Als Leistungs-Parameter wird wenigstens ein Wert, insbesondere ein Mittelwert, einer über der elektronischen Proxystruktur 104 zu einem bestimmten Phasenwinkel der Ansteuerspannung abfallenden Wechselspannung V(t) - der Proxyspannung - gemessen, insbesondere über eine Mehrzahl von Perioden der Ansteuerspannung gemittelt, insbesondere gemäß der oben angegebenen Gleichung (4). Dabei wird bevorzugt die Proxyspannung durch eine Spannungsmesseinrichtung 107 zeitabhängig erfasst. At least one value, in particular an average value, of an alternating voltage V (t) - the proxy voltage - falling across the electronic proxy structure 104 at a specific phase angle of the drive voltage - is measured, in particular averaged over a plurality of periods of the drive voltage, in particular according to the equation (4) given above. The proxy voltage is preferably detected in a time-dependent manner by a voltage measuring device 107.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass an der elektronischen Proxystruktur 104 bei einer an die Elektrodenanordnung 1 angelegten Leerlaufspannung, bei der kein Plasma an der Elektrodenanordnung 1 erzeugt wird, eine Leerlauf-Proxyspannung gemessen wird, wobei bei der an die Elektrodenanordnung 1 angelegten Ansteuerspannung, bei der ein Plasma an der Elektrodenanordnung 1 erzeugt wird, die Proxyspannung und vorzugsweise die Plasmaspannung gemessen werden, und wobei als der wenigstens eine Leistungs-Parameter eine Plasmakapazität anhand der Leerlaufspannung, der Leerlauf-Proxyspannung, der Ansteuerspannung oder der Plasmaspannung, und der Proxyspannung sowie bevorzugt der Proxykapazität ermittelt wird. Auf diese Weise kann die Plasma- Leistung noch genauer bestimmt werden. Additionally or alternatively, it is preferably provided that an open circuit proxy voltage is measured on the electronic proxy structure 104 with an open circuit voltage applied to the electrode arrangement 1, in which no plasma is generated at the electrode arrangement 1, with the drive voltage applied to the electrode arrangement 1, in which a plasma is generated on the electrode arrangement 1, the proxy voltage and preferably the plasma voltage are measured, and wherein as the at least one power parameter a plasma capacity based on the open circuit voltage, the open circuit proxy voltage, the drive voltage or the plasma voltage, and the proxy voltage and preferably the proxy capacity is determined. In this way, the plasma power can be determined more precisely.
Der Leistungs-Parameter wird vorzugsweise mit einem ersten, oberen Soll-Parameterwert und einem zweiten, unteren Soll-Parameterwert verglichen, wobei die wenigstens eine Aktion davon abhängig gewählt wird, ob der wenigstens eine Leistungs-Parameter in einen durch den ersten Soll-Parameterwert und den zweiten Soll-Parameterwert begrenzten Soll-Parameterbereich fällt. The performance parameter is preferably compared with a first, upper target parameter value and a second, lower target parameter value, the at least one action being selected as a function of whether the at least one performance parameter is converted into a by the first target parameter value and the second target parameter value limited target parameter range falls.
Eine große Serie von Messungen wurde an einem Ausführungsbeispiel der Plasmaquelle 100 in einer Umweltkammer durchgeführt, um die Korrelation zwischen der„echten Plasma-Leistung“ und der„Proxy-Messung“ mit dem in Ligur 2 gezeigten Schaltbild zu bestimmen. A large series of measurements was carried out on an exemplary embodiment of the plasma source 100 in an environmental chamber in order to determine the correlation between the “real plasma power” and the “proxy measurement” using the circuit diagram shown in Ligur 2.
Das Ergebnis von hunderten solcher Messungen zeigt, dass es eine sehr gute Korrelation zwischen der echten und der Proxy-Bestimmung der Plasma-Leistung gibt und dass die Variation zwischen verschiedenen Plasmaquellen 100 und/oder Elektrodenanordnungen 1 gleicher Bauart sehr gering ist. The result of hundreds of such measurements shows that there is a very good correlation between the real and the proxy determination of the plasma power and that Variation between different plasma sources 100 and / or electrode arrangements 1 of the same type is very small.
Die gute Korrelation besteht bei allen Umweltbedingungen, die im Testbereich lagen. The good correlation exists in all environmental conditions that were in the test area.
Das bedeutet, wenn die Plasma-Dosis (auch Maximaldosis oder Minimaldosis) für eine bestimmte Anwendung experimentell bestimmt wurde, so kann diese Plasma-Dosis in der Steuereinrichtung hinterlegt werden - und sobald der vorgegebene Wert erreicht wird, wird die Behandlung automatisch beendet. Damit ist die Behandlung immer unabhängig von intra individuellen Variationen verschiedener Plasmaquellen gleicher Bauart in ihrer Plasma- Leistung. This means that if the plasma dose (also maximum dose or minimum dose) has been determined experimentally for a specific application, this plasma dose can be stored in the control device - and as soon as the specified value is reached, the treatment is ended automatically. This means that the treatment is always independent of intra-individual variations of different plasma sources of the same design in their plasma performance.
Es können weitere Sicherheits-Features eingebaut werden. Zum Beispiel, wenn nach einer Maximalzeit immer noch nicht die gewünschte Ziel-Plasma-Dosis erreicht wurde, kann eine Fehlermeldung erfolgen. Additional security features can be installed. For example, if the desired target plasma dose has still not been reached after a maximum time, an error message can occur.
Wenn die Plasmaquelle im Sauerstoffmodus betrieben wird (d.h. die Plasma-Leistung liegt unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts) oder im Stickstoffmodus (d.h. die Plasma-Leistung liegt oberhalb des vorgegebenen Schwellwerts) kann die Plasma-Dosis unterschiedlich definiert und als Referenz eingegeben werden. If the plasma source is operated in oxygen mode (i.e. the plasma power is below a predefined threshold value) or in nitrogen mode (i.e. the plasma power is above the predefined threshold value), the plasma dose can be defined differently and entered as a reference.
Wenn die Plasmaquelle im Sauerstoffmodus betrieben wird (d.h. die Plasma-Leistung liegt unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts) und nachträglich im Stickstoffmodus (d.h. die Plasma-Leistung liegt oberhalb des vorgegebenen Schwellwerts) kann die Plasma-Dosis zunächst für den Sauerstoffmodus definiert und als Referenz eingegeben werden, anschließend kann die Zeit bis zum Abbau der Ozonkonzentration im Stickstoffmodus als zweite Referenz eingegeben werden. If the plasma source is operated in oxygen mode (ie the plasma power is below a predefined threshold value) and subsequently in nitrogen mode (ie the plasma power is above the predefined threshold value), the plasma dose can first be defined for the oxygen mode and entered as a reference , then the time until the ozone concentration is reduced in nitrogen mode can be entered as a second reference.
Weitere Betriebsmodi lassen sich auf der Grundlage des hier vorgeschlagenen Monitorverfahrens ebenfalls problemlos programmieren. Other operating modes can also be easily programmed on the basis of the monitor method proposed here.
An einem Ausführungsbeispiels der Plasmaquelle 100 wurde eine präklinische Studie durchgeführt, um ein sicheres therapeutisches Fenster für Behandlungen zu eruieren. A preclinical study was carried out on an exemplary embodiment of the plasma source 100 in order to determine a safe therapeutic window for treatments.
Zunächst wurden Effektivitätsuntersuchungen durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass die Plasmaquelle 100 sehr effektiv Bakterien - auch multi-resistente Keime - und Pilze inaktiviert. Hier werden während einer Behandlungsdauer von nur 60 Sekunden bereits hohe Reduktionen um vier bis fünf Größenordnungen erreicht. Effectiveness studies were carried out first. It was found that the plasma source 100 very effectively inactivates bacteria - including multi-resistant germs - and fungi. High reductions of four to five orders of magnitude are already achieved here during a treatment period of only 60 seconds.
Weitere Untersuchungen zeigten, dass auch bakterielle Biofilme inaktiviert werden können. Innerhalb von 60 Sekunden Behandlungsdauer wurden Reduktionen um drei Größenordnungen erreicht. Eine vollständige Reduktion konnte nach einer Behandlungsdauer von 10 Minuten erzielt werden. Further investigations showed that bacterial biofilms can also be inactivated. Reductions of three orders of magnitude were achieved within 60 seconds of treatment. A complete reduction could be achieved after a treatment period of 10 minutes.
Weiterhin wurden Sicherheitsuntersuchungen durchgeführt, insbesondere Vitalitätsuntersuchungen an eukaryotischen Zellen (primäre Fibroblasten und Keratinozyten); Mutagenitätstests; Wundheilungsassays (zur Analyse der Proliferation der Zellen), und Untersuchungen an ex vivo-Haut (Histologie, Apoptose- bzw. Nekrose-Analyse). Furthermore, safety examinations were carried out, in particular vitality examinations on eukaryotic cells (primary fibroblasts and keratinocytes); mutagenicity; Wound healing assays (for analyzing cell proliferation), and ex vivo skin studies (histology, apoptosis or necrosis analysis).
Diese Untersuchungen zeigen, dass es sogar für den schlechtesten anzunehmenden Fall von einzelnen eukaryotischen Zellen bei Behandlungsdauem von bis zu 3 Minuten zu keiner Schädigung kommt. Die Mutagenitätsuntersuchungen zeigten für keine Plasmabehandlungsdauer (getestet bis 5 Minuten) eine Induktion von Mutationen, und auch die ex vivo- Hautuntersuchungen zeigten für keine Plasmabehandlungsdauer irgendwelche Schädigungen. Dies lässt auf ein noch deutlich größeres therapeutisches Fenster, als es hier spezifiziert wurde, schließen. These examinations show that even in the worst-case scenario of individual eukaryotic cells, there is no damage with treatment times of up to 3 minutes. The mutagenicity tests showed no induction of mutations for any plasma treatment period (tested up to 5 minutes), and the ex vivo skin tests also showed no damage for any plasma treatment period. This suggests an even larger therapeutic window than that specified here.
Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist eine initiale sowie auch dauerhafte Überprüfung und/oder Überwachung einer Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines nicht-thermischen Plasmas ohne Störung von deren normalem Betrieb möglich, was insbesondere eine Sicherheit des Betriebs der Elektrodenanordnung selbst und der jeweiligen Verwendung der Elektrodenanordnung deutlich erhöht. With the method described here, an initial and also permanent checking and / or monitoring of an electrode arrangement for generating a non-thermal plasma without disrupting its normal operation is possible, which in particular significantly increases the safety of the operation of the electrode arrangement itself and the respective use of the electrode arrangement ,

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Verfahren zum Prüfen und/oder Überwachen einer Elektrodenanordnung (1) zur Erzeugung eines nicht-thermischen Plasmas, mit folgenden Schritten: 1. A method for testing and / or monitoring an electrode arrangement (1) for generating a non-thermal plasma, comprising the following steps:
Bestimmen von wenigstens einem eine Plasma- Leistung der Elektrodenanordnung (1) charakterisierenden Leistungs-Parameter; a) zeitliches Erfassen des wenigstens einen Leistungs-Parameters; und/oder b) - Vergleichen des wenigstens einen Leistungs-Parameters mit wenigstens einem vorbestimmten Soll-Parameterwert, und Erhalten eines Vergleichsergebnisses; Determining at least one power parameter characterizing a plasma power of the electrode arrangement (1); a) temporal recording of the at least one performance parameter; and / or b) - comparing the at least one performance parameter with at least one predetermined target parameter value, and obtaining a comparison result;
- Beurteilen einer Funktion oder Funktionsfähigkeit der Elektrodenanordnung (1) anhand des Vergleichsergebnisses, und vorzugsweise - Assessing a function or functionality of the electrode arrangement (1) based on the comparison result, and preferably
- Auswahlen von wenigstens einer Aktion in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis. - Selection of at least one action depending on the comparison result.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktion ausgewählt wird aus einer Gruppe, bestehend aus einer Ausgabe eines„In-Ordnung“-Signals, einer Ausgabe eines „Handlungsbedarf“-Signals, einer Ausgabe eines„Nicht-In-Ordnung“-Signals, einer Mitteilung einer momentanen Plasma-Leistung und/oder einer Plasma-Dosis an einen Betreiber der Elektrodenanordnung, (1) einer Anpassung einer Betriebsdauer der Elektrodenanordnung (1) an das Vergleichsergebnis, einem Beenden eines Betriebs der Elektrodenanordnung, (1) und einem Fortsetzen des Betriebs der Elektrodenanordnung (1) ohne weitere Maßnahme. 2. The method according to claim 1, characterized in that the action is selected from a group consisting of an output of an "in order" signal, an output of a "need for action" signal, an output of a "not in order" “Signal, a notification of a current plasma power and / or a plasma dose to an operator of the electrode arrangement, (1) an adaptation of an operating time of the electrode arrangement (1) to the comparison result, an end of operation of the electrode arrangement, (1) and continuing the operation of the electrode arrangement (1) without further measures.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unmittelbar nach einer Inbetriebnahme der Elektrodenanordnung(l), und/oder wiederholt, insbesondere periodisch, zu vorbestimmten Betriebszeiten, stochastisch oder ereignisgesteuert, oder fortlaufend während eines Betriebs der Elektrodenanordnung(l) durchgeführt wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the method immediately after starting up the electrode arrangement (l), and / or repeatedly, in particular periodically, at predetermined operating times, stochastically or event-controlled, or continuously during operation of the electrode arrangement (l ) is carried out.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine vorbestimmte Soll-Parameterwert a) konstant vorgegeben ist, oder b) in Abhängigkeit von wenigstens einem Einsatzparameter der Elektrodenanordnung (1) hinterlegt ist, wobei der wenigstens eine Einsatzparameter vorzugsweise ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Umgebungstemperatur der Elektrodenanordnung (1) und einer relativen Luftfeuchte in einer Umgebung der Elektrodenanordnung (1). 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one predetermined target parameter value a) is constantly predetermined, or b) is stored as a function of at least one application parameter of the electrode arrangement (1), the at least one application parameter preferably being selected is from a group consisting of an ambient temperature of the electrode arrangement (1) and a relative air humidity in an environment of the electrode arrangement (1).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Leistungs-Parameter an einer zu der Elektrodenanordnung (1) in Reihe geschalteten elektronischen Proxystruktur (104) erfasst wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one power parameter is detected on an electronic proxy structure (104) connected in series with the electrode arrangement (1).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der wenigstens eine Leistungs-Parameter wenigstens ein Wert einer über der elektronischen Proxystruktur (104) abfallenden Proxyspannung zu einem bestimmten Phasen winkel einer an die Elektrodenanordnung (1) angelegten Ansteuerspannung, insbesondere bei einem Nulldurchgang der Ansteuerspannung, gemessen wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as the at least one power parameter at least one value of a proxy voltage falling across the electronic proxy structure (104) to a certain phase angle of a control voltage applied to the electrode arrangement (1), in particular at a zero crossing of the control voltage is measured.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der wenigstens eine Leistungs-Parameter ein Mittelwert der Proxyspannung bei dem bestimmten Phasenwinkel der Ansteuerspannung, gemittelt über eine Mehrzahl, insbesondere eine Vielzahl, von Perioden der Ansteuerspannung ermittelt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as the at least one power parameter an average value of the proxy voltage at the determined phase angle of the drive voltage, averaged over a plurality, in particular a plurality, of periods of the drive voltage is determined.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der elektronischen Proxystruktur (104) 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that on the electronic proxy structure (104)
- bei einer an die Elektrodenanordnung (1) angelegten Leerlaufspannung, bei der kein Plasma an der Elektrodenanordnung (1) erzeugt wird, eine Leerlauf-Proxyspannung gemessen wird, wobei - At an open circuit voltage applied to the electrode arrangement (1), in which no plasma is generated at the electrode arrangement (1), an open circuit proxy voltage is measured, wherein
- bei einer an die Elektrodenanordnung (1) angelegten Ansteuerspannung, bei der ein Plasma an der Elektrodenanordnung (1) erzeugt wird, eine Proxyspannung gemessen wird, und wobei als der wenigstens eine Leistungs-Parameter eine Plasmakapazität anhand der Leerlaufspannung, der Leerlauf-Proxyspannung, der Ansteuerspannung oder einer bei angelegter Ansteuerspannung über der Elektrodenanordnung (1) abfallenden Plasmaspannung, und der Proxyspannung ermittelt wird. - At a control voltage applied to the electrode arrangement (1), in which a plasma is generated on the electrode arrangement (1), a proxy voltage is measured, and wherein a plasma capacity is determined as the at least one power parameter on the basis of the open circuit voltage, the open circuit proxy voltage, the drive voltage or a plasma voltage dropping across the electrode arrangement (1) when the drive voltage is applied, and the proxy voltage.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektronische Proxystruktur (104) eine Kapazität (105), insbesondere ein Kondensator, verwendet wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a capacitance (105), in particular a capacitor, is used as the electronic proxy structure (104).
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Leistungs-Parameter mit einem ersten, oberen Soll-Parameterwert und mit einem zweiten, unteren Soll-Parameterwert verglichen wird, wobei die wenigstens eine Aktion davon abhängig gewählt wird, ob der wenigstens eine Leistungs-Parameter in einen durch den ersten Soll-Parameterwert und den zweiten Soll-Parameterwert begrenzten Soll- Parameterbereich fällt. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one performance parameter is compared with a first, upper target parameter value and with a second, lower target parameter value, the at least one action being selected depending on whether the at least one power parameter falls within a desired parameter range limited by the first desired parameter value and the second desired parameter value.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung (1) vor der Bestimmung des mindestens einen Leistungs-Parameters für eine vorbestimmte Zeitdauer betrieben wird. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrode arrangement (1) is operated for a predetermined period of time before the determination of the at least one power parameter.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichsergebnis, der wenigstens eine Leistungs-Parameter, und/oder eine applizierte Plasma- Dosis für einen späteren Abruf in einer elektronischen Speichereinrichtung der Elektrodenanordnung (1) - insbesondere automatisiert, vorzugsweise mit wenigstens einem Metadatum - protokolliert wird/werden. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the comparison result, the at least one performance parameter, and / or an applied plasma dose for later retrieval in an electronic storage device of the electrode arrangement (1) - in particular automated, preferably with at least one metadata - is logged.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrodenanordnung (1) geprüft und/oder überwacht wird, die eingerichtet ist zur Erzeugung von Oberflächenmikroentladungen in Umgebungsluft. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an electrode arrangement (1) is checked and / or monitored, which is set up to generate surface micro-discharges in ambient air.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrodenanordnung (1) geprüft und/oder überwacht wird, die eine erste, vorzugsweise flächige Elektrode, eine zweite, vorzugsweise flächige Elektrode und ein Dielektrikum aufweist, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode durch das Dielektrikum voneinander beabstandet und jeweils in direktem mechanischen Kontakt zu dem Dielektrikum angeordnet sind. 14. The method according to claim 13, characterized in that an electrode arrangement (1) is tested and / or monitored, which has a first, preferably flat electrode, a second, preferably flat electrode and a dielectric, the first electrode and the second electrode spaced from each other by the dielectric and are each arranged in direct mechanical contact with the dielectric.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Elektrode eine Hochspannung, insbesondere eine Wechselspannung, angelegt wird, wobei die zweite Elektrode auf Masse gelegt oder geerdet wird. 15. The method according to any one of claims 13 or 14, characterized in that a high voltage, in particular an alternating voltage, is applied to the first electrode, the second electrode being connected to ground or grounded.
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