[发明专利]利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置及方法

说明书

一种利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置及方法,属于等离子技术领域。主要由环形线‑线式SDBD发生器(1)，电源系统(2)，供气系统(3)，紫外光源系统(4)，和发射光谱诊断系统(5)组成。由纳秒脉冲电源激励产生沿面介质阻挡放电等离子体，利用紫外光源和发射光谱技术，检测等离子体中OH自由基绝对浓度的。在检测OH绝对浓度时，首先检测仅紫外光的发射光谱，再检测紫外光通过放电等离子体区域后的发射光谱，最终计算得到OH自由基的绝对浓度。本发明可以解决传统技术检测活性物种绝对浓度时，操作复杂、设备昂贵等缺点。

技术领域

本发明属于等离子体技术领域。特别是涉及一种由纳秒脉冲电源或正弦交流电源，激励产生沿面介质阻挡放电等离子体，利用紫外光源和发射光谱技术，检测等离子体中OH自由基绝对浓度的实验装置及方法。

技术背景

近年来，放电等离子体由于其在材料改性、杀毒灭菌、污染物处理等方面的大量应用，得到了广泛的关注和研究。在装置简易、应用便捷的大气压空气放电中，放电等离子体能够产生大量的活性氮基团和活性氧基团，如N₂(C)、N₂(B)、N₂(A)、OH、O、O₃等。这些活性物种，尤其是活性氧基团中的OH等，在污染物处理和杀毒灭菌中起到了重要作用。因此，对于活性物种的绝对浓度检测是等离子体应用中的重要一环。活性物种的检测手段主要有激光诱导荧光、光腔衰荡光谱、发射光谱等，其中，光腔衰荡光谱则可以探测等离子体中活性物种的绝对浓度，而激光诱导荧光技术可以利用强激光器使等离子体基态粒子激发，从而探测基态粒子的存在。激光诱导荧光同样可以探测活性物种的绝对浓度，但在检测前需要进行复杂的标定。同时，这两种技术存在设备昂贵、操作复杂等缺点。而发射光谱技术是非探入式在线诊断技术，可以简单、便捷的检测等离子体中存在的活性物种，且在诊断前并不需要复杂的光路校准和标定等工作。同时，OH自由基主要产生于紫外带，能够良好的吸收紫外光。因此，本发明旨在提供一种利用发射光谱技术和紫外光源，检测放电等离子体中OH活性物种绝对浓度的实验装置及方法。

介质阻挡放电是产生放电等离子体的一种常见方式，介质阻挡放电通常有两种基本结构，即体积介质阻挡放电(VDBD和沿面介质阻挡放电(SDBD。VDBD通常由电极、介质板、气体间隙组成，微放电通道从一个电极产生，穿过气体间隙后到达另一电极，从而形成放电等离子体。而SDBD通常并不存在气体间隙，高压电极和地电极分别存在于介质材料两侧，放电沿介质板表面产生。由于沿面放电的等离子体区域集中，比起体积放电，沿面放电具有较高的能量效率，且能够产生较多的活性物种。同时，由于沿面放电产生于介质板表面，SDBD的放电区域可以更好地控制。因此，本发明中的待检测OH自由基由沿面介质阻挡放电等离子体产生。

发明内容

为了解决检测活性物种绝对浓度技术复杂、实验设备昂贵、等离子体区域不集中、不易受控制等问题，本发明提出了利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置及方法。

本发明提供了一种利用SDBD和发射光谱检测OH浓度的实验装置，主要由环形线式SDBD发生器，电源系统，供气系统，紫外光源系统，和发射光谱诊断系统组成；放电等离子体由电源系统激励，在环形线式SDBD发生器中产生，由供气系统提供放电的气体氛围并保持一定的气体组分和流速，由紫外光源系统提供光源，发射光谱诊断系统进行在线光学诊断。