重復脈沖等離子體在生理鹽水中放電實驗分析

沈陽理工大學自動化與電氣工程學院 王琦琦

重復脈沖等離子體在生理鹽水中放電實驗分析

沈陽理工大學自動化與電氣工程學院 王琦琦

設計等離子體開關電源和放電電極，研究重復脈沖等離子體設備在0．9%的生理鹽水中的放電現象。實驗發現，隨著強度的增加，產生的等離子體顏色越來越亮，即產生的等離子體越來越多。

重復脈沖等離子體；放電；電壓電流特性

引言

等離子體是不同于固體、液體和氣體的物質第四態。20世紀以來人們已經逐漸掌握和利用電場和磁場產生和控制等離子體，這使得等離子體得到了快速發展和廣泛應用。等離子體存在于我們生產生活的各個方面，例如太陽、蠟燭的內焰中都有等離子體的存在，等離子體包括很多的粒子，主要有離子（具有不同的符號和電荷）、電子、原子和分子。

1.等離子體試驗電源及電極

實驗所用的電源為型號的開關電源為PLA UER2.02的等離子電源，電源采用全橋拓撲結構[1-2]，頻率為100kHz，電壓有效值范圍從100～700V可調，電壓的有效范圍使得等離子體設備有不同的檔位，即等離子體設備的產生的強度從1到9可調。全橋電源的輸出功率是同等條件下的半橋電源功率的兩倍，效率更高，更有利于產生等離子體。電極由3根鍍銀電極和不銹鋼板電極組成，兩個電極之間必須加絕緣較好的材料，防止等離子體在放電過程中陰陽兩極導通，電極損壞。

2.電壓電流特性

本文根據等離子體實驗設備裝置，使用型號為Tektronix DPO2002B示波器，型號為Tektronix TPA-BNC電壓探頭，型號為Tektronix TCP0150的電流探頭采集等離子體放電的電壓電流特性數據，并將等離子體電壓電流特性的數據保存在U盤中，使用軟件Origin 75處理分析實驗數據，得到電壓電流隨時間變化的特性曲線，分析比較不同強度下的實驗現象的電壓電流特性不同。

圖1

圖2

表1 不同強度（檔位）下的電壓電流

由表1和實驗現象可以看出：強度1-3：無明顯橘黃色物質產生，但都產生大量小氣泡，強度1實驗現象如圖1所示；強度4-7：強度越強，氣泡的體積越來越大。強度4開始產生橘黃色物質，強度大于4以后，強度越強，橘黃色顏色越亮，即產生的等離子體越來越多，強度8實驗現象如圖2所示；隨著強度的增加電壓的峰值也在不斷增加。

3.阻抗功率特性分析

根據公式計算得到各個強度下的阻抗值，如圖3所示。功率計算方法：功率=電壓瞬時值*電流瞬時值，計算得到各個強度下的功率值，如圖4所示。

圖3 不同強度電阻平均值隨強度變化曲線

圖4 不同強度功率平均值 隨強度變化曲線

分析：電阻的平均值隨著強度的增大而不斷增加；強度較低時，功率平均值變化比較小，在強度3以后功率隨強度的變化呈線性變化，功率隨著強度（檔位）的增大不斷增大。

4.結語

重復脈沖等離子體設備在0.9%的生理鹽水中的放電會產生等離子體，等離子體的亮度會隨著強度的增大越來越亮，電壓也隨著強度的增大而不斷增大，電壓的變化范圍在100V到700V之間變化。等離子體設備在未來的生活中將會得到越來越多的應用，例如醫療清創等。

[1]魏保全,柴蒼修．LTC-3722集成電路設計全橋移相同步整流電源[J]．武漢:武漢電力職業技術學報,2016(04)．

[2]吳軍．基于UC3846的全橋開關電源的設計[D]．鄭州:鄭州大學,2015(05)．