面陣滑閃火花預電離組合放電電極的製作方法

2024-02-21 03:43:15

專利名稱：面陣滑閃火花預電離組合放電電極的製作方法
技術領域：
本發明與大體積均勻輝光放電和脈衝放電氣體雷射器有關，為高氣壓大體積高重複頻率氣體放電提供面陣均勻火花預電離。
背景技術：
高氣壓大體積均勻輝光放電主要依賴於氣體介質的預電離程度，也就是在放電發展的起始階段電子濃度的分布和高低。通常採用兩種預電離手段為放電空間提供這種初始電子濃度，一種是火花預電離，另外一種是電暈預電離。對於高氣壓大體積放電及其應用的脈衝雷射器，由於火花預電離產生的初始電子濃度更高，因此一般採用火花預電離。火花預電離又可以分為自由火花預電離和滑閃放電預電離。在預電離結構上，一般採用側面火花預電離。每個預電離針一端與主放電電極中的陰極有一小段距離，這個距離要遠遠小於兩個主放電電極的極間距，另一端連接預電離電容。預電離電容的一端連接主放電電極中的陽極。當高壓開關閉合後，預電離針與主電極之間先放電，放電產生的紫外光直接電離放電空間內的氣體產生一定濃度的初始電子。由於火花預電離產生的紫外光為發散光，距離光源越遠的空間，預電離的效果越差，因此要求主放電電極的橫向寬度不能夠太大，否則放電會出現空間不均勻性，靠近預電離的電極兩側較強，電極的中部甚至都沒有放電輝光。為了實現大面積的均勻輝光放電，有人採用網狀電極結合背面火花預電離。預電離針在金屬網狀電極的下面，紫外光透過網孔電離放電空間內的氣體。金屬網狀電極在長時間放電後容易變形，而且本身也很難加工。為了實現獲得均勻的預電離紫外光，緊密排列的預電離針連接一個公用的電容。這種多個預電離針公用一個電容要求預電離針具有高度的一致性，否則預電離火花會率先在一個或者幾個針處發生放電，引起預電離的不均勻性。

發明內容
本發明目的在於提供一種面陣滑閃火花預電離組合放電電極。為了實現本發明的目的，具體的技術方案是
面陣滑閃火花預電離組合放電電極，包括板狀放電陽極和放電陰極，放電陽極和放電陰極相對設置於一密閉或者兩端開口供放電氣體流動的腔體中；
放電陽極通過引線與脈衝高壓源連接，放電陰極通過外露的接線柱與地線連接；在放電陰極上設有圓孔，於圓孔內設置有預電離針，放電陰極與預電離針間相互絕緣，預電離針與各自的預電離電容連接，預電離電容通過金屬連線與脈衝高壓源連接。在所述放電陰極上的圓孔內設置有絕緣介質管，預電離針設置於絕緣介質管的中心；預電離針與絕緣介質管內徑為緊密配合；絕緣介質管的上埠平面在放電陰極表面之下。預電離針採用金屬材料製備，金屬材料可為鎳、鎢、硬鋁或者不鏽鋼；絕緣介質管採用非金屬製備，絕緣介質材料為陶瓷、環氧樹脂或者聚四氟乙烯；預電離針針尖的位置與絕緣介質管上埠表面平行或者低於其表面。圓孔與放電陰極上表面通過四分之一圓弧過度連接，圓弧分別於陰極上表面相切和圓孔的邊線相切，形成一個圓滑的過度；即為「圓孔的軸向截面的豎向邊線與陰極上表面在軸向截面的投影倒圓角，圓角為1/4圓；目的是防止在連接面處發生放電陽極和放電陰極之間的電弧放電。圓孔於放電陰極上均勻中心對稱分布，圓孔的直徑為可以根據實驗自行調節，預電離針的直徑也可以自行設定。放電陽極和放電陰極為平板狀結構，相互平行、對稱設置，或放電陽極和放電陰極為弧形板狀結構，對稱設置。密閉的腔體的腔體壁上設置有放電氣體進出口 ；密閉腔體的腔體壁是由絕緣材料製成。面陣滑閃火花預電離組合放電電極，包括放電陽極和放電陰極，其中還包括預電離針與主放電陰極之間的具體結構和預電離針連接耦合電容的方式面陣預電離是由主放電陰極和陰極面上孔狀結構內的預電離針之間滑閃放電提供。放電單元為實心主放電陽極和具有特殊結構的多孔陰極，電極對內的空間為放電空間，陽極通過引線與脈衝高壓源直接連接，陰極直接接地；多孔陰極內的圓孔中心為預電離針，預電離針和陰極之間採用絕緣介質絕緣，每個預電離針與一個預電離電容連接，預電離電容的另一端通過引線與脈衝高壓連接；預電離針和公用的放電陰極之間通過絕緣介質表面形成滑閃放電通道，放電產生的強烈紫外光為放電空間提供均勻的初始電子。本發明為高氣壓大體積輝光放電和脈衝氣體雷射器提供一種面陣滑閃放電預電離技術，可以使放電電極的橫向長度更大，脈衝放電氣體雷射光斑也會隨之改變。


圖1為本發明結構示意圖； 圖2為放電陰極結構示意圖。
具體實施例方式面陣滑閃火花預電離組合放電電極，裝置中主放電陽極為實心平板電極組成，而主放電陰極為具有特殊結構的多孔平板電極構成。每個孔都是圓孔，在孔與陰極表面連接處為倒圓角；圓孔與放電陰極上表面通過四分之一圓弧過度連接，圓弧分別於陰極上表面相切和圓孔的邊線相切，形成一個圓滑的過度。每個孔內嵌一個與之緊密配合的絕緣介質 (如聚四氟乙烯、環氧樹脂、陶瓷等)管。絕緣介質管的中心是由金屬材料(如鋁、不鏽鋼、 鎢等)製成的預電離針，每個預電離針與各自獨立，大小相同的預電離電容相連接。絕緣介質管可以起到兩個作用，一方面是預電離針與主放電陰極之間的絕緣，另一方面預電離針的針尖和放電陰極之間可以通過絕緣介質發生滑閃放電，為放電空間提供初始的預電離電子。本發明的面陣滑閃火花預電離組合放電電極的結構示意圖，如圖1所示。放電氣體充滿在密閉的腔體1中，腔體壁上設置有放電氣體進出口，腔體壁4是由絕緣材料製成。 放電單元包括實心放電陽極3和具有特殊結構的多孔放電陰極2，均為平板狀結構，相互平行、對稱設置。放電陽極3通過引線9與脈衝高壓源連接。放電陰極2通過外露的接線柱與地線連接。在陰極上由均勻中心對稱分布的圓孔，圓孔的直徑為6-15mm，圓孔與放電陰極表面為圓弧相切的結構，目的是防止在連接面處發生放電陽極3和放電陰極2之間的電弧放電。圓孔的中心為直徑1-2. 5mm的金屬預電離針5，金屬材料為鎳、鎢、硬鋁或者不鏽鋼等。預電離針和放電陰極之間為非金屬絕緣介質管6，絕緣介質管6為陶瓷、環氧樹脂或者聚四氟乙烯，絕緣介質管的內徑與預電離針5緊密配合。預電離針5與各自的預電離電容 7連接，預電離電容通過金屬連線8與脈衝高壓源連接。陰極的具體結構如圖2所示。
下面是一個具體的應用實例
將混合比N2 =CH31 =45 1的氣體充滿在150mmX150mmX 500mm密閉容器中，放電體積為 IOOmmX IOOmmX 130mm，放電陽極、陰極材料和預電離針均為硬鋁。圖2中的絕緣介質管6 採用的為聚四氟乙烯，絕緣介質表面比陰極表面低1mm。在放電陰極表面的圓孔為對稱分布，共16個，每個孔的直徑為6mm，圓孔與放電陰極表面的相切圓弧半徑為2mm。預電離針的直徑為2mm並且處於絕緣介質的中心，針尖與絕緣介質表面一平，每個預電離針與50pF 的高壓陶瓷電容連接。高壓陶瓷電容作為預電離電容通過銅編織線與脈衝高壓源連接。當在預電離電容和主放電電極之間加脈衝高壓時，預電離針距離放電陰極更短，所以首先在預電離針和放電陰極之間發生表面滑閃放電，滑閃放電產生的紫外光直接電離放電空間的氣體，產生具有一定濃度的初始電子。由於每個預電離單元都是在陰極表面對稱的，在陰極表面不存在各向異性，所以從原則上講，陰極表面各個方向可以按照需要擴大。
權利要求
1.面陣滑閃火花預電離組合放電電極，包括板狀放電陽極和放電陰極，其特徵在於 放電陽極(3)和放電陰極(2)相對設置於一密閉或者兩端開口供放電氣體流動的腔體⑴中；放電陽極(3)通過引線(9)與脈衝高壓源連接，放電陰極(2)通過外露的接線柱與地線連接；在放電陰極(2)上設有圓孔，於圓孔內設置有預電離針(5)，放電陰極(2)與預電離針(5)間相互絕緣，預電離針(5)與各自的預電離電容(7)連接，預電離電容通過金屬連線(8) 與脈衝高壓源連接。
2.按照權利要求1所述的放電電極，其特徵在於在所述放電陰極(2)上的圓孔內設置有絕緣介質管(6 )，預電離針(5 )設置於絕緣介質管(6 )的中心；預電離針(5)與絕緣介質管內徑為緊密配合；絕緣介質管的上埠平面在放電陰極表面之下。
3.按照權利要求1所述的放電電極，其特徵在於預電離針(5)採用金屬材料製備，金屬材料可為鎳、鎢、硬鋁或者不鏽鋼；絕緣介質管(6)採用非金屬製備，絕緣介質材料為陶瓷、環氧樹脂或者聚四氟乙烯；預電離針針尖的位置與絕緣介質管上埠表面平行或者低於其表面。
4.按照權利要求1所述的放電電極，其特徵在於圓孔與放電陰極上表面通過四分之一圓弧過度連接，圓弧分別於陰極上表面相切和圓孔的邊線相切，形成一個圓滑的過度；目的是防止在連接面處發生放電陽極和放電陰極之間的電弧放電。
5.按照權利要求1或3所述的放電電極，其特徵在於圓孔於放電陰極(2)上均勻中心對稱分布，圓孔的直徑為可以根據實驗自行調節，預電離針(5 )的直徑也可以自行設定。
6.按照權利要求1所述的放電電極，其特徵在於放電陽極(3)和放電陰極(4)為平板狀結構，相互平行、對稱設置，或放電陽極(3)和放電陰極(4)為弧形板狀結構，對稱設置。
7.按照權利要求1所述的放電電極，其特徵在於密閉的腔體(1)的腔體壁上設置有放電氣體進出口；密閉腔體(1)的腔體壁(4 )是由絕緣材料製成。
全文摘要
本發明涉及面陣滑閃火花預電離組合放電電極，包括板狀放電陽極和放電陰極，放電陽極和放電陰極相對設置於一密閉或者兩端開口供放電氣體流動的腔體中；放電陽極通過引線與脈衝高壓源連接，放電陰極通過外露的接線柱與地線連接；在放電陰極上設有圓孔，於圓孔內設置有預電離針，放電陰極與預電離針間通過絕緣介質管相互絕緣，預電離針與各自的預電離電容連接，預電離電容通過金屬連線與脈衝高壓源連接。絕緣介質管可以起到兩個作用，一方面是預電離針與主放電陰極之間的絕緣，另一方面預電離針的針尖和放電陰極之間可以通過絕緣介質發生滑閃放電，放電產生的強烈紫外光為放電空間提供初始的預電離電子。
文檔編號H01S3/0971GK102545006SQ20101059889
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者於海軍, 多麗萍, 李國富, 桑鳳亭, 汪健, 金玉奇 申請人:中國科學院大連化學物理研究所