Abstract
이 영화는 대기압 플라즈마 토치가 추가 점화기와 마이크로파 전력에 의해 점화 할 수있는 방법을 보여줍니다. 플라즈마를 점화 한 후, 플라즈마를 안정적으로 연속 운전이 가능하고, 플라즈마 토치는 많은 상이한 애플리케이션에 사용될 수있다. 한편, 고온 (3600 K 가스 온도)가 저온 플라즈마 잔광 화학적 과정과 반대로 사용될 수있다 (온도는 거의 RT까지) 표면 처리에 적용 할 수있다. 예를 들어 화학 합성 흥미로운 볼륨 프로세스입니다. 여기서 마이크로파 플라즈마 토치가 유해하고, 지구 온난화에 기여하지만, 반도체 분기 같은 산업 분야에서 성장을 에칭 가스로서 필요한 폐기 가스의 분해에 사용될 수있다. 다른 응용 CO 2의 해리이다. 신 재생 에너지 원으로부터 잉여의 전기 에너지가 CO와 O 2 CO 2 해리를 위해 사용될 수있다. CO는 더 프로가 될 수이에 따라 화학 산업의 에너지, 합성 연료 또는 플랫폼 화학 물질의 화학 스토리지를 제공하는 기체 또는 액체 높은 탄화수소 cessed. 플라즈마 토치의 잔광의 애플리케이션 래커, 접착제 나 도료의 밀착성을 높이기 위해 표면 처리를하고, 표면 살균 또는 다른 종류의 오염 제거된다. 영화는 추가 점화기, 예를 들어, 전기 스파크없이 마이크로파 전력만으로 플라즈마를 점화하는 방법을 설명합니다. 플라즈마 점화 후 플라즈마의 연속적이고 안정적인 동작을 보장 원통형 하나의 점화를 제공 한 동축 - 마이크로파 플라즈마 토치는 두 개의 공진기의 조합에 기초한다. 플라즈마는 프로세스 체적 긴 마이크로파 튜브 투명 동작 또는 표면 처리 목적 오리피스에 의해 형성 될 수있다.
Introduction
대기압 마이크로 웨이브 플라즈마 토치는 다른 다양한 응용 프로그램을 제공합니다. 한편 그들은 화학적 프로세스 볼륨 및 잔광 플라즈마 표면 처리에 적용 할 수있는 반면에, 사용될 수있다. 표면 처리는 접착제, 페인트 또는 래커 또는 표면 살균 또는 멸균의 밀착성을 증가시키는 처리를 프로세스로 명명 될 수있다. 고온 반응성 플라즈마 자체 폐가스 1-7의 분해 등 체적 공정에 사용될 수있다. 이들 폐기 가스는 유해 지구 온난화에 기여하고, 종래 거의 분해 할 수 없다. 그러나, 이들은 그러한 반도체 산업 분야로 분기 성장에 필요하다. 다른 응용 프로그램은 CO에 CO 2의 해리 O 2 또는 탄소와 수소의 8,9에 CH 4와 같은 화학 합성입니다. 신 재생 에너지 원으로부터 전기 에너지가 잉여 CO를 해리하는데 사용될 수있다
몇 가지 마이크로파 플라즈마 토치가 있지만 대부분은 단점이있다 : 그들은 단지, 매우 적은 플라즈마 볼륨이 추가 점화기 필요 플라즈마 리액터의 냉각을 필요로하거나 단지 펄스 모드 10-18에서 작동 될 수있다. 이 영화에서 제시 마이크로파 플라즈마 토치 운전 파라미터의 광범위한 플라즈마 반응기의 임의의 냉각없이 단독으로 추가 점화기뿐만 아니라 안정적이고 지속적인 작동으로 제공 마이크로파 전력과 플라즈마의 점화를 제공하여 사용할 수있다 위에서 언급 한 모든 응용 프로그램에 대한. 동축 원통형 하나 하나 마이크로파 플라즈마 토치 두 공진기의 조합에 기초한다. 원통형 공진기는 낮은 품질을 갖고 운전 방식이다중심에서 높은 전기장과 공지 E 010 -mode 에드. 동축 공진기는 원통형 공진기의 아래에 위치 접선 가스 공급과 함께 가동 금속 노즐로 구성된다. 동축 공진기의 높은 품질은 매우 좁은 속을 공진 곡선을 나타낸다. 때문에 높은 전계가 도달 할 수있는 동축 공진기의 높은 품질로되는 플라즈마의 점화 요구된다. 그러나, 동축 공진기의 높은 품질은 매우 좁고 공진 곡선과 연관되고, 따라서 공진 주파수를 완벽하게 제공 마이크로파의 주파수와 일치한다. 인해 플라즈마의 유전율은 플라즈마 점화 후의 공진 주파수 이동하기 때문에, 전자는 더 이상 동축 공진기에 침투 할 수 없다. 플라즈마의 연속 동작을위한 낮은 품질과 넓은 공진 곡선 원통형 공진기가 필요하다.
동축 공진기의 금속 노즐을 통해 추가적인 축 가스 공급이 가능하다. 플라즈마를 점화하고, 예를 들면, 마이크로파 튜브 투명 석영 관을 한정된다. 석영 관의 유전율은 공진 주파수에 영향을 미친다. 석영> (1)의 유전율을 갖기 때문에, 원통형 공진기의 부피는 낮은 공진 주파수에 이르게 사실상 대형화. 이 현상은 원통형 공진기의 치수를 설계 할 때 고려되어야한다. 공진 주파수가 삽입 된 석영 관에 의해 영향을받는 방법에 대한 상세한 설명은 길고 연장 된 석영 관이 사용되는 경우,이 또한 대량 처리 용 반응 챔버로서 작용할 수 레퍼런스 23에서 찾을 수있다. 그러나, 표면 처리를위한 플라즈마는 또한 오리피스의 다른 종류가 다르게 형성 될 수있다. 전자 렌지는 마그네트론에서 직사각형 도파관을 통해 공급된다. 낮은 리플 마그네트론의 사용이 권장 합이다 소음 불쾌를 피하려면했다. 영화에서 사용되는 마그네트론은 낮은 리플 하나입니다.
안정적이고 지속적인 작동이 원통형 공진기에 의해 제공되는 동안 플라즈마의 점화 용 고품질 동축 공진기가 사용된다. 고품질 동축 공진기하여 공진기의 공진 주파수를 플라즈마의 점화를 달성하기 완벽 마그네트론 사용에 의해 제공되는 마이크로파의 주파수와 일치한다. 모든 마그네트론 정확히 공칭 주파수에서 그들의 마이크로파 주파수를 방출하지 않기 때문에 주파수와 출력 전력에 의존하므로, 마그네트론은 스펙트럼 분석기로 측정되어야한다. 동축 공진기의 공진 주파수는 상하 금속 노즐을 이동시킴으로써 조절 될 수있다. 이것은 공진 주파수를 측정함으로써, 또한 네트워크 분석기를 사용 마그네트론의 송신 주파수로 조정될 수있다. 노즐의 선단에 높은 전계에 도달하기 위해 필요한 시동플라즈마의, 세 개의 스터브 튜너 부가 필요하다. 이 3- 스터브 튜너는 일반적으로 사용되는 전자 부품이다. 세 개의 스터브 튜너는 마이크로파 플라즈마 토치와 마그네트론 사이에 장착된다. 동축 공진기의 공진 주파수를 조정 한 후, 순방향 전력은 최대화하고, 반사 전력 반복적 세 스터브 튜너 스텁을 조정함으로써 최소화.
마이크로파 플라즈마 토치가 마그네트론에 접속 될 때, 동축 공진기의 공진 주파수뿐만 아니라 최대화 것으로서 세 스터브 튜너를 이용하여 순방향 전력을 조정 한 후, 마이크로파 플라즈마 토치의 플라즈마가 점화 될 수있다. 플라즈마의 점화에 대해 0.3~1 킬로와트의 최소 마이크로파 전력은 충분하다. 플라즈마 점화 동축 공진기. 동축 공진기의 공진 주파수는 플라즈마의 유전율 수 마이크로파로 인해 시프트되는 플라즈마의 점화가 끝난이상 동축 공진기에 침투. 따라서, 그것의 더 확장 된 모드로 원통형 동축 모드로부터 플라즈마 스위치 원통형 공진기의 중심에 금속 노즐 위에 자유롭게 서있는 레코딩. 원통형 모드의 품질이 매우 낮기 때문에, 넓은 공명 곡선을 나타내고 있기 때문에, 마이크로파는 여전히 인해 플라즈마의 유전율에 공진 주파수의 변화에도 불구하고 원통형 공진기에 침투 할 수있다. 따라서, 원통형 모드에서 플라즈마의 연속적이고 안정적으로 동작 마이크로파 플라즈마 토치가 제공된다. 그러나, 공급되는 마이크로파 전력의 완전한 흡수를 달성하기 위해, 세 개의 스터브 튜너의 스터브는 재조정되어야한다. 그렇지 마이크로파 전력 공급이 완전히 플라즈마에 흡수되지 않고 제공 마이크로파의 일부는 반사되고 백분율 물의 하중에 의해 흡수된다.
동축에서 플라즈마의 점화를 검사모드와 확장 원통 모드로 전환 한 다음 그, 플라즈마 점화는 고속 카메라로 관찰된다.
플라즈마가 공급되는 마이크로파 전력에 의해 점화되는 방법 마그네트론의 주파수 의존성을 측정하는 방법을 보여줄 것이다 제시된 동영상은 동축 공진기의 공진 주파수는 순방향 전력이 최대가되는 방식으로 조정하고있다. 고속 카메라 기록도 도시되어있다.
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Protocol
마그네트론 1. 측정
주 : 마그네트론을 측정하는 실험 장치의 개략도는도 1a에 도시되어있다.
- 서큘 레이터 10 나사 물 부하로 구성된 절연체에 마그네트론을 연결합니다.
- (10) 나사 방향성 결합기에 절연체를 연결합니다.
- (10) 나사 두 번째 물 부하에 방향성 결합기를 연결합니다.
- 물과 모든 물 부하를 공급한다.
- 제조사의 프로토콜에 따라 그 보정 기능을 갖는 스펙트럼 분석기를 보정.
- 스펙트럼 분석기에 20 dB 감쇠기를 연결하여 스펙트럼 분석기에 20 dB 감쇠기를 연결합니다.
주 : 20dB 감쇠기는 상술 한 W. 너무 높은 전력에서 스펙트럼 분석기를 보호하는 데 사용되는 - 공동을 밀봉하여 BNC 커넥터가 장착 동축 케이블의 단부에 20dB 감쇠기 구비 스펙트럼 분석기를 연결20 dB 감쇠기에 축 케이블을 연결합니다.
- 방향성 케이블에 동축 케이블을 연결하여 방향성 결합기에 N 커넥터가 장착 동축 케이블의 단부를 연결한다.
- 전원과 상기 마이크로파의 방사 스펙트럼을 통해 마그네트론에서 스위치는 스펙트럼 분석기에 표시된다.
- 필요한 경우, 표시 횡축, 종축 및 스펙트럼 분석기의 설명서에 따라 자신의 해상도를 조정한다.
- 마이크로파 전력의 의존도의 출력 마이크로파의 주파수를 측정하기 위해, 10 % 단계 5 %의 출력 전력의 최대 10 %에서 마이크로파 전력을 높이고 각 단계에 대한 스펙트럼의 최대 진폭의 주파수를 결정 스펙트럼 분석기에 의해 디스플레이.
주 : 일반적으로, 최대 출력 전력의 10 % 이하 마그네트론의 주파수 스펙트럼은 매우 넓 여러 피크를 나타내며, 따라서 사용이 불가능하다.
2. 조정공명 주파수
주 : 측정하고, 공진 주파수를 조정하기위한 실험 장치의 개략도는도 2a에 도시되어있다.
- (제조사의 프로토콜에 따라) S11 동작을위한 교정 키트 네트워크 분석기를 보정.
- 동축 - 투 - 웨이브 가이드 전환에 동축 케이블을 연결하여 동축 - 투 - 직사각형 파 가이드 전환의 동축 부분에 N-커넥터를 통해 동축 케이블을 연결합니다.
- (10) 나사 세 스텁 튜너에 동축 - 투 - 직사각형 파 가이드 전환의 직사각형 부분을 연결합니다.
- (10) 나사를 사용하여 마이크로 웨이브 플라즈마 토치 어셈블리에 세 스텁 튜너를 연결합니다.
- S11 작업에 대한 네트워크 분석기 메뉴 전환합니다.
- 네트워크 분석기 메뉴에서 VSWR 모드로 전환하거나 모드를 기록.
- 반복적으로 측정 freque 마이크로파 플라즈마 토치 어셈블리의 공진 주파수를 조정할상하 노즐을 이동시킴으로써 최대 출력 전력의 60 % - 25 %의 출력 전력에서의 마그네트론 ncy. 도 2b에 도시 된 바와 같이, 마이크로파 플라즈마 토치 조립체의 공진 주파수 S11 파라미터 측정 딥에 의해 주어진다. 권장 주파수 위아래로 노즐을 이동하여이 수영을 조정합니다.
- 공진 주파수가 조정되는 경우, 잠금 너트와 노즐의 위치가 고정.
- 상하 스텁을 이동시킴으로써 세 스터브 튜너 세 스텁을 반복적으로 조정함으로써 순방향 마이크로파 전력을 증가시킨다. 마이크로파 플라즈마 토치 조립체에 의해 흡수 마이크로파 전력 S11 파라미터의 딥의 깊이에 의해 주어진다. 따라서, 세 스텁 튜너의 스텁을 조정하여이 수영을 극대화 할 수 있습니다. 일반적으로, 상기 세 개의 스터브를 사용하는 것이 충분하다.
플라즈마 3. 점화
- 플라즈마는 자외선은 Radia을 방출하기 때문에 자외선 보호 안경을 착용기. 플라즈마 질화 산화물을 생성 이후 로컬 가스 환기 하에서 플라즈마 토치를 작동.
- 조정 된 동축 공진기 (노즐이 잠겨) 및 물 부하에 접속 서큘 이루어지는 절연체를 구비 마그네트론 조정 세 스터브 튜너 마이크로파 플라즈마 토치 조립체를 연결한다.
- 마이크로 웨이브 플라즈마 토치에 대한 가스 공급을 연결합니다.
- 20 SLM 5에 대한 가스 공급을 켭니다.
- 고용량의 전자 방사선이 눈에 특히 유해한 때문에, 어떤 전자 누출이 없는지 확인합니다.
- 이를 위해, 12 %, 10 %의 매우 낮은 전력에서 전자 레인지를 켜고 누출에 대한 전자 미터 모든 전자 연결을 확인하십시오.
- 어떤 누출이있는 경우 마이크로파 전력을 증가 또는 마이크로파 플라즈마 토치를 작동하기 전에 완전히 제거.
- 더 누출이없는 경우 10 %의 낮은 힘으로 시작하는 전자 레인지를 켜고 마이크를 증가rowave 전력 천천히 10 내지 60 초 이내에 플라즈마는 마이크로파 플라즈마 토치의 석영 관에서 점화까지.
- 플라즈마가 있지만 아마도 방사 전자 레인지에주의 점화시키는 경우 경우주의 깊게 관찰한다. 바람직하게는, 플라즈마 점화의 관찰을 위해 거울을 사용합니다.
- 더 플라즈마 점화없는 경우, 전자 레인지 전원을 끄고 전자 레인지 전원이 제대로 동축 공진기에 결합하고이를 가열 또는 그들을 해치지 다른 구성 요소에 대한 잘못된되지 않은 경우주의 깊게 확인합니다. 일부 구성 요소가 가열지고 있는지 확인합니다.
- 어떤 구성 요소가 가열되는 경우 - 즉, 마이크로파 전력은 잘못이다 - 도파관 밖으로 세 스터브 튜너의 모든 명세서를 이동하고, 단계 2.9에 기재된 바와 같이 플라즈마 토치 조립체 내로 마이크로파 커플 링을 최대화하도록 조정한다. 다음 단계 3.1 다시 시작합니다.
- 탄창의 송신 주파수에 플라즈마 토치의 동축 공진기의 공진 주파수를 조절할이상으로 단계 (2)에서 설명한 바와 같이 네트워크 분석기와 최대 출력 전력의 25 % 내지 60 %의 높은 정도로 마이크로파 전력 출력에서 netron는 점화를 개선 동축 공진기의 공진 주파수를 조정하기 위해 2 단계에서 기술 된 바와 같이 출력 전력. 다음 단계 3.1 다시 시작합니다.
- 플라즈마가 플라즈마 토치의 어딘가에 자동 점화 또는 동축 원통형 모드로 전환하지 않는 경우가 원통형 모드에서 연소 될 때까지, 마이크로파 전력 공급 및 가스 유량을 변화.
- 플라즈마가 원통형 모드 불타는 반복적 공급 마이크로파 전력의 전부가 플라즈마에 의해 흡수되어 반사 마이크로파 전력이 제로가되도록 이들을 상하 운동에 의해 세 개의 스터브 튜너 스텁을 조정한다.
주 : 마이크로파 다이오드 물 부하 및 제어 유닛의 대응하는 입력에 연결되어있는 경우, 반사 된 마이크로파 전력은 마이크로파 전력 공급 제어 장치에 표시된다.이 작업을 수행하는 방법을 전자 레인지 전원 공급 장치의 사용 설명서에 설명되어 있습니다. - 이 1.5㎾ 이상 15 미만 SLM 낮은 가스 유동 높은 마이크로파 전력이 사용되는 경우, 플라즈마가 석영 관의 벽에 닿지 않도록 잘 확인. 석영 관은 어디서나 빛을하지 않아야합니다.
- 석영 관이 빨간색 경우, 마이크로파 전력을 감소 시키거나 완전히 소멸 할 때까지의 가스 유동을 증가시킨다.
- 마이크로파 인해 플라즈마의 전도도에 플라즈마에 의해 방출 될 수 있기 때문에, 방사 된 마이크로파 전력이 임계 값보다 마이크로파 m 확인.
- 방사 된 마이크로파 전력이 임계 값보다 높다면, 메쉬 크기가 사용되는 마이크로파의 파장의 절반보다 훨씬 작은 금속 메쉬 플라즈마를 차폐.
플라즈마 점화 4. 고속 카메라 동영상
주 : 플라즈마 원통형 모드로의 전환이 점화의 범위에 있기 때문에몇 백 밀리 초,이 프로세스는 가장 고속 카메라를 이용하여 조사 할 수있다. 그러나, 고속 카메라를 이용하여 플라즈마를 착화 할 때마다 점화 처리를 관찰 할 필요가 없다.
- 플라즈마 토치의 전방에 슬릿을보고 진단 마이크로파 플라즈마 토치 앞의 고속 카메라의 렌즈를 놓는다.
- 카메라 금속 노즐의 선단에 동축 공진기로 포인팅 할 때까지 조정한다.
- 금속 노즐의 선단에 카메라 초점.
- 고속 카메라의 1,000 FPS (초당 프레임)로 녹화를 시작합니다.
- 섹션 3에 기재된 바와 같이 플라즈마를 점화.
5. 안정적이고 지속적인 플라즈마 운전
주 : 플라즈마가 원통형 모드 착화되면 세 스터브 튜너는 안정적이고 CONTIN 플라즈마에 의해 마이크로파 전력의 흡수를 최대화하도록 조정 된플라즈마 토치의 uous 작업이 가능합니다.
- 치수 조정 - 반경 방향 및 축 방향 연장 - 원하는 치수에 플라즈마를 10 % 최대 출력 파워와 SLM (10)과 (70) 사이의 가스 유동 간의 마이크로파 전력 공급을 변화시킴으로써. 석영 관의 직경에 제한 반경 치수를 유지합니다. 플라즈마는 석영 관 점등되지해야한다는 것을 의미 석영 관의 벽을 만지지해야합니다.
- 다른 모양에 플라즈마를 형성하기 위해 단지 원통형 공진기의 내부에 플라즈마를 가두는 짧은 석영 관을 사용하여 플라즈마 토치 조립체의 상부에 하나의 오리피스를 배치했다.
- 필요한 경우, 일부 나사 구멍을 고정합니다.
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Representative Results
추가 점화기뿐만 아니라 조정 가능한 공진 주파수를 갖는 고품질 동축 공진기는 마이크로파 플라즈마 토치에 저품질 원통형 공진기와 결합 된 안정적이고 연속적인 플라즈마 조작없이 플라즈마 점화를 제공한다. 이 플라즈마 토치의 회로도는 그림 3에 제시되어있다. 플라즈마는 여기에 전자 레인지 투명 튜브, 석영 관으로 제한됩니다. 볼륨 플라즈마 처리 또는 표면 처리를위한 플라즈마 반응 용 브러시 챔버는 오리피스에 의해 형성 될 수있는 이러한 튜브 작용할 수있다. 마이크로파 전력이 마이크로파 플라즈마 토치 마그네트론에서 직사각형 도파관을 통해 안내된다. 다른 종류의 가스가 가스 공급 접선 또는 동축 공진기 축 방향의 금속 노즐을 통해 하나를 통해 공급 될 수있다. 토치 플라즈마 점화 내부 상세히 조사 될 수 있도록 마이크로파 플라즈마 토치는, 정면 슬릿을 갖추고있다.
콘텐츠 ">만을 공급 마이크로파 전력 약 3 내지 6 MV / m이 필요한 높은 전계에 의해 플라즈마의 점화를 보장하기 위해. 전계 분포의 더 나은 이해를, 전계 분포의 시뮬레이션에서 낫고 시중에서 판매하는 시뮬레이션 소프트웨어 콤솔 멀티 피직스와 고유 모드 분석으로. 모델링 및 이미 상세한 통찰력을 제공 대기압 마이크로 웨이브 플라즈마 토치의 전기장 분포 시뮬레이션을 실시 하였다 예를 자신의 점화 또는 조작 행동 19- 22에 대한 자세한 개발 및 개선되었다.E 010 모드는 각각도 4a 및도 4b에 도시되어 공통의 원통형뿐만 아니라 동축 모드의 전계 분포. 동축 공진기에서 전계가 많은 팀이기 때문에 전계는, 임의의 단위로 표시되는ES가 높은 원통형 공진기에서 전계와 비교. 이것은 노즐 팁에서 높은 전계가 동축 공진기 원통형 공진기의 높은 전계 원통형 공진기의 중심에 도달하여있는 것을 알 수있다. 동축 공진기의 공진 주파수는 금속 노즐의 위치에 의해 변화 될 수있다. 0.05 m의 반경과 0.048 m의 높이를 갖는 원통형의 공진기와 마이크로파 플라즈마 토치 용 노즐 상이한 위치들에 대한 공진 주파수에 대한 시뮬레이션 결과가도 4C의 도면에 나타낸다. 이는 원통형 모드의 공진 주파수가 금속 노즐의 위치에 의해 영향을받지 않는 것을 알 수있다. 그러나, 동축 모드의 공진 주파수는, 노즐 위치에 따라 다르며, 금속 노즐 원통형 공진기 위쪽으로 이동할 때 감소한다.
필요한 높은 전기 Fi를 도달하려면ELD 동축 공진기에서 공진이 주파수 - 조절 동축 공진기는 높은 품질과 좁은 날카로운 공진 곡선을 나타낸다. 그러나, 좁은 날카로운 공진 곡선은 동축 공진기의 공진 주파수가 완벽 공급 마이크로파의 주파수와 일치하는 것을 요구한다. 일반적 때문에 마그네트론 공칭 주파수에서 마이크로파를 방출하지 않고, 마이크로파의 주파수가 마이크로파의 출력 파워에 의존하기 때문에, 마그네트론의 주파수 의존성은 방향성 커플러와 스펙트럼 분석기에 의해 측정 될 수있다. 스펙트럼 분석기 마그네트론의 주파수 의존성을 측정하는 실험 장치는 개략적으로도 1a에 제시되어있다. 이용 마그네트론의 측정 주파수 의존성은 그림 1B의 그림에 표시됩니다. 중심 주파수 2.45 GHz의로 설정하고, 비디오 대역폭은 200 MHz의이었다. 그것은 200의 W (10 % 전력에서 것을 알 수있다마그네트론의 최대 출력 전력), 마이크로파의 주파수는 2.44638 GHz의 마이크로파이며, 전력이 증가 할 때 증가한다. 2 kW 급 최대 출력 전력에서 마이크로파 2.45213 GHz의 주파수의 값에 도달한다.
마이크로파 플라즈마 토치의 공진 주파수는 네트워크 분석기로 측정 할 수 있고, 노즐이 이동 가능하기 때문에 동축 공진기의 공진 주파수가 조정될 수있다. 이를 위해서는, 마이크로파 플라즈마 토치 조립체는도 2a에 개략적으로 도시 된 바와 같이 직사각형에 동축 도파관 전이 통하여 네트워크 분석기에 연결되어야한다. 마이크로파 플라즈마 토치 조립체의 S11 파라미터를 측정함으로써 공진 주파수가 결정될 수있다. S11 파라미터는 주파수 의존하여 반사 전력에 대한 입력 전력의 비를 나타낸다. 공진에 도달하면, 전기장이 감소 reflecte 선도 공진기 구조체 정하는D 마이크로파 전력. 그러나, 캐비티 내측 전계 강도는 네트워크 분석기에 의해 제공되는 전자 레인지의 고정 진폭비에 직접 관련된다. 딥 공진 주파수에 해당하는 S11 스펙트럼에 나타납니다. S11 파라미터의 전형적인 측정은도 2b에 도시되어있다. 여기에서 2.846 GHz의 공진 주파수에서 관측된다. 도 4c에 도시 된 시뮬레이션을 켰을 때, 상하 금속 노즐을 이동시킴으로써, 동축 공진기의 공진 주파수가 변화 될 수있다. 금속 노즐 위치에 동축 공진기의 공진 주파수의 의존성이 S11 파라미터를 이용하여 측정 할 수있다. 노즐 위치 의존성 속하는 시뮬레이션 결과의 공진 주파수의 측정은도 2C에서 도면에 제시되어있다. 이 다이어그램은 시뮬레이션 결과와 입술의 측정 값 사이에 잘 일치가 있다는 것을 보여준다onance 주파수. 두 곡선의 매우 작은 시프트가 시뮬레이션에 사용 된 것과 비교하여 제조 된 노즐의 형상 또는 치수의 매우 작은 편차에 의해 설명 될 수있다. 공급 된 마이크로파의 주파수 동축 공진기의 공진 주파수를 조정하기 위해, 금속 노즐까지 반복적으로 이동되도록 상하 S11 파라미터에 딥이 측정 된 마이크로파의 주파수에 위치 할 때까지 갖는다. 이어서 금속 노즐은 고정되어야하며 순방향 전력 S11 파라미터 딥이 최대 깊이에 도달 할 수 있도록 반복적으로 세 개의 스터브 튜너 스텁을 조절함으로써 최대화 될 수있다. 공진기의 높은 품질과 더 적은 반사 마이크로파에 순방향 최대화 전원 리드 및 높은 전기장 인 공진기에서 설립 이유 S11 파라미터 결과 깊은 딥.
마이크로파 플라즈마 토치 조립체가 마그네트론과 가스 공급에 장착 한 후 원형질을 접속되고횃불 점화 및 조작 할 수 있습니다. 플라즈마의 점화는 고속 카메라로 점화를 관찰함으로써 최고의 조사 할 수있다. 플라즈마의 점화는 1000 fps로 기록되었다. 제시된 플라즈마 점화는 1kW로의 마이크로파 전력과 SLM (15)의 공기 공급 가스의 흐름에서 수행 하였다. 점화의 각 단계의 이미지는 그림 5에 요약되어있다. 그림 5A의 이미지는 inoperational 플라즈마 토치의 전면에있는 진단 슬릿을 통해 각도로 노즐을 내려다보고, 위에서보기를 보여줍니다. 원통형 공진기의 하단에는 전면에있다. 중앙면에서 당신은 동축 공진기의 시작을 볼 수 있습니다. 노즐 팁도 볼 수있다. 원통형 공진기의 바닥은 다시 배경에 있습니다. 초점은 노즐 팁 상에 있으므로, 원통형 공진기의 저면 다소 흐리. 다른 이미지는 플라즈마 점화의 위상을 나타낸다. 마이크로파 전력을 설정하는 경우도 5b에서 알 수있는 바와 같이, ED는 t = 0에서 밀리 초에, 플라즈마는 동축 공진기 어딘가에 점화. 그런 다음, 64 밀리 초 동안 플라즈마는 팁에 금속 노즐을 바람과 똑바로 5E 쇼 그림 5C와 동축 모드에서 노즐 팁에 굽습니다. 이도 5F에 도시 된 바와 같이, 플라즈마의 강도가 다음을 위해 692 밀리 자란다. 그리고, 1 밀리 초 이후 동축 공진기 연소 플라즈마에 의한 공진 주파수의 변화로 인해, 플라즈마는도 5G 및도 5h에 도시 된 바와 같이 노즐 선단부에서 이탈하기 시작한다. 도 5I에 도시 된 바와 같이 노즐 선단부에서 떨어져 플라즈마의 완전한 틈은 58 밀리 초 후에 도달된다. 플라즈마는 현재 모드에서 원통형 금속 노즐 위에 자유롭게 레코딩된다. 마지막 순간 동안, 세 개의 스터브 튜너는 순방향 마이크로파 전력을 최대화하기 위해 재조정. 이 INC 리드그림 5J의 이미지와 플라즈마의 rease 보여줍니다. 그러나, 플라즈마는 여전히 자유롭게없이 접촉 노즐 팁 위의 연소된다. 인해 원통형 공진기의 낮은 품질이 플라즈마는 원통형의 공진기 모드에서 연속적으로 안정적으로 조작 될 수있다.
플라즈마의 치수는 마이크로파 전력 공급 및 가스 흐름에 의존한다. 10, 30 및 70 SLM의 1, 2 kW의 가스 흐름의 전자 권력에 대한 플라즈마의 사진은 그림 6에 제시되어있다. 그 전면의 진단 슬릿 공진기는 사진의 아래 부분에 위치하고 있습니다. 플라즈마 내에서 상기 원통형 공진기 석영 관 내로 한정된다. 석영 관이 빛나는 청을 나타낸다 이유 석영 튜브에 UV 광 커플. 이는 치수 것을 알 수있다 - 또한 방사형 축 확장 - 이용률 증가하면서 공급 마이크로파 전력의 증가에 플라즈마 늘어난F 가스 유동이 작은 플라즈마 불꽃으로 이끈다. 그러나, 가스 및 전자 온도의 측정은, 공급되는 마이크로파 전력 및 가스의 흐름을 외측 파라미터 무관 T의 g = 3600 K와 전자 온도 T의 E = 5800 K의 최대 온도이다 보여줄뿐만 아니라 플라즈마 볼륨 (19)의 등. 온도는 광 방출 분광 분석에 의해 수득 하였다. 이 Σ + - 원자 산소 라인 볼츠만 플롯은 전자 온도의 추정을 실시하면서 자유 라디칼의 OH -transition γ는 2 X Π 가스 온도의 측정에 사용 하였다. 온도가 측정되었으며, 전체 온도 분포가 참고 문헌 23 및 24에서 찾을 수있는 방법에 대한 상세한 설명.
플라즈마의 잔광의 표면을 치료하기 위해, 플라즈마는 오리피스의 다른 종류로 형성 될 수있다. (7)로 도시 한 도표 다른 모양의 플라즈마의 사진. 레이아웃은 긴 석영 관에 한정 플라즈마의 포토 유사하다 : 원통형 공진기 이미지 하단이고; 플라즈마에 의해 조명의 진단 슬릿. 플라즈마는 형상이 다른 상부 개구 위에 레코딩을 알 수있다. 도 7a의 사진에 한정 석영 관은 공진기의 외부 확장되지 않습니다. 플라즈마는 공진기 위에 자유롭게 레코딩 할 수 있습니다. 도 7b에 도시 된 바와 같이 확장 된 플라즈마 브러시 같은 오리피스 슬릿을 형성 할 수있다. 플라즈마 바늘은 그 중심에 구멍 오리피스를 사용함으로써 달성 될 수있다. 이는도 7C에 도시되어있다. 아주 작고 부드러운 잔광 플라즈마는 좁은 슬릿 또는 그림 7D 및 7E 쇼에서 사진과 같은 원 안에 몇 가지 작은 구멍이 오리피스에 의해 형성된다.
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도 1의 마그네트론 측정. (A)의 회로도 마이크로파 출력 전력의 마그네트론의 주파수 의존성 스펙트럼 분석기에 의해 측정 될 수 있는지 보여준다. (B)에 도시되어 출력 전력의 사용 마그네트론의 주파수 의존성. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 공진 주파수의 측정 2.. 네트워크 분석기에 의해 측정 및 마이크로파 플라즈마 토치의 공진 주파수의 조정을위한 설정이 (A)에 제시되어있다. (B)는 S11 파라미터의 전형적인 측정을 도시한다. S11의 딥파라미터는 마이크로파 플라즈마 토치의 공진 주파수를 반영하고있다. 금속 노즐 위치와 수치 시뮬레이션 결과에 대한 공진 주파수의 측정 의존도가) C에 요약되어있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3. 플라즈마 토치 설치. 대기 마이크로 웨이브 플라즈마 토치의 설정의 도식. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4. 동축 원통형 모드.전계 강도의 분포는 (A) 및 (B)에 도시된다. (B)는 원통형 모드 중 하나를 표시하는 동안 (A)는 동축 모드의 분포를 나타낸다. (C)의 다이어그램 동축과 플라즈마 토치의 금속 노즐의 위치에 원통 모드 양자의 공진 주파수 의존성을 나타낸다. 공진기는 0.05 m의 직경 0.0482 m의 높이를 가지고있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 5의 플라즈마 점화. 1,000 fps로 1 kW의 마이크로파 전력 (15)의 가스 유동에서 고속 카메라에 의해 기록 된 플라즈마의 점화 각상의 이미지SLM 공기. 위의 (A)보기, inoperational 플라즈마 토치의 전면에있는 진단 슬릿을 통해 각도로 아래로 노즐에 찾고. 동축 공진기 내의 플라즈마의 (B) 점화. (C) - (E)가 동축 모드에서 점화까지 금속 노즐의 선단에 플라즈마의 권취. (F) 플라즈마 증가한다. (G) - (I)은 플라즈마 멀리 자유롭게 원통형 모드에서 상기 노즐 팁 금속 노즐과 화상에서 휴식. (J)로 인해 전방 전력을 극대화 할 수있는 세 가지 스텁 튜너의 재조정에 플라즈마 증가. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 7 다른 오리피스. 다르게 형상 오리피스를 플라즈마를 이용하여 형성 할 수있다. (A) 상기 한정 석영 관의 외부 공진기를 연장하지 않고 공진기 플라즈마 위에 자유롭게 구울 수있다. (B) 플라즈마 슬릿 오리피스 브러시로 성형된다. (C) 플라즈마 바늘 구멍 오리피스에 의해 형성된다.(D) 매우 부드러운 플라즈마 브러시 부드러운 플라즈마 영역이 원 안에 약간의 작은 구멍이있는 구멍에 의해 형성되는 폭이 좁은 슬릿 (E)와 오리피스를 사용함으로써 달성 될 수있다. 의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하세요 이 그림.
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Discussion
제시된 동영상 추가 점화기없이 대기압 마이크로파 플라즈마의 점화는,이 마이크로파 플라즈마 토치, 그 조정, 플라즈마의 점화 처리와 안정적이고 연속 동작의 기본 원리를 실현할 수있는 방법을 설명한다. 서론에서 설명한 바와 같이,이 마이크로 웨이브 플라즈마 토치 이미 여러 종류가 있지만 그 중 어느 것도 추가 점화기뿐만 아니라 지속적이고 안정적인 플라즈마 작동하지 않고 플라즈마의 점화를 제공하지 않습니다.
높은 전기장이 필요하고, 따라서 고품질 공진기 지속적이고 안정적인 플라즈마 동작 저품질 필요하면서 대기압에서 점화기 추가없이 플라즈마의 점화를 얻었다. 이는 플라즈마의 점화를 제공하고 지속적인 저품질 원통형 공진기를 보장 고품질 동축 공진기를 조합함으로써 실현할 수있다안정적인 플라즈마 운전.
공급 된 마이크로파의 주파수가 제공된 전원 공명 실에 결합되도록 완벽 고품질 동축 공진기의 공진 주파수와 일치한다. 따라서 마그네트론의 주파수 의존성 공지되어야하며 동축 공진기의 공진 주파수를 조절할 수있다. 동축 공진기의 공진 주파수가 가동 노즐에 의해 네트워크 분석기에 의해 측정 및 조절 될 수있는 반면, 마그네트론의 송신 주파수는 스펙트럼 분석기로 측정 할 수있다.
단독으로 공급되는 마이크로파 플라즈마의 점화를 보장하기 위해, 동축 공진기의 공진 주파수가 완벽 마그네트론의 송신 주파수와 일치하는 것이 중요하다. 또한, 마이크로파는 순방향 전력 w를 최대화함으로써 달성된다 플라즈마 토치 조립체의 동축 공진기에 완전히 결합되어야세 스텁 튜너 번째. 이러한 중요한 단계를주의 깊게 실시하지 않는 경우는 플라즈마가 점화하지 않거나 전자 레인지가 실험 장치에 결합되는 곳이 일부 부품 손상으로 무엇을 이끌 수있다. 플라즈마의 더 점화가 관찰되지 따라서 경우,이 단계를 다시주의 깊게 확인해야합니다. 또한, 플라즈마가 점화하지만 그 자체로 또는 동축 원통형 모드로 전환하지 않는 것이 가능하다. 이 경우에, 플라즈마는 일반적으로 가스 흐름 및 마이크로파 전력 공급을 변화시킴으로써 제 모드로 원통형 동축 모드로 설정 한 후 전환 될 수있다.
자동으로 전달 최대 전력의 스텁을 조정하는 자동 세 스텁 튜너 대신 수동 하나 사용할 수 있습니다 플라즈마보다 자동 점화 및 운영을 구하십시오. 따라서 이후 플라즈마와 플라즈마의 작동을위한 조정 점화 스터브 조정이 자동으로 수행된다이 세 스텁 튜너. 추가 점화기 지속적이고 안정적인 플라즈마 운전 두 공진기 구조 제시 스마트 조합과 스펙트럼 분석기로, 마그네트론의 측정 제시된 기술과 의해 측정하고, 공진 주파수의 조정없이 플라즈마 점화를 달성하기 위해, 네트워크 분석기는 매우 중요하다.
플라즈마의 점화는 고속 카메라로 상세하게 조사 하였다. 이것은 플라즈마가, 강도 및 체적의 증가, 멀리 금속 노즐로부터 분해 더욱 증가하고있는 금속 노즐 위에 자유로이 연소 동축 모드 노즐 레코딩의 선단에 바람, 동축 공진기 점화 밝혀 원통형 모드. 원통형 모드의 플라즈마 점화 및 전환 후 플라즈마는 안정하게 연속적으로 조작 될 수있다. 플라즈마의 치수는 마이크로파 전력 공급 및 가스 흐름에 따라 증가 및S 마이크로파 전력 공급이 증가 또는 가스 흐름이 감소되는 경우. 또한, 플라즈마를 이용하여 오리피스 바늘, 또는 부드러운 브러쉬 잔광 플라즈마로 형성 될 수있다.
가스 흐름 및 표시 마이크로파 플라즈마 토치의 마이크로파 전력은 약 100 SLM 또한 플라즈마의 체적을 제한하는 일부 킬로와트로 제한된다. 석영 관이 손상되지 않아야하기 때문에, 플라즈마의 반경 방향 직경은 석영 관의 내경에 한한다. 큰 혈장량 필요하거나 큰 가스 흐름이 처리해야 할 경우, 예를 들어 915 MHz의 대신에 2.45 GHz의 마이크로파를 낮은 주파수를 이용하여 업 - 스케일, 플라즈마 소스가 될 수있다. 915 메가 헤르츠 더 마이크로파 전력으로 더 큰 가스 흐름이 처리 할 수 있도록 더 큰 플라즈마 볼륨을 선도, 사용할 수 있습니다. 그러나, 더 높은 전력은 플라즈마의 점화시 또는 동작 아노 따라서 증가하고, 특히 금속 중에 노즐의 손상의 위험을, 사용될 때거기는 점화 메카니즘이 고려되어야한다. 또한, 전자와 가스 온도 등의 플라즈마 파라미터는, 가스 유량과 공급 마이크로파 전력 등 외부 파라미터에 독립적이다. 플라즈마 다른 파라미터들에 대기압 플라즈마가 필요한지 따라서, 다른 소스가 사용되어야하거나 새로 개발되어야 필수 요구 사항을 충족 하나.
제시된 대기압 마이크로파 플라즈마 토치가 추가 점화기뿐만 아니라 지속적이고 안정적인 플라즈마 조작없이 플라즈마의 점화를 제공하기 때문에, 플라즈마 소스는 많은 산업 응용에 적합하다. 자동 세 스터브 튜너를 사용하는, 특히 산업 공정에 대한 추가없이 점화기의 점화 플라즈마의 장점은 오직 마이크로파가 스위치되어야한다는이고 프로세스는 자동으로 안정적 실행하기 시작한다. 불연속 동작이 필요한 경우, 또한, 여기서 프로세스가 실행되고간헐이어서 일정 시간 동안, 플라즈마 처리가 신뢰성 있고 신속하게 자동으로 재시작 추가적인 점화 시스템의 어떠한 마찰은 없다. 잔광 플라즈마와 같은 화학적 합성 프로세스 볼륨뿐만 아니라, 표면 처리는 마이크로파 플라즈마 토치의 애플리케이션으로 명명 될 수있다. 특히 CO 및 O에 CO 2의 해리에 성장하는 반도체 산업에 사용되는 플루오르 화합물과 같은 온실 가스 유해 폐가스의 성공적인 열화뿐 아니라 수소 및 탄소로 메탄의 열분해에 관한 연구는 이미 수행되었다. 또한, 잔광 플라즈마 접착제 및 도료의 살균 및 제균 및 상업적 밀착성을 높이기 위해 표면 처리를 위해 사용되었다. 예를 들어, 플라즈마 소스는 소위 코르크 trichloroanisole 오점 발생을 저하 코르크 마개의 표면의 오염 제거를 위해 사용될 수있다. 또 다른 APPLICATION은 포장 재료 나 음식처럼 표면에 세균의 감소이다.
고주파 전력 공급 장치의 송신 주파수 스펙트럼 분석기에 의해 측정되는 방법을 제시 기법 및 다른 고주파 플라즈마 원을 적용 할 수있는 방법에 공진 구조의 공진 주파수는 네트워크 분석기에 의해 측정 및 조정 . 일례로서 λ / 4의 공진에 기초한다 꼬마 마이크로 마이크로파 플라즈마 제트 25-27 명명 될 수있다.
마지막으로, 동영상 표시가 더욱 발전하고 대기압 및 / 또는 마이크로파 플라즈마 원의 개선으로 이어질 것이다.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2 kW magnetron | Muegge | MH2000S 211BA | |
| 2 kW power supply | Muegge | ML2000D-111TC | |
| insulator - circulator with water load | Muegge | MW1003A-210EC | |
| water load | Muegge | MW1002E-260EC | |
| three stub tuner | Muegge | MW2009A-260ED | |
| orifices | homemade | ||
| microwave plasma torch | homemade | ||
| spectrum analyzer | Agilent | E4402B | |
| network analyzer | Anritsu | MS4662A | |
| calibration kit | Anritsu | model 3753 | |
| directional coupler | homemade | ||
| 20 dB attenuator | Weinschee engineering | 20 dB AA57u8 | |
| coaxial to rectangular wave guide transition | Muegge | MW5002A-260YD | |
| adaptor 7-16 to N connector | Telegärtner | 7-16/N Adaptor | |
| coaxial cable | Rosenberger Hochfrequenztechnik | LU7_070_800 | |
| high speed camera | Photron | fastcam SA5 | |
| lens | Revueflex | makro revuenon 1:3.5/28mm | |
| local gas ventilation | Industrievertrieb Henning | ACD220 | |
| UV protection glasses | uvex | HC-F9178265 | |
| microwave leakage tester | conrad electronic | not available | |
| microwave survey meter | Holaday industries inc. | 81273 |
References
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