重复脉冲等离子体在生理盐水中放电实验分析

沈阳理工大学自动化与电气工程学院 王琦琦

重复脉冲等离子体在生理盐水中放电实验分析

沈阳理工大学自动化与电气工程学院 王琦琦

设计等离子体开关电源和放电电极，研究重复脉冲等离子体设备在0．9%的生理盐水中的放电现象。实验发现，随着强度的增加，产生的等离子体颜色越来越亮，即产生的等离子体越来越多。

重复脉冲等离子体；放电；电压电流特性

引言

等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。20世纪以来人们已经逐渐掌握和利用电场和磁场产生和控制等离子体，这使得等离子体得到了快速发展和广泛应用。等离子体存在于我们生产生活的各个方面，例如太阳、蜡烛的内焰中都有等离子体的存在，等离子体包括很多的粒子，主要有离子（具有不同的符号和电荷）、电子、原子和分子。

1.等离子体试验电源及电极

实验所用的电源为型号的开关电源为PLA UER2.02的等离子电源，电源采用全桥拓扑结构[1-2]，频率为100kHz，电压有效值范围从100～700V可调，电压的有效范围使得等离子体设备有不同的档位，即等离子体设备的产生的强度从1到9可调。全桥电源的输出功率是同等条件下的半桥电源功率的两倍，效率更高，更有利于产生等离子体。电极由3根镀银电极和不锈钢板电极组成，两个电极之间必须加绝缘较好的材料，防止等离子体在放电过程中阴阳两极导通，电极损坏。

2.电压电流特性

本文根据等离子体实验设备装置，使用型号为Tektronix DPO2002B示波器，型号为Tektronix TPA-BNC电压探头，型号为Tektronix TCP0150的电流探头采集等离子体放电的电压电流特性数据，并将等离子体电压电流特性的数据保存在U盘中，使用软件Origin 75处理分析实验数据，得到电压电流随时间变化的特性曲线，分析比较不同强度下的实验现象的电压电流特性不同。

图1

图2

表1 不同强度（档位）下的电压电流

由表1和实验现象可以看出：强度1-3：无明显橘黄色物质产生，但都产生大量小气泡，强度1实验现象如图1所示；强度4-7：强度越强，气泡的体积越来越大。强度4开始产生橘黄色物质，强度大于4以后，强度越强，橘黄色颜色越亮，即产生的等离子体越来越多，强度8实验现象如图2所示；随着强度的增加电压的峰值也在不断增加。

3.阻抗功率特性分析

根据公式计算得到各个强度下的阻抗值，如图3所示。功率计算方法：功率=电压瞬时值*电流瞬时值，计算得到各个强度下的功率值，如图4所示。

图3 不同强度电阻平均值随强度变化曲线

图4 不同强度功率平均值 随强度变化曲线

分析：电阻的平均值随着强度的增大而不断增加；强度较低时，功率平均值变化比较小，在强度3以后功率随强度的变化呈线性变化，功率随着强度（档位）的增大不断增大。

4.结语

重复脉冲等离子体设备在0.9%的生理盐水中的放电会产生等离子体，等离子体的亮度会随着强度的增大越来越亮，电压也随着强度的增大而不断增大，电压的变化范围在100V到700V之间变化。等离子体设备在未来的生活中将会得到越来越多的应用，例如医疗清创等。

[1]魏保全,柴苍修．LTC-3722集成电路设计全桥移相同步整流电源[J]．武汉:武汉电力职业技术学报,2016(04)．

[2]吴军．基于UC3846的全桥开关电源的设计[D]．郑州:郑州大学,2015(05)．