低气压辉光放电等离子体灭菌消毒装置的研究

论文摘要

低气压高频辉光放电等离子体灭菌消毒技术,有着很高的经济效益和市场前景。本研究通过两种不同电极形式时低气压高频辉光放电特性的研究,利用朗缪尔双探针测量等离子体的基本参数,总结了不同电极形式和不同低气压下辉光放电的一些基本规律;并通过对不同条件时生成的等离子体的灭菌特性进行了研究,为低气压辉光放电等离子体灭菌消毒装置的研制提供了理论依据。本研究首先设计制作了用于低气压下辉光放电实验的高频高压电源。电源的功率变换部分采用半桥式逆变电路,利用UC3825控制芯片驱动IPF460型MOSFET的触发信号,并研制了减少漏感的符合高频高压的变压器。所设计电源的输出功率、电压和频率调节范围等基本上能满足本研究实验的需求。其次进行了平行极板结构和中心电极结构的高频辉光放电实验。分析了两种电极形式时的辉光放电特性,验证了空气低气压平行极板时的帕刑定律,分析了生成等离子体的均匀性,总结了两种电极时辉光放电电流、极板电压的基本规律,提出了放电电流与极板间电压的相位差的变化来反应等离子体鞘层的变化。进而采用了朗缪尔探针对等离子体的基本参数进行了测量。分析了朗缪尔单、双探针两种测量方法的适用条件,并利用双探针测量方法对不同电极形式和不同放电条件下等离子体的基本参数进行了测量,分析研究了其产生差异的因素和基本规律。最后利用两种电极结构在不同条件下生成的等离子体分别进行了灭菌实验。验证了辉光放电等离子体灭菌的有效性,分析了辉光放电状态(即均匀性的问题)、等离子体密度、电子温度和电子密度等因素对灭菌效果的影响,并总结出一些有关高频辉光放电等离子体灭菌的初步规律。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 本论文的主要工作
• 2 辉光放电等离子体及其应用
• 2.1 等离子体
• 2.1.1 等离子体概述
• 2.1.2 等离子体应用
• 2.2 等离子体的生成
• 2.2.1 生成等离子体的放电形式
• 2.2.2 高频辉光放电生成等离子体
• 2.3 等离子体灭菌
• 2.3.1 传统灭菌技术
• 2.3.2 等离子体灭菌机理分析
• 2.3.3 等离子体灭菌技术
• 2.4 小结
• 3 实验用等离子体电源的研制
• 3.1 等离子体电源的特点
• 3.2 等离子电源的设计方案
• 3.3 半桥逆变器的设计和实现
• 3.3.1 半桥逆变器的工作原理
• 3.3.2 MOSFET管驱动电路
• 3.3.3 高频变压器的设计
• 3.3.4 半桥逆变器的实现
• 3.4 小结
• 4 低气压高频辉光放电的研究
• 4.1 辉光放电实验装置
• 4.2 低气压高频辉光放电实验
• 4.2.1 平行极板低气压辉光放电特性
• 4.2.2 平板电极辉光放电特性实验
• 4.2.3 中心电极高频辉光放电实验
• 4.3 小结
• 5 高频辉光等离子体的诊断
• 5.1 等离子体诊断
• 5.1.1 朗缪尔单探针的工作原理
• 5.1.2 朗缪尔双探针的工作原理
• 5.2 辉光放电等离子体测量
• 5.2.1 平板电极形式生成等离子体测量
• 5.2.2 中心电极形式生成等离子体测量
• 5.3 小结
• 6 等离子体灭菌的实验
• 6.1 平行板结构的灭菌实验及分析
• 6.1.1 灭菌实验
• 6.1.2 灭菌效果
• 6.2 中心电极放电形式的灭菌实验与分析
• 6.2.1 灭菌实验
• 6.2.2 灭菌效果实验
• 6.3 小结
• 7 结论
• 7.1 本研究主要特点
• 7.2 本研究主要工作内容
• 7.3 今后实验中有待改进的问题和研究方向
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集