用于产生非热大气压等离子体的设备
阅读：324发布：2020-05-13
专利汇可以提供用于产生非热大气压等离子体的设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于产生非热 大气压 等离子体 的设备，所述设备具有：压电 变压器 (1)，所述 压电变压器 构成用于，在工艺介质中点燃非热大气压等离子体；和操控 电路 (11)，所述操控电路构成用于，将输入 电压 施加到压电变压器(1)，其中操控电路(11)构成用于，对输入电压进行调制，使得压电变压器(1)由于调制而产生声 信号 。，下面是用于产生非热大气压等离子体的设备专利的具体信息内容。
1.一种用于产生非热大气压等离子体的设备，所述设备具有：
第一压电变压器(1)，所述第一压电变压器构成用于，在工艺介质中点燃非热大气压等离子体，和
操控电路(11)，所述操控电路构成用于，将输入电压施加到所述第一压电变压器(1)上，
其中所述操控电路(11)构成用于，对所述输入电压进行调制，使得所述第一压电变压器(1)由于所述调制而产生声信号。
2.根据上一项权利要求所述的设备，
其中所述调制是幅值调制。
3.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述操控电路(11)构成用于，将具有载频的交流电压作为输入电压施加到所述第一压电变压器(1)上，并且借助调制频率调制所施加的所述输入电压的幅值，其中所述调制频率小于所述载频。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述声信号具有在可听到的频率范围内和/或在超声频率范围内的频率。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述设备具有壳体(12)，在所述壳体中设置有所述第一压电变压器(1)。
6.根据上一项权利要求所述的设备，
其中所述壳体(12)是谐振体积。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述壳体(12)具有催化活性的金属丝编织物。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的设备，
其中所述壳体(12)是喇叭状的。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的设备，
其中所述壳体(12)构成用于，消除在点燃等离子体时产生的臭氧。
10.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述压电变压器(1)为Rosen型变压器。
11.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述第一压电变压器(1)具有输出区域(3)，在所述输出区域处可产生高压，所述高压足以在没有单独的对应电极的情况下在所述工艺介质中点燃所述非热大气压等离子体。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的设备，
其中所述设备还具有对应电极(13)，并且其中所述设备构成用于，借助于在所述第一压电变压器(1)的输出区域(3)和所述对应电极(13)之间产生的电压点燃所述等离子体。
13.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
所述设备用于实现、加速或催化化学反应。
14.根据上一项权利要求所述的设备，
所述设备用于消除或减少有害物质，例如氧化氮、一氧化碳和/或精细粉尘。
15.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
所述设备设为用于，对表面进行激活或消毒。
16.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述工艺介质为气态介质、在应用温度和应用压力下气态存在的物质、在应用温度和应用压力下气态存在的物质混合物、气溶胶、液态的和/或固态的在气体中悬浮的微粒、液体或生物组织。
17.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述工艺介质为废气。
18.根据上一项权利要求所述的设备，
其中所述废气为内燃机的废气。
19.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中在所述第一压电变压器(1)的输出侧的端侧(10)上游设置有介电阻挡(1)，并且其中所述设备构成用于，将在输出侧的端侧(10)上产生的高压以电容的方式耦合输入到点火室(17)中，在所述点火室中存在所述工艺介质，使得在所述点火室(17)中在所述工艺介质中点燃非热大气压等离子体。
20.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
所述设备具有第二压电变压器(14)，所述第二压电变压器与所述第一压电变压器(1)相对置地设置，其中所述操控电路(11)构成用于，将输入电压施加到所述第二压电变压器(14)上，使得通过在这两个压电变压器(1，14)之间的电压产生所述非热大气压等离子体，其中以180°彼此相位错开地操控这两个压电变压器(1，14)。
21.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述设备具有至少一个另外的压电变压器(14)，所述另外的压电变压器并联于所述第一压电变压器(1)设置并且所述另外的压电变压器具有不同于所述第一压电变压器(1)的长度，其中所述操控电路(11)构成用于，对施加到所述另外的变压器(14)上的输入电压进行调制，使得所述另外的压电变压器(14)由于所述调制而产生声信号。
22.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述设备为手持设备。
23.一种扬声器，所述扬声器具有根据上述权利要求中任一项所述的设备。
24.一种排气装置，所述排气装置具有根据权利要求1至22中任一项所述的设备。
25.一种医学设备，所述医学设备具有根据权利要求1至22中任一项所述的设备。
26.一种用于抵御害虫的设备，所述设备具有根据权利要求1至22中任一项所述的设备。
27.一种用于颗粒分析的设备，所述设备具有根据权利要求1至22中任一项所述的设备，其中所述设备设置成并且构成为，为了分析目的和/或为了清洁废气流和/或为了减少相关的颗粒而将颗粒电离。
28.一种管道系统，所述管道系统具有根据权利要求1至22中任一项所述的设备或根据权利要求23所述的扬声器或根据权利要求24所述的排气装置或根据权利要求25所述的医学设备或根据权利要求26所述的用于抵御害虫的设备或根据权利要求27所述的用于颗粒分析的设备。
用于产生非热大气压等离子体的设备
技术领域
背景技术
[0002] 通过能够实现产生非热大气压等离子体和声信号的设备，在多个应用中能够利用等离子体和声信号之间的协同效应。例如，处于超声频率范围内的非热大气压等离子体和声信号可以用于清洁和消毒。如果现在借助于所述设备产生等离子体以及超声波，那么这二者可以同时用于清洁和消毒，由此实现高效率的清洁和消毒。
[0003] 应用如下设备也是可能的，在所述设备中仅需要将声信号用于所致力于的目的。例如，在等离子体扬声器中能够通过产生等离子体生成声信号。等离子体扬声器的特征在于在宽的频率范围之上的线性的频率特性。线性的频率特性在如下频率范围内存在，在该频率范围内，所产生的声信号的功率在输入功率预设的情况下对于该范围的不同的频率而言不明显变化，例如以小于5dB变化。
发明内容
[0004] 本发明的目的是，提出一种设备，所述设备能够实现，产生声信号以及非热大气压等离子体。
[0006] 提出一种用于产生非热大气压等离子体的设备，所述设备具有：第一压电变压器，所述第一压电变压器构成用于，在工艺介质中点燃非热大气压等离子体；和操控电路，所述操控电路构成用于，将输入电压施加到第一压电变压器上，其中操控电路构成用于，对输入电压进行调制，使得第一压电变压器由于调制而产生声信号。
[0007] 本发明因此涉及一种设备，在所述设备中借助于在其输出侧的端侧上可以点燃等离子体的压电变压器，不仅可以产生等离子体而且可以产生声信号。如果对施加到压电变压器上的输入电压进行调制，那么在压电变压器的输出范围内产生的高压具有调制。因此，高压的功率从而还有非热大气压等离子体的幅值波动，所述非热大气压等离子体根据输入电压的调制由压电变压器产生。现在由于在所产生的等离子体的幅值中的波动，产生声信号。在此，包围压电变压器的工艺介质能够振荡。通过改变所产生的等离子体火焰的体积被感知。由于对所产生的等离子体的调制而引起的压力波动因此可以引起工艺介质的振荡，通过所述振荡产生声信号。
[0008] 通过其幅值为了产生声波而被调制的等离子体借助于压电变压器产生，可以实现多个优点。
[0009] 设备的结构大小可以非常小地构成，因为对于传输声信号而言不需要传输构件。此外，系统可以不具有机械惯性，因为在借助于等离子体产生声波时不需要机械膜片，而是可以直接地引起工艺介质的振荡。与此相应地，可以产生在非常大的频率范围内的声信号。
与此不同地，在用于产生声音的机械系统中，可实现的上限频率通常通过系统的惯性限制。
如果声信号借助于压电变压器产生，那么上限频率受变压器的几何形状限制，使得可以实现非常高的上限频率。此外，在压电变压器中，上限频率也通过变压器的材料和其压电的和机械的性能来确定。
与此不同地，在用于产生声音的机械系统中，可实现的上限频率通常通过系统的惯性限制。
如果声信号借助于压电变压器产生，那么上限频率受变压器的几何形状限制，使得可以实现非常高的上限频率。此外，在压电变压器中，上限频率也通过变压器的材料和其压电的和机械的性能来确定。
[0010] 如果针对压电变压器使用PZT陶瓷作为压电材料，那么对于30mm的构件长度的情况，上限频率处于130kHz。对于其压电材料是无铅陶瓷的压电变压器，上限频率在压电变压器的长度为50mm时同样大致为130kHz。通过减小变压器的长度，可以进一步地提高上限频率。
[0011] 相对于将线圈变压器用于产生等离子体和声波的系统，借助于压电变压器产生等离子体的设备也具有显著的优点。因为在根据本发明的设备中不需要高压变压器，所以设备能够以小的结构大小制成。与此相应地，所述设备能够以简单的方式集成到扬声器或扬声器系统中。此外，压电变压器的能量需求是小的。与此相应地，设备能够借助电池运行。由此与需要电网电压以产生高功率的系统相比表现出安全优点。
[0012] 在所述设备中，足够的可以是，为压电变压器屏蔽主要的电磁波。然而可以放弃为设备的其他元件进行屏蔽。由此也可以实现设备的小的结构大小。
[0013] 设备的小的结构大小以及小的电压和功率要求以及压电变压器对损坏的不灵敏性造成，针对设备可以考虑宽的应用范围。例如可以考虑将设备应用在牙科中。在此，可以借助于在超声频率范围内的声信号和等离子体清洁和消毒牙齿和/或牙龈。需要电网电压以产生等离子体的系统不可用于所述应用或者仅在注意特定的防护措施和与此关联的额外耗费的情况下用于所述应用，因为由于电网电压而出现安全危险。此外，需要电网电压以产生等离子体的系统由于过大的构件大小通常不适合于应用在牙科中。
[0014] 可以将在其中点燃等离子体的介质称作为工艺介质。工艺介质例如可以为压电变压器的环境空气。工艺介质此外可以为任意在应用温度和应用压力下气态存在的物质，所有可考虑的在应用温度和应用压力下气态存在的物质混合物，具有液态和/或固态的在气体中悬浮的微粒的气溶胶，液体或生物组织。应用压力和应用温度说明下述压力或温度，在所述压力或温度下，设备通常用于产生非热大气压等离子体。应用压力尤其可以为大气压。应用压力可以在0.2bar和1.5bar之间，优选在0.8bar和1.2bar之间。应用温度尤其可以为室温。应用温度可以处于在-50℃和+155℃、优选在0℃和45℃的范围内。
[0015] 如果工艺介质为气态存在的物质，那么这例如为纯气体，如纯的He、纯的Ar、纯的N2、纯的O2、纯的CO2、纯的H2或纯的Cl2。此外，工艺介质H2O可以处于超临界的范围内。工艺介质可以具有超临界的、即在应用温度和应用压力下不可冷凝的纯物质。
[0016] 工艺介质能够具有多种上述纯气体或下述气体的一种或多种混合物：空气、保护气体和混合气体。在此，工艺介质选择成，使得在应用温度和应用压力下气体状态保持不变。
[0017] 工艺介质可以具有在气体或气体混合物中的液体气溶胶。其例如可以为在露点之上的空气，饱和蒸汽或汽油/柴油-空气混合物。工艺介质可以具有在气体或气体混合物中的固体气溶胶。该工艺介质例如可以为废气中的炭黑或空气中的精细粉尘。对于医学和技术应用而言，在将气溶胶用作为工艺介质时，可以实现特别好的结果。气溶胶尤其可以为空气中的小水滴。此外，所述气溶胶可以为H2O2或甲醛的小液滴。通过借助等离子体来处理小水滴，可以产生OH自由基。此外，小水滴可以用于，将产生的刺激性气体、例如臭氧或氧化氮化合，从而减少通过这些气体造成的环境负荷，以便提高使用安全性。所述刺激性气体化合能够附加地通过尤其用于消毒的刺激性气体、例如通过在小水滴中溶解的臭氧引起作用提高。设备也可以在废气流中用于颗粒沉积。设备也可以使用在蒸汽循环回路中或在卫生间中以及在其通风循环回路中，其中气溶胶同样可以形成工艺介质。
[0018] 设备可以设置在用于产生等离子体和声波的产生单元中。产生单元例如可以为扬声器、医学设备、用于抵御害虫的设备或管道系统。产生单元可以具有外部壳体，在所述外部壳体中设置有设备。设备但是也能够独立地、即无需具有外部壳体的产生单元就能够使用。
[0019] 如果通过在压电变压器的等离子体产生中的调制产生声波，那么可能出现后续的干扰机制，所述干扰机制可以引起噪声：压电变压器被激励形成振荡。所述振荡可以传递到变压器的固定部和/或其中设置有变压器的壳体上，由此可以产生声信号，所述声信号的频率基本上对应于激励频率，压电变压器借助所述激励频率运行。为了防止由此产生在可声学感知的范围内的噪声，变压器的激励频率优选选择为足够大的。激励频率例如可以大于100kHz，优选大于130kHz。在该情况下，通过压电变压器的振荡引起的震动不引起可听到的声信号。
[0020] 所产生的等离子体也可能具有噪声。所述噪声可以通过规则地停止等离子体点燃引起。该干扰机制以及用于降低等离子体的噪声的可能性随后更精确地被描述。
[0021] 调制能够是幅值调制。在此，操控电路可以构成用于，将具有载频的交流电压作为输入电压施加到压电变压器上，并且将所施加的输入电压的幅值借助调制频率调制，其中调制频率小于载频。例如，调制频率可以是载频的最多十分之一。调制频率在此对应于要产生的声信号的期望的音频。载频可以通过压电变压器的几何形状和材料确定。通过构件长度、即压电变压器的输入侧的端侧距输出侧的端侧的间距，确定其共振频率。载频应直接靠近谐振频率，这就是说，载频应仅与谐振频率相差几赫兹，例如不大于50Hz。
[0022] 声信号可能具有处于可听见的频率范围内和/或处于超声频率范围内的频率。声信号例如可以具有在0Hz和102kHz的范围内的频率。在16Hz至20kHz之间的频率在此视作为可听见的频率范围。超声频率范围可以具有20kHz至1.6GHz的频率。超声频率范围内的频率对于人类而言是不可听到的，因为所述频率是过高频的。
[0023] 设备可以具有壳体，在所述壳体中设置有压电变压器。壳体可以是共振体积。壳体可以构成用于，消除在产生等离子体时所形成的臭氧。替选地或补充地，壳体也可以构成用于，消除其他在产生等离子体时所形成的刺激性气体。
[0024] 壳体例如可以具有催化活性的金属丝编织物。金属丝编织物可以包围变压器。替选地，壳体可以喇叭形地构成，并且例如由铜或其他金属构成。壳体可以是法拉第笼。壳体可以用MnO2(软锰矿)覆层。壳体的在此提到的实施方式分别能够实现，通过壳体消除在产生等离子体时所产生的臭氧和刺激性气体。与此相应地，可以防止借助于可能损害健康的臭氧的污染。在大量应用中，例如在将所述设备在扬声器中使用时，等离子体仅为期望的声波产生的副产物。壳体为所述应用提供避免臭氧污染的有效的可能性。
[0025] 壳体作为金属丝编织物或成喇叭形的设计方案能够实现，以如下方式消除所产生的臭氧，所述方式不损坏或衰减由变压器产生的声信号。声信号可以通过金属丝编织物或喇叭形中的开口无阻碍地离开。
[0026] 变压器可以为Rosen型变压器。变压器尤其可以具有输入区域和输出区域，输入电压可施加到所述输入区域上，其中当将输入电压施加到输入区域上时，在输出区域的背离输入区域的输出侧的端侧上产生高压。输入电压在此是低电压并且例如可以出自电池。借助于在输出侧的端侧上产生的高压，可以产生等离子体。
[0027] 变压器可以具有输出区域，在所述输出区域上可产生高压，所述高压足以在工艺介质中没有单独的对应电极的情况下点燃非热大气压等离子体。所产生的输出电压在此可以大至，使得所述输出电压足以将工艺介质的原子和分子电离。
[0028] 替选地，设备还能够具有对应电极，其中设备构成用于，将等离子体借助于在压电变压器的输出区域和对应电极之间产生的电压点燃。
[0029] 放弃对应电极可以实现设备的进一步缩小的结构形式。使用对应电极可以实现，将所产生的等离子体束以期望的方式成形。此外，通过临近对应电极点燃等离子体，可能通过等离子体束引起的声学噪声可以被非常大程度地抑制直至被完全地抑制，这尤其对于设备构成为音频范围内的高音喇叭的情况造成明显的质量改进。
[0031] 设备可以构成用于和适合于，激活或消毒表面。
[0032] 等离子体的在上文中已经提到的噪声可以通过如下机制产生：在施加到变压器上的输入电压每次穿过零点或每个半波处，实际上没有引起等离子体点燃。如果弃用对应电极，那么在例如每第三次至每第四次穿过零点时出现断火，即出现等离子体点燃的中断。因此，等离子体点燃在操控信号的频率中可以通过断火叠加，所述断火以如下频率出现，所述频率例如为操控频率的四分之一。如果例如操控频率为50kHz，那么断火可以以大约15kHz的频率出现。与此相应地，断火能够以在可听到的范围内的频率出现。由于等离子体点燃的中断，由此可以产生声学可感知的噪声。如果现在临近对应电极点燃等离子体，那么等离子体点燃的中断更少地出现。借此，噪声的频率可以移动到超声范围内。所述噪声尤其在将设备在等离子体扬声器中使用时具有重要意义。
[0033] 替选地或补充地，等离子体的噪声也可以通过如下方式移动到超声范围内：压电变压器以明显更高的操控频率操控。以等离子体点燃的相同频率的中断为前提，在该情况下噪声的频率也会迁移到超声范围内。为了避免在可听到的频谱中的等离子体的噪声，操控频率例如可以大于100kHz，优选大于130kHz。在该情况下，规则地中断等离子体点燃仅引起如下噪声，所述噪声的频率处于可听到的区域之外。
[0035] 在另一实施例中，以直接贴靠在第一压电变压器的输出侧的端侧上的方式可以设置有介电阻挡，其中设备构成用于，将在输出侧的端侧上产生的高压以电容的方式耦合输入到点火室中，在所述点火室中存在工艺介质，使得在点火室中在工艺介质中点燃非热大气压等离子体。与此相应地，在该实施例中，不直接在变压器的输出侧的端侧上点燃等离子体，而是在点火室中点燃，所述点火室在空间上与端侧通过介电阻档分离。
[0036] 介电阻档例如可以为层，所述层具有玻璃、SiO2或Al2O3。
[0037] 介电阻档可以通过变压器的覆层形成。覆层可以完全地覆盖压电变压器，其中外部电极保持不具有覆层，或者覆层可以仅覆盖压电变压器的输出区域。
[0038] 替选地，变压器可以设置在腔中，所述腔包围压电变压器的输出区域。腔可以具有侧壁，其中腔的侧壁构成介电阻档。在此，侧壁由电介质构成。变压器可以推动到腔中。腔可以通过罩形成，所述罩构成用于，固定在设备上。
[0039] 在与压电变压器空间分离的点火室中点燃等离子体对于特定的应用可以是有利的。如果工艺介质不是气态介质，而是液体或生物组织，那么等离子体优选在与压电变压器空间分离的点火室中点燃，以便避免，变压器和工艺介质彼此直接接触。液体否则可能损坏变压器。生物组织还可能通过与压电变压器的直接接触而损坏。如果将用于产生非热大气压等离子体的设备例如使用在医学设备、如内窥镜中，那么在第一压电变压器的输出侧的端部上优选设置有介电阻档，以便避免，生物组织和变压器彼此直接接触。由此可以提高在操作医学设备时的安全性。
[0040] 如果组织或液体用作为工艺介质，那么工艺介质可以衰减变压器的振荡。通过将变压器和工艺介质通过介电阻档分离，然而可以确保，工艺介质不衰减变压器的振荡。
[0041] 在等离子体应在高压下或在高温下点燃的应用中，也有利的是，等离子体在与变压器空间分离的点火室中点燃。以所述方式可以避免，变压器承受高压和/或高温。否则，高压和/或高温可能损坏变压器和减少其使用寿命。
[0042] 如果将用于点燃等离子体的设备在腐蚀性介质中或在高温下或在高压下使用，那么设备优选构成为，使得仅压电变压器的由介电阻档包围的部分与工艺介质接触。在该情况下，介电阻档优选为惰性电介质，例如为玻璃。设备的其余部分可以由工艺介质包封。
[0043] 替选地，由压电变压器产生的高压可以经由相应地构成的目标设备耦合输入到点火室中。例如目标设备可以具有由玻璃构成的管件，压电变压器可以引导经过所述管件。目标设备可以构成用于，与点火室机械耦联。例如，目标设备可以与其他管件连接，所述其他管件例如是空调设施的一部分或是蒸汽发生器的一部分，其中等离子体以所述方式耦合输入到空调设施或蒸汽发生器中。与之相应地，经由目标设备可以将所产生的等离子体引向期望的应用地点。
[0044] 此外，在工艺介质可传导的应用中有利的是，变压器通过介电阻档与工艺介质分离。在此，例如为空调设施或装有所述设备的工具的构造金属。
[0045] 此外，介电阻档也可以在如下应用中是有利的：在所述应用中，将等离子体用于产生、加速或催化化学反应。对于这种应用然而同样也有利的是，将变压器在没有介电阻档的情况下与工艺介质接触并且直接在其中点燃等离子体。
[0046] 此外，设备可以具有第二压电变压器，其中操控电路可以构成用于，将输入电压施加到第二压电变压器上，使得通过在两个压电变压器之间的电压产生非热大气压等离子体，其中以180°彼此相位错开地操控第一和第二压电变压器。与此相应地，等离子体尤其可以在两个变压器之间点燃。施加到两个变压器上的输入电压在此分别进行幅值调制。
[0047] 通过在两个变压器之间点燃等离子体，以与在变压器和对应电极之间点燃等离子体类似的方式，可以抑制噪声。如果等离子体在两个反相运行的变压器之间被点燃，那么与临近对应电极点燃的情况下相比以更小的频率和/或频繁性出现等离子体点燃的中断。与此相应地，噪声的频率更远地移动到超声范围内，使得噪声不可声学地感知。出于抑制噪声的原因，可以显著地改进所产生的声信号的质量。
[0048] 等离子体在其之间点燃的两个变压器可以是彼此相同的。替选地，变压器可以在其长度和/或其材料方面彼此不同。
[0049] 此外，设备可以具有至少一个另外的压电变压器，所述另外的压电变压器具有如下长度，所述长度不同于第一压电变压器的长度和/或材料。操控电路还可以构成用于，对施加到另外的变压器上的输入电压进行调制，使得另外的压电变压器由于调制同样产生声信号。
[0050] 变压器能够以不同的频率操控。变压器可以彼此并联地运行。作为并联运行在此表示如下运行，其中变压器并排设置并且等离子体不在变压器之间点燃。通过使用其长度从而其共振频率彼此不同的多个变压器，可以改进所产生的声信号的声学质量。
[0051] 设备可以为手持设备。手持设备尤其可以为便携式设备，所述便携式设备适合于在不同地点的移动应用。
[0052] 本发明还涉及一种扬声器，所述扬声器具有上述设备。在此，尤其在由设备产生的声学声信号的非常大的频率范围上的线性频率特性尤其引起扬声器的高的质量。这种等离子体扬声器理论上非常接近理想的高音转换器，因为其将工艺介质用作为膜片，所述膜片能够实现，尽可能不接地地工作并且也不可能出现部分振荡，所述部分振荡否则会引起正常的膜片材料的音调变色。
[0053] 本发明还涉及一种排气装置，所述排气装置具有上述设备。设备在此尤其可以用于消除或减少有害物质，例如氧化氮，一氧化碳和/或精细粉尘。替选地，设备例如也可以用于分析目的。
[0054] 本发明还涉及一种医学设备，所述医学设备具有上述设备。在该设备中，例如将声信号、尤其在超声频率范围内的声信号和等离子体用于消毒和清洁。在此，通过借助于两种不同信号的清洁可以实现协同作用。在医学设备中，尤其在非热大气压等离子体中包含的或由其产生的基团、以及其他产生的反应物质、尤其O3和NOx对于相应的应用具有重要作用，例如龋齿处理、伤口处理或消毒表面。等离子体在此可以通过与所产生的声信号的附加的组合用于提高清洁和消毒效果。医学设备例如可以为探头或内窥镜。
[0055] 此外，本发明涉及一种用于抵御害虫的设备，所述抵御害虫的设备具有上述设备。例如，大老鼠、小老鼠、鼬、但是还有犬类或儿童可以远离超声波。等离子体也可以在驱赶害虫时促进协同作用。用于驱赶害虫的设备例如可以在汽车、花园、储藏间或管道系统、例如空调设施中使用。
[0056] 根据另一方面，本发明涉及一种用于颗粒分析的分析设备，所述分析设备具有如下设备，所述设备设置和构成为，为了分析目的和/或为了清洁废气流和/或为了减少相关的颗粒而将颗粒电离。
[0057] 根据另一方面，本发明涉及一种具有上述设备的管道系统，或具有上述设备的扬声器或具有这种设备的排气装置或具有这种设备的医学设备或具有这种设备的用于抵御害虫的设备或具有这种设备的用于颗粒分析的分析设备。附图说明
[0058] 下面根据附图详细描述本发明。
[0059] 图1示出压电变压器的立体图。
[0060] 图2示出根据第一实施例的用于产生等离子体和声信号的设备的示意图。
[0061] 图3示出根据第二实施例的设备的示意图。
[0062] 图4示出根据第三实施例的设备的示意图。
[0063] 图5示出根据第四实施例的设备，所述设备具有两个彼此并联设置的变压器。
[0064] 图6示出根据第五实施例的设备的横截面，其中在介电阻档下游进行等离子体点燃。
[0065] 图7示出根据第五实施例的一个变型形式的设备的横截面。
[0066] 图8示出在图7中示出的设备的立体图。
[0067] 图9和图10示出根据第六实施例的设备。
[0068] 图11示出第六实施例的第一变型形式。
[0069] 图12示出第六实施例的第二变型形式。
[0070] 图13和图14示出第六实施例的第三变型形式。
具体实施方式
[0071] 图1示出压电变压器1的立体图。压电变压器1尤其可以在用于产生非热大气压等离子体的等离子体生成器中使用。
[0073] 压电变压器1具有输入区域2和输出区域3，其中输出区域3沿纵向方向z连接于输入区域2。在输入区域2中，压电变压器1具有电极4，可以将交流电压施加到所述电极上。电极4沿压电变压器1的纵向方向z延伸。电极4在垂直于纵向方向z的堆叠方向x上与压电材料5交替地堆叠。压电材料5在此沿堆叠方向x极化。
[0074] 电极4在压电变压器1的内部设置并且也称作为内部电极。压电变压器1具有第一侧面6和第二侧面7，所述第二侧面与第一侧面6相对置。在第一侧面6上设置有第一外部电极8。在第二侧面7上设置有第二外部电极(未示出)。位于内部的电极4沿堆叠方向x交替地与第一外部电极8或第二外部电极电接触。
[0075] 输入区域2可以借助小的交流电压操控，所述交流电压施加在电极4之间。由于压电效应，将在输入侧施加的交流电压首先转换成机械振荡。机械振荡的频率在此主要与压电变压器1的几何形状和机械构造相关。
[0076] 输出区域3具有压电材料9并且不具有内部电极。输出区域3中的压电材料9沿纵向方向x极化。输出区域3的压电材料9可以是与在输入区域2的压电材料5相同的材料，其中压电材料5和9可以在其极化方向方面不同。在输出区域3中，压电材料9成形为唯一的单片层，所述单片层完全沿纵向方向z极化。在此，输出区域3中的压电材料9仅具有唯一的极化方向。
[0077] 如果将交流电流施加到输入区域2中的电极4上，那么在压电材料5、9之内构成机械波，所述机械波通过输出区域3中的压电效应产生输出电压。输出区域3具有输出侧的端侧10。在输出区域3中因此在端侧10和输入区域2的电极4的端部之间产生电压。在输出侧的端侧10上在此产生高压。在此，在输出侧的端侧和压电变压器的环境之间也产生高的电势差，所述高的电势差足以产生强的电场，使得将工艺介质电离。
[0078] 以所述方式，压电变压器1产生高的电场，所述电场能够将气体或液体通过电激励电离。在此，将相应的气体或相应的液体的分子或原子电离并且形成等离子体。如果在压电变压器1的表面上的电场强度超过等离子体的点燃场强，那么始终出现电离。作为等离子体的点燃场强在此表示如下场强，所述场强需要用于原子或分子的电离。
[0079] 在图1中示出的压电变压器除了产生非热大气压等离子体之外可以同时用于产生声信号。图2示出用于产生等离子体和声信号的设备。设备除了压电变压器1之外还具有操控电路11，所述操控电路构成用于，将输入电压施加到变压器1上。输入电压为在上文中描述的交流电压，所述交流电压施加到输入区域2的电极4上。输入电压的频率在下文中也称作为载频。输入电压的频率等于或至少近似压电变压器1的共振频率，以便在第一谐波下运行所述压电变压器。
[0080] 操控电路11现在构成用于，对施加到压电变压器1上的功率进行幅值调制。在此，将施加到压电变压器1上的输入电压的幅值借助调制频率进行调制。调制频率小于载频。根据对输入电压的幅值的调制，在压电变压器1的输出区域3上产生的高压也是调制的。借助压电变压器1产生的等离子体的功率以调制频率波动。由于所产生的等离子体的功率中的波动，产生声信号，其频率与调制频率一致。
[0081] 所产生的声信号具有在0Hz至102Hz的频率范围内的线性的频率特性。作为线性的频率特性在此表示如下性能，其中所产生的声信号的幅值与在给出的频率范围内的信号的频率无关或至少在给出的频率范围之内相差小于5dB，其中假设输入功率保持不变。
[0082] 设备还具有壳体12。壳体12包围压电变压器1。在图2中示出的实施例中，操控电路11也设置在壳体12中。替选地，操控电路11设置在壳体12之外。
[0083] 壳体12可以为催化活性的金属丝编织物。壳体12构成为，使得由变压器1产生的声信号可以从壳体12中离开。壳体12构成用于，吸收由压电变压器1产生的等离子体。尤其地，壳体应当吸收臭氧(O3)，所述臭氧在产生等离子体时产生。壳体12优选构成为接地的并且可能催化活性的金属丝编织物。
[0084] 替选地，压电变压器1可以仅部分地设置在壳体12中。在另一实施方式中，不设有包围压电变压器的壳体12。
[0085] 对壳体12替选地或补充地，设备可以具有外部壳体，在所述外部壳体中设置有设备的所有其他元件。在图2中示出的实施例中，在压电变压器1上施加的输入电压足够强，以便在变压器1的输出区域3中产生交流电压，所述交流电压在没有单独的对应电极的情况下点燃等离子体。
[0086] 图3示出根据第二实施例的设备，其中设有对应电极13。在第二实施例中，操控电路11也构成用于，对施加在压电变压器1上的输入电压进行幅值调制，所述幅值调制引起声信号的产生。
[0087] 对应电极13设置在压电变压器1的输出侧的端侧10上游。对应电极13与限定的电势、尤其接地电势连接。在压电变压器1的输出侧的端侧10和对应电极13之间的电压用于点燃等离子体。对应电极13可以如同在图3中示出的那样单独地在压电变压器1的输出区域3附近设置或者也对应于设备的壳体12。此外，可选地可以设有附加的外部壳体。
[0088] 通过临近对应电极13地点燃等离子体，可以非常大程度地至完全地抑制通过等离子体引起的声学噪声，这尤其对于作为在音频领域中的高频扬声器的应用而言造成相应的质量改进。
[0089] 图4示出用于产生非热大气压等离子体和声信号的设备的第三实施例。设备具有两个压电变压器1、14。变压器1、14由操控电路11以180°相位错开的方式运行。等离子体在这两个变压器1、14之间点燃。操控电路11又构成用于，对施加到两个压电变压器1、14上的输入电压进行幅值调制。
[0090] 操控电路11能够在两个单独的印刷电路板上构成，其中各一个印刷电路板与各一个变压器1、14连接，如在图4的示意图中所表明那样。替选地，操控电路11可以在唯一的印刷电路板上构成，所述印刷电路板与两个变压器1、14连接。
[0091] 在两个相位错开地运行的压电变压器1、14之间点燃等离子体同样引起非常大程度地或完全地抑制声学白噪声，所述声学白噪声通过等离子体引起。
[0092] 此外，设备可以具有多个并排设置的压电变压器1，所述压电变压器分别产生等离子体和声信号，以便例如提升声功率。压电变压器1可以在其几何形状方面从而在其相应的共振频率方面彼此不同。在该情况下，操控电路11构成用于，借助不同的载频操控压电变压器。
[0093] 图5示出根据第四实施例的设备。设备同样具有两个压电变压器1、14。这两个压电变压器1、14彼此并联地设置。与此相应地，两个压电变压器1、14的输出侧的端侧10朝向相同的方向。两个压电变压器1、14的长度不同。与此相应地，这两个压电变压器1、14的相应的共振频率也不同。
[0094] 两个压电变压器1、14与操控电路11连接。操控电路11构成用于，将交流电压作为输入电压施加到两个变压器1、14中的每个变压器上，其中交流电压的频率分别对应于相应的变压器1、14的共振频率。操控电路11此外构成用于，分别对输入电压的幅值进行调制，其中由两个变压器1、14中的每个变压器通过调制来产生声信号。
[0095] 声信号因此通过多个压电变压器1、14产生，所述压电变压器的共振频率从而由操控电路11施加到变压器1、14上的输入电压的频率不同。所产生的声信号的质量由此可以相对于仅由唯一的变压器1产生的信号改进。
[0096] 图6示出根据第五实施例的设备。设备具有压电变压器1和介电阻档15。介电阻档15直接在压电变压器1的输出侧的端侧10上游设置。在压电变压器1和介电阻档15之间设置有间隙16。
[0097] 等离子体点燃在点火室17中进行，所述点火室与压电变压器1通过介电阻档15分离。工艺介质处于点火室17中。与此相应地，压电变压器1与工艺介质不直接接触。
[0098] 尤其在在点火室17中使用高压和/或高温和/或腐蚀性或侵蚀性工艺介质的应用中，在与压电变压器1通过介电阻档15分离的点火室17中的等离子体产生是有利的。在该情况下可以避免，压电变压器1通过高压、高温或工艺介质损坏。在工艺介质为液体或生物组织的应用中也有利的是，等离子体在点火室17中产生，所述点火室与压电变压器1通过介电阻档15分开。这种应用例如可以为内窥镜，所述内窥镜具有用于产生非热大气压等离子的压电变压器1。
[0099] 在与压电变压器1通过介电阻档15分离的点火室17中的等离子体点燃的另一优点在于，在该情况下，工艺介质不衰减压电变压器1的振荡。所述工艺介质尤其在液态的或固态的工艺介质的情况下具有重大意义。
[0100] 也为了能够实现临近导电材料的等离子体点燃，而在此不损伤压电变压器1，在介电阻档15下游的等离子体点燃可以是有利的。
[0101] 介电阻档15可以是薄壁，所述薄壁由任意电介质、例如由玻璃、SiO2或Al2O3构成。介电阻档15构成用于，将在压电变压器1的输出侧的端侧10上产生的功率以电容的方式耦合输入到点火室17中从而在点火室17中触发等离子体点燃。
[0102] 在一个替选的实施例中，介电阻档15通过变压器1的覆层形成。在该情况下，覆层可以由介电材料、例如由玻璃、SiO2或Al2O3构成。
[0104] 图7示出根据第五实施例的一个变型形式的设备的横截面。图8示出所述设备的立体图。
[0105] 介电阻档15不通过面状的壁形成，而是构成腔，所述腔在输出区域3中部分地超出压电变压器1的侧壁。压电变压器1可以推入到由介电阻档15形成的腔中。腔例如可以将压电变压器1在其长度的四分之一上覆盖。在该情况下，在压电变压器1和介电阻档15之间可以留有间隙16。等离子体在点火室17中点燃，所述点火室与压电变压器1通过介电阻档15分开。
[0106] 图9和图10示出根据第六实施例的设备。
[0108] 设备具有多个、例如三个压电变压器1、14、19，所述压电变压器与点火室17分别通过面状的介电阻档15分开。变压器1、14、19沿着管道18设置。如果工艺介质沿着管道18流动，那么在此所述工艺介质依次经过压电变压器1、14、19。
[0109] 变压器1、14、19设置在管道18的外侧20上。介电阻档15分别设置在管道18的内侧21上。在此，介电阻档15分别直接在压电变压器1、14、19上游设置并且与其仅通过壁分开。
[0110] 每个变压器1、14、19可以在其输出侧的端侧10上产生高压，所述高压经由介电阻档15耦合输入到管道18的内部中，即耦合输入到点火室中，并且在那里触发等离子体点燃。与每个压电变压器1、14、19连接的操控电路构成用于，将每个压电变压器1、14、19借助调制的输入电压操控，使得在点火室17中产生声信号。
[0111] 图11示出第六实施例的一个变型形式。在图11中示出的实施例中，介电阻档15构成为腔，例如也在图7和8中示出的那样。形成点火室的管道18的壁具有凹部22，介电阻档15引入到所述凹部中。压电变压器1又设置在腔中。
[0112] 图12示出所述实施例的第二变型形式。在图12中示出的变型形式与在图10中示出的实施例的区别在于，在管道18中仅介电阻档15设置在管道18的内侧21上并且压电变压器1设置在管道18的外侧22上。变压器1和介电阻档15的数量能够是任意大的。
[0113] 图13和14示出第六实施例的第三变型形式，其中设有多个压电变压器1、14、19。管道18的壁具有多个凹部22，在所述凹部中分别设置有介电阻档15，所述介电阻档形成腔。在所述腔中的每个腔中设置有压电变压器1、14、19，所述压电变压器可以在管道18的内部中产生等离子体点燃。
[0114] 其中等离子体点燃在与压电变压器1通过介电阻档15分开的点火室17中进行的在此示出的实施例中的每个实施例中，操控电路11与压电变压器1连接，所述操控电路构成用于，将输入电压施加到变压器1上，并且对所述输入电压进行调制。由于调制而产生声信号。声信号与此相应地在这些实施例中始终在点火室17中产生。
[0115] 附图标记列表：
[0116] 1 压电变压器
[0117] 2 输入区域
[0118] 3 输出区域
[0119] 4 电极
[0120] 5 压电材料
[0121] 6 第一侧面
[0122] 7 第二侧面
[0123] 8 第一外部电极
[0124] 9 压电材料
[0125] 10 输出侧的端侧
[0126] 11 操控电路
[0127] 12 壳体
[0128] 13 对应电极
[0129] 14 压电变压器
[0130] 15 介电阻档
[0131] 16 间隙
[0132] 17 点火室
[0133] 18 管道
[0134] 19 压电变压器
[0135] 20 外侧
[0136] 21 内侧
[0137] 22 凹部
[0138] x 堆叠方向
[0139] z 纵向方向
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