一种流量流向可调节离子风发生装置及方法

本发明涉及气体流量控制，尤其涉及一种流量流向可调节离子风发生装置及方法。

背景技术：

1、离子风发生装置基于电晕放电原理实现气流生成，其工作过程涉及高压电场下空气分子的电离作用，产生带电离子；这些离子在电场力驱动下定向迁移，并与中性气体分子发生动量交换，从而形成无机械运动部件的气流输出。得益于静音运行、低能耗及小型化结构等特性，此类装置已在半导体制造环节的晶圆静电消除、电子元器件散热管理以及精密仪器表面除尘等场景中得到应用。然而，当前主流离子风装置普遍采用开环电压控制机制，即通过人工设定或固定程序调整电极电压幅值以改变气流速度。该方式存在根本性缺陷：系统无法实时感知输出气流的实际状态变化。当遭遇环境温度或气压波动、电极表面因长期放电形成积尘或氧化层、以及气流通道阻力特性发生偏移时，离子风的质量流量会出现显著漂移，而驱动电压却缺乏自动补偿能力。部分改进方案尝试引入转子流量计或节流阀进行流量监测，但此类体积流量测量设备对温度和压力变化高度敏感，测量精度受限，且调节过程仍需人工干预，未能构建完整的反馈控制链路。此外，现有装置多采用单一电极对结构，仅能在管道内产生单向离子风推力，无法主动抑制管道内部的气压扰动，导致流量输出极易受上下游压力波动影响。核心问题在于，现有技术未能将气体流量的实时检测与驱动电压的动态调节有机结合，缺失基于实际流量数据的闭环反馈机制，致使装置在环境干扰或电极性能变化条件下难以维持稳定的气流输出。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种流量流向可调节离子风发生装置及方法，具有能够实现气体流量的实时稳定控制，有效抑制环境干扰导致的流量漂移，提高流量调节的精度和可靠性。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种流量流向可调节离子风发生装置，包括：

3、封闭管道，其内部形成气流通道；

4、至少一组电极对，布置于所述封闭管道内，每组电极对包括可被施加高压的上游电极和接地的下游电极，用于通过电晕放电产生离子风；

5、电控驱动单元，与所述上游电极和下游电极电性连接，配置为输出可调的电压波形以驱动所述电极对放电；以及，

6、流量检测单元，设置于所述封闭管道的气流通道上，用于实时采集气体流量信号；

7、其中，所述电控驱动单元与所述流量检测单元构成闭环控制回路，所述电控驱动单元根据所述流量检测单元反馈的流量信号，实时调节施于所述电极对的电压波形参数，以使离子风发生装置输出的气体流量稳定在预设值。

8、通过采用上述技术方案，流量流向可调节离子风发生装置，通过引入流量检测单元与电控驱动单元构成的闭环控制回路，实现了对离子风气体流量的实时监测与自动调节，由此，装置能够有效克服传统开环控制方式在环境扰动或电极状态变化时流量不稳定的问题，确保气体流量始终维持在预设值，从而提高了离子风装置在半导体晶圆静电消除、电子元件散热、精密仪器除尘等应用场景中的流量控制精度和稳定性。

9、本发明进一步设置为：所述电控驱动单元输出的电压波形为脉冲宽度调制波，通过调节所述脉冲宽度调制波的电压幅值、频率和占空比中的至少一个参数，以对气体流量进行连续调节。

10、通过采用上述技术方案，电控驱动单元采用脉冲宽度调制波形作为输出，并允许对该波形的电压幅值、频率和占空比中的至少一个参数进行灵活调节，从而能够实现对电晕放电过程的精细化控制，这种多参数、连续可调的特性，使得离子风的产生强度和流量可以被精确且平滑地调整。相较于简单的电压开关或粗略的电压等级调节，脉冲宽度调制波形及其参数的灵活控制，显著提升了气体流量调节的连续性和精度，从而确保了装置在闭环控制下能够更稳定、更准确地将气体流量维持在预设值，并能有效应对外部扰动，实现快速响应和平稳过渡。

11、本发明进一步设置为：所述电控驱动单元内嵌有pid控制逻辑或模糊pid控制逻辑，以根据流量反馈信号进行所述参数的整定。

12、通过采用上述技术方案，电控驱动单元能够基于更智能、更鲁棒的控制策略来调节施加于电极对的电压波形参数，当流量检测单元反馈的实时气体流量信号与预设流量值存在偏差时，内嵌的pid控制逻辑或模糊pid控制逻辑能够根据误差的大小、累积和变化趋势，精确计算出所需的脉冲宽度调制波参数调整量，这使得电控驱动单元能够更迅速、更准确地响应流量变化，有效抑制系统超调，消除稳态误差，并提高系统的抗干扰能力，因此，相比于简单的反馈调节，采用pid或模糊pid控制逻辑能够显著提升流量流向可调节离子风发生装置的控制精度和稳定性，确保气体流量能够快速且平稳地达到并维持在预设值，从而满足对流量控制精度要求更高的应用场景。

13、本发明进一步设置为：所述电极对设置有两组，两组电极对以所述封闭管道的中截面为对称面呈镜像对称排布；所述电控驱动单元配置为向两组电极对施加协同的驱动电压，以主动抵消管道内的气压扰动。

14、通过采用上述技术方案，两组电极对的镜像对称排布为离子风的产生提供了结构上的平衡基础，使得在管道中截面两侧能够产生对称或可控的非对称离子风场，电控驱动单元向两组电极对施加协同的驱动电压，能够根据实时检测到的气压扰动，主动、精确地调整离子风的强度和方向，从而在扰动发生时迅速产生抵消力，有效抑制管道内的气压波动对气体流量的影响，这显著提高了流量流向可调节离子风发生装置在复杂工况下的流量控制精度和稳定性，确保了气体流量能够更精确地维持在预设值，减少了因外部扰动引起的流量波动和控制滞后。

15、本发明进一步设置为：所述上游电极为线状电极或针状电极，所述下游电极为网状电极。

16、通过采用上述技术方案，将上游电极配置为线状电极或针状电极，能够利用其显著的尖端放电效应，在较低的驱动电压下高效稳定地产生电晕放电，从而生成高密度的离子流，为气体流量调节提供充足且可控的驱动力，同时，将下游电极配置为网状电极，其多孔结构在有效收集离子的同时，最大限度地降低了对气流的机械阻碍，并有助于在气流通道内形成均匀的电场分布，这确保了离子风能够均匀地作用于整个气流截面，避免了局部推力过强或过弱的问题，当两组电极对以镜像对称排布并由电控驱动单元施加协同驱动电压时，这种优化的电极结构能够确保两组电极对产生高效且均匀的离子风，从而更精确、更迅速地响应电控驱动单元的指令，主动抵消管道内的气压扰动，因此，该装置能够实现对气体流量的精细化、连续性调节，并有效抑制外部扰动，显著提高流量控制的精度和系统的鲁棒性。

17、本发明进一步设置为：所述装置为无机械运动部件的全电控构造，所述气流通道内无任何机械式流量调节部件。

18、通过采用上述技术方案，由于装置采用全固态电驱动结构且气流通道内无任何机械式流量调节部件，彻底避免了传统机械式流量调节装置中存在的磨损、噪音、振动以及响应迟滞等问题，这使得装置具有更高的可靠性和更长的使用寿命，同时能够实现更快速、更精确的流量响应和调节，此外，无机械部件的设计有效避免了对气流的污染，确保了气流通道的洁净度，这对于半导体制造、医疗器械、精密仪器等对洁净度要求极高的应用场景尤为重要，整个流量调节过程完全通过电场作用实现，使得装置结构更加紧凑，维护成本更低，并能适应更恶劣的工作环境。

19、本发明进一步设置为：所述封闭管道的管壁内表面设置有绝缘层，或者在管壁内表面的周向区域设置有接地的导体层，以影响管壁附近电荷分布，稳定管道中心主流区的离子风流场。

20、通过采用上述技术方案，无论是采用绝缘层积聚电荷形成排斥电场，还是采用接地的导体层泄放电荷维持稳定电场，其核心目的均在于有效防止离子风扩散到管壁，从而将离子风集中在管道的中心区域，形成一个稳定、高效的主流区，这种空间约束有助于提高离子风的传输效率，减少离子损失和能量损耗，并确保流量调节的精确性和稳定性，尤其是在全固态电驱动且无任何机械式流量调节部件的装置中，该技术方案能够显著提升装置的可靠性和性能，使得流量流向可调节离子风发生装置能够更精确、更稳定地输出预设的气体流量，有效克服了离子风扩散和管壁电荷积聚带来的流场不稳定问题。

21、本发明进一步设置为：所述流量检测单元为质量流量传感器，所述闭环控制回路实现对气体质量流量的直接控制。

22、通过采用上述技术方案，将流量检测单元具体限定为质量流量传感器，并使闭环控制回路实现对气体质量流量的直接控制，有效解决了传统体积流量控制在气体密度变化时精度不足的问题，由于质量流量传感器能够直接测量流体的质量流量，排除了温度、压力等环境因素对气体密度的影响，因此，电控驱动单元能够基于更准确的质量流量反馈信号进行调节，这使得装置能够精确地将输出的气体质量流量稳定在预设值，极大地提高了流量流向可调节离子风发生装置在需要精确物质输送的应用场景中的控制精度和稳定性，例如在精密化学反应、医疗气体输送或半导体工艺中，确保了实际输送物质的量始终符合要求，从而提升了整个系统的可靠性和性能。

23、本发明进一步设置为：一种离子风流量调节方法，包括以下步骤：

24、通过所述流量检测单元获取管道内的实时气体流量信号；

25、所述电控驱动单元比较所述实时气体流量信号与预设流量值，生成偏差值；

26、所述电控驱动单元基于所述偏差值，依据预设闭环控制逻辑，调节向所述电极对中的上游电极输出的电压波形参数；

27、将调节后的电压波形施加至所述上游电极，以将气体流量调节至所述预设流量值。

28、通过采用上述技术方案，装置能够自动感知流量偏差并即时调整驱动电压，从而在环境扰动条件下维持气体流量的恒定输出，解决了传统技术中因缺乏实时反馈而导致的控制精度不足问题。

29、本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：该装置的核心在于其闭环控制机制，电控驱动单元与流量检测单元构成一个闭环控制回路，在设备运行过程中，用户设定了一个期望的气体质量流量预设值，流量检测单元持续将实时采集到的气体质量流量信号反馈给电控驱动单元，电控驱动单元接收到流量信号后，会将其与预设流量值进行比较，计算出当前的流量偏差，例如，当环境温度升高导致气体密度变化，或电极表面因长期运行产生轻微积尘，使得离子风流量偏离预设值时，流量检测单元会立即感知到这一变化，电控驱动单元内嵌有pid控制逻辑，根据这个偏差值，实时整定并调节施加于电极对的电压波形参数，例如，电控驱动单元输出的电压波形为脉冲宽度调制波，通过调节该脉冲宽度调制波的电压幅值、频率和占空比中的至少一个参数，以对气体流量进行连续调节，通过这种方式，即使在环境温度、压力波动或电极状态发生变化时，电控驱动单元也能自动补偿，将气体流量稳定在预设值，避免了传统开环控制下流量漂移的问题，此外，由于该装置采用了两组电极对且呈镜像对称排布，电控驱动单元被配置为向这两组电极对施加协同的驱动电压，当管道内出现例如上游或下游的压力波动外部气压扰动时，流量检测单元会捕捉到由此引起的流量变化，电控驱动单元不仅会调节整体流量，还会根据扰动的方向和大小，协同调整两组电极对的驱动电压，以主动抵消这些气压扰动对气流稳定性的影响，这比现有技术中仅采用单组电极结构、缺乏主动抑制扰动能力的装置具有显著优势。

30、与现有技术中依赖手动调节电压或串联转子流量计进行粗略指示的开环系统相比，本示例中的装置通过流量检测单元与电控驱动单元构成的闭环控制回路，实现了对气体质量流量的直接、实时和自动控制，这种反馈机制能够有效应对环境变化和电极老化等因素引起的流量漂移，确保输出气流的稳定性，此外，采用对称排布的两组电极对并施加协同驱动电压，使得装置具备了主动抵消管道内气压扰动的能力，进一步提升了流量输出的鲁棒性，这是现有单组电极结构装置所不具备的。