專利名稱：多通道等離子體光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多通道等離子體光源。
背景技術(shù)：
激發(fā)光源是原子發(fā)射光譜儀的重要構(gòu)成部分，激發(fā)光源的性能好壞對光譜儀的分析質(zhì)量有著直接的影響，它所產(chǎn)生的誤差占整個分析結(jié)果誤差的90%?？梢哉f，激發(fā)光源的性能決定了整個光譜儀的性能。
目前，傳統(tǒng)的激發(fā)光源主要是通過集電弧、火花或高能火花等單一放電形式進(jìn)行工作，選擇激發(fā)參數(shù)受到很大限制，只能實現(xiàn)普通材料和常量元素的分析，分析范圍和應(yīng)用領(lǐng)域窄，很難實現(xiàn)特殊材料、特殊元素、超高含量和痕量元素的準(zhǔn)確分析。傳統(tǒng)激發(fā)光源通常體積較大，成本較高，可靠性和穩(wěn)定性較低。
隨著光譜分析技術(shù)的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，通過研發(fā)高性能穩(wěn)定可靠的激發(fā)光源來提高光譜儀性能成為各光譜儀生產(chǎn)廠家之間競爭的重要技術(shù)手段。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種體積小、成本低、可靠性和穩(wěn)定性高的多通 道等離子體光源，可以建立各種優(yōu)化的電流波形函數(shù)，實現(xiàn)各種電流波形放電，對不同材質(zhì)樣品做最優(yōu)分析，從而拓展原子發(fā)射光譜儀分析范圍和應(yīng)用領(lǐng)域。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的多通道等離子體光源，包括穩(wěn)壓單元、點火單元和激發(fā)室，還包括參數(shù)控制單元和與其相連的多通道能量產(chǎn)生單元，所述參數(shù)控制單元與所述點火單元相連，所述穩(wěn)壓單元通過所述多通道能量產(chǎn)生單元依次接至所述點火單元和激發(fā)室，其中
所述參數(shù)控制單元，用于根據(jù)不同的激發(fā)參數(shù)輸出多路PWM控制信號驅(qū)動所述多通道能量產(chǎn)生單元，同時用于控制所述點火單元同步點火，實現(xiàn)在所述激發(fā)室內(nèi)放電和產(chǎn)生聞溫等尚子體；
所述多通道能量產(chǎn)生單元，用于由所述PWM控制信號產(chǎn)生PWM電流脈沖得到特定的電流波形輸出，并通過所述電流波形改變所述高溫等離子體的參數(shù)，以分析不同的樣品O
本發(fā)明多通道等離子體光源，還包括上位機(jī)，所述上位機(jī)通過以太網(wǎng)與所述參數(shù)控制單元相連，用于通過所述以太網(wǎng)通信將激發(fā)參數(shù)發(fā)送給所述參數(shù)控制單元。
本發(fā)明多通道等離子體光源，其中所述參數(shù)控制單元采用單片機(jī)構(gòu)成。
本發(fā)明多通道等離子體光源，其中所述多通道能量產(chǎn)生單元采用多路IGBT開關(guān)電路構(gòu)成。
本發(fā)明多通道等離子體光源，其中所述參數(shù)控制單元與所述多通道能量產(chǎn)生單元和點火單元的接口分別采用光耦進(jìn)行隔離連接。
本發(fā)明多通道等離子體光源的優(yōu)點和積極效果在于由于采用了參數(shù)控制單元和多通道能量產(chǎn)生單元，其體積小、成本低、可靠性和穩(wěn)定性高，可以建立各種優(yōu)化的電流波形函數(shù)，實現(xiàn)各種電流波形放電，對不同材質(zhì)樣品做最優(yōu)分析，從而拓展原子發(fā)射光譜儀分析范圍和應(yīng)用領(lǐng)域。
下面將結(jié)合實施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖I是本發(fā)明多通道等離子體光源的結(jié)構(gòu)框圖2是多通道能量產(chǎn)生單元的電路原理圖3是點火單元的電路原理圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明多通道等離子體光源的實施例。
參照圖1，本發(fā)明提供的多通道等離子體光源，包括上位機(jī)I、參數(shù)控制單元2、穩(wěn)壓單元3、多通道能量產(chǎn)生單元4、點火單元5和激發(fā)室6。
上位機(jī)I通過以太網(wǎng)與參數(shù)控制單元2相連,參數(shù)控制單元2與多通道能量產(chǎn)生單元4和點火單元5分別相連 ,穩(wěn)壓單元3通過多通道能量產(chǎn)生單元4依次接至點火單元 5和激發(fā)室6。
其中上位機(jī)I用于通過以太網(wǎng)通信將激發(fā)參數(shù)發(fā)送給參數(shù)控制單元2 ;參數(shù)控制單元2用于根據(jù)不同的激發(fā)參數(shù)輸出多路PWM控制信號驅(qū)動多通道能量產(chǎn)生單元4，同時用于控制點火單元5同步點火，實現(xiàn)在激發(fā)室6內(nèi)放電和產(chǎn)生高溫等離子體；多通道能量產(chǎn)生單元4，用于由PWM控制信號產(chǎn)生PWM電流脈沖得到特定的電流波形輸出，并通過電流波形改變等離子體的參數(shù)，以分析不同的樣品。
穩(wěn)壓單元3采用開關(guān)電源，實現(xiàn)1%穩(wěn)定電壓輸出，根據(jù)激發(fā)參數(shù)最大功率輸出來確定開關(guān)電源的功率。
參數(shù)控制單元2采用單片機(jī)構(gòu)成。參數(shù)控制單元2通過以太網(wǎng)和上位機(jī)I建立通信，采用高速抗干擾能力較強(qiáng)的AVR單片機(jī)，單片機(jī)接收到激發(fā)參數(shù)，根據(jù)激發(fā)參數(shù)不同生成PWM控制脈沖。單片機(jī)和多通道能量產(chǎn)生單元4及點火單元5的接口均采用光耦進(jìn)行隔離，這樣避免多通道能量產(chǎn)生單元4及點火單元5對參數(shù)控制單元2產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾,提高了參數(shù)控制單元2的穩(wěn)定性。
多通道能量產(chǎn)生單元4采用多路IGBT開關(guān)電路構(gòu)成。參見圖2，所示為多通道能量產(chǎn)生單元4其中一個回路的電路圖。由參數(shù)控制單元2輸出的PWM控制信號，經(jīng)光電耦合器隔離和驅(qū)動兩路IGBT開關(guān)回路，IGBT輸出與控制信號相同寬度PWM電流脈沖，兩路 PWM電流脈沖直接疊加在一起，再經(jīng)過功率電感LI緩沖濾波，就可以得到平滑的電流波形， 功率二極管在IGBT關(guān)斷時起到續(xù)流作用。
多通道能量產(chǎn)生單元4可以實現(xiàn)多路IGBT開關(guān)回路組合式工作，這不僅提高了電流參數(shù)范圍，也大大提高了電流放電的靈活性。通過設(shè)置不同的激發(fā)參數(shù)，可以實現(xiàn)不同電流波形放電，比如電弧、火花和高能火花等放電形式，各種放電形式所形成的等離子體具有不同的特點，根據(jù)等離子體特點和分析元素進(jìn)行分類，從而實現(xiàn)各種元素最優(yōu)分析。
參見圖3，點火單元5通過內(nèi)部升壓電路可以輸出9000V的高壓點火脈沖，通過優(yōu)化點火控制信號的脈寬，實現(xiàn)高效的點火脈沖輸出。同時，將點火火花所產(chǎn)生電輻射和光輻射降到最小。點火控制信號在多通道能量產(chǎn)生單元4工作一定時間后開始觸發(fā)，保證多通道能量產(chǎn)生單元4可靠引燃。由參數(shù)控制單元2輸出固定寬度的脈沖信號，經(jīng)光電耦合器 Ul隔離和驅(qū)動IGBT，300V電壓通過IGBT斬波和點火變壓器Tl升壓后產(chǎn)生9000V的高壓脈沖，在激發(fā)室6內(nèi)形成氣隙放電，引燃已加載能量的多通道能量產(chǎn)生單元4的主能量回路， 形成設(shè)定的電流波形放電。
參數(shù)控制單元2與多通道能量產(chǎn)生單元4和點火單元5的接口分別采用光耦進(jìn)行隔離連接。
下面說明本發(fā)明多通道等離子體光源的工作過程。
上位機(jī)I通過以太網(wǎng)通信將激發(fā)參數(shù)發(fā)送給參數(shù)控制單元2，由參數(shù)控制單元2根據(jù)不同的激發(fā)參數(shù)輸出多路PWM控制信號，由該PWM控制信號驅(qū)動多通道能量產(chǎn)生單元4 產(chǎn)生PWM電流脈沖，經(jīng)內(nèi)部功率電感濾波后，可以得到特定的電流波形輸出，由參數(shù)控制單元2控制點火單元5同步點火，可以實現(xiàn)在激發(fā)室6內(nèi)放電，產(chǎn)生高溫等離子體，等離子體各參數(shù)又可以通過調(diào)整電流波形改變。在硬件電路參數(shù)一定的情況下，可以實現(xiàn)任意電流波形的放電，不同的放電電流波形產(chǎn)生不同等離子體特性，從而實現(xiàn)各種樣品的最優(yōu)分析。 采用多通道能量產(chǎn)生單元4，各通道可以同時工作，也可以分時工作，實現(xiàn)不同電流波形放電，不僅保證了較大電流參數(shù)范圍，避免單通道連續(xù)工作因發(fā)熱造成的可靠性下降。
本發(fā)明多通道等離子體光源內(nèi)建多種優(yōu)化的電流波形函數(shù)，通過分析不同材質(zhì)的樣品來調(diào)用不同的電流波形函數(shù)，從而實現(xiàn)不同樣品的最優(yōu)分析?？梢愿鶕?jù)樣品材質(zhì)的不同建立多達(dá)256種的電流波形函數(shù)，基本上涵蓋了所有金屬材質(zhì)。該等離子體光源和傳統(tǒng)激發(fā)光源相比具有體積小、重量輕、噪音低、干擾小、成本低、功能多、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和穩(wěn)定性較高的多重優(yōu)點。
上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容， 已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種多通道等離子體光源，包括穩(wěn)壓單元(3)、點火單元(5)和激發(fā)室(6)，其特征在于還包括參數(shù)控制單元(2)和與其相連的多通道能量產(chǎn)生單元(4),所述參數(shù)控制單元(2)與所述點火單元(5)相連，所述穩(wěn)壓單元(3)通過所述多通道能量產(chǎn)生單元(4)依次接至所述點火單元(5)和激發(fā)室(6)，其中所述參數(shù)控制單元(2)，用于根據(jù)不同的激發(fā)參數(shù)輸出多路PWM控制信號驅(qū)動所述多通道能量產(chǎn)生單元(4)，同時用于控制所述點火單元(5)同步點火，實現(xiàn)在所述激發(fā)室(6) 內(nèi)放電和產(chǎn)生高溫等離子體；所述多通道能量產(chǎn)生單元(4)，用于由所述PWM控制信號產(chǎn)生PWM電流脈沖得到特定的電流波形輸出，并通過所述電流波形改變所述高溫等離子體的參數(shù)，以分析不同的樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多通道等離子體光源，其特征在于還包括上位機(jī)(I)，所述上位機(jī)(I)通過以太網(wǎng)與所述參數(shù)控制單元(2)相連，用于通過所述以太網(wǎng)通信將激發(fā)參數(shù)發(fā)送給所述參數(shù)控制單元(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多通道等離子體光源，其特征在于其中所述參數(shù)控制單元(2)采用單片機(jī)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多通道等離子體光源，其特征在于其中所述多通道能量產(chǎn)生單元(4)采用多路IGBT開關(guān)電路構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多通道等離子體光源，其特征在于其中所述參數(shù)控制單元(2)與所述多通道能量產(chǎn)生單元(4)和點火單元(5)的接口分別采用光耦進(jìn)行隔離連接。
全文摘要
本發(fā)明提供的多通道等離子體光源，包括上位機(jī)、參數(shù)控制單元、穩(wěn)壓單元、多通道能量產(chǎn)生單元、點火單元和激發(fā)室。上位機(jī)通過以太網(wǎng)與參數(shù)控制單元相連，參數(shù)控制單元與多通道能量產(chǎn)生單元和點火單元分別相連，穩(wěn)壓單元通過多通道能量產(chǎn)生單元依次接至點火單元和激發(fā)室。本發(fā)明多通道等離子體光源的優(yōu)點和積極效果在于體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和穩(wěn)定性高，可以建立各種優(yōu)化的電流波形函數(shù)，實現(xiàn)各種電流波形放電，對不同材質(zhì)樣品做最優(yōu)分析，從而拓展原子發(fā)射光譜儀分析范圍和應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號G01J3/10GK102938964SQ20121041347
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者王世功, 趙珍陽, 張乃洲, 田中朝, 許玉興, 王中宜 申請人:山東東儀光電儀器有限公司