專(zhuān)利名稱(chēng)：全數(shù)字功率可調(diào)電感耦合等離子體射頻光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬無(wú)機(jī)分析儀器領(lǐng)域，提供了一種全數(shù)字功率可調(diào)電感耦合等離子體射 頻光源。用于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 (ICP-MS)。
背景技術(shù)：
電感耦合等離子體射頻光源是ICP-AES和ICP-MS中一個(gè)極為重要的核心部件。 它的作用是給分析試樣提供蒸發(fā)、原子化的激發(fā)能量。在光譜分析時(shí)，試樣的蒸發(fā)、原子化 和激發(fā)之間沒(méi)有明顯界限，這些過(guò)程幾乎是同時(shí)進(jìn)行的，而這一系列過(guò)程均直接影響譜線 的發(fā)射以及譜線的強(qiáng)度。不同功率的激發(fā)光源對(duì)各類(lèi)樣品、各種元素具有不同的激發(fā)行為。 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀和質(zhì)譜儀分析的誤差主要來(lái)源是光源。因此射頻光源的 水平直接決定了 ICP-AES和ICP-MS的整機(jī)水平。目前國(guó)產(chǎn)ICP-AES配備的射頻光源，輸出功率和功率穩(wěn)定性同國(guó)外儀器有較大 差距，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)儀器分析的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度差。同時(shí)國(guó)內(nèi)沒(méi)有商品化ICP-MS儀器，適合 ICP-MS的射頻光源未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供全數(shù)字式功率可調(diào)的電感耦合等離子體射頻光源，以獲得良好 的靈敏度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性?？蓪?shí)現(xiàn)光源點(diǎn)火自動(dòng)化、氬氣控制自動(dòng)化、光源輸出功率可在 軟件上進(jìn)行連續(xù)設(shè)定，范圍從650W-2000W，有利于分析性質(zhì)不同的材料的化學(xué)成分。本發(fā)明包括RF控制電路、功率控制電路、功率電源電路、射頻功率發(fā)生電路、氣 路控制電路、定向耦合器以及功率輸出電路。其特征在于計(jì)算機(jī)與RF控制電路之間采用 串口連接，計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，將輸出功率作為參數(shù)傳遞給RF控制電路，控制信號(hào)經(jīng)RF 控制電路接入功率控制電路，功率控制電路根據(jù)控制信號(hào)的大小控制功率電源電路的輸出 電壓，輸出電壓進(jìn)入射頻功率發(fā)生電路產(chǎn)生與控制信號(hào)大小相對(duì)應(yīng)的射頻功率，射頻功率 經(jīng)由定向耦合器進(jìn)入功率輸出電路，同時(shí)定向耦合器取得真實(shí)的輸出功率信號(hào)，輸出功率 信號(hào)進(jìn)入功率控制電路進(jìn)行閉環(huán)反饋。RF控制電路的連接RF控制電路通過(guò)串口連接計(jì)算機(jī)，接收包括光源啟動(dòng)、停止 信號(hào)、控制光源輸出功率以及設(shè)置光源等參數(shù)；RF控制電路通過(guò)排線連接氣路控制電路， 控制本光源所需的氣體；RF控制電路通過(guò)同軸信號(hào)線連接功率控制電路，傳遞輸出功率控 制量到功率控制電路；功率電源電路的連接根據(jù)上述步驟功率控制電路產(chǎn)生的功率控制信號(hào)，進(jìn)入功 率電源電路，功率電源電路產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的高壓直流信號(hào)；射頻功率發(fā)生電路的連接上述步驟所產(chǎn)生的高壓直流信號(hào)通過(guò)高壓信號(hào)線進(jìn)入 射頻功率發(fā)生電路，進(jìn)而產(chǎn)生40. 68MHz的射頻信號(hào)。定向耦合器的連接上述步驟產(chǎn)生的射頻信號(hào)，通過(guò)定向耦合器連接到功率輸出電路；同時(shí)定向耦合器獲取輸出功率的入射功率信號(hào)和反射功率信號(hào)，入射功率信號(hào)通過(guò) 同軸信號(hào)線進(jìn)入功率控制電路，進(jìn)行輸出功率閉環(huán)反饋；反射功率信號(hào)通過(guò)同軸信號(hào)進(jìn)入 RF控制電路，進(jìn)行輸出阻抗自動(dòng)調(diào)節(jié)；功率的輸出功率輸出電路輸出產(chǎn)生的射頻功率從而產(chǎn)生等離子體。傳統(tǒng)的等離子體射頻光源的輸出功率分成幾檔，實(shí)際應(yīng)用時(shí)根據(jù)需要選擇其一， 本發(fā)明的輸出功率可實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)整，調(diào)整范圍為650W-2000W，輸出功率作為參數(shù)由計(jì)算機(jī) 控制軟件進(jìn)行設(shè)定。作為光源，既能用于ICP-AWS，又可用于ICP-MS。通過(guò)定向耦合器入射信號(hào)進(jìn)行輸出功率閉環(huán)反饋，實(shí)現(xiàn)真實(shí)功率控制的。輸出阻抗根據(jù)樣品類(lèi)型的不同，實(shí)時(shí)進(jìn)行阻抗自動(dòng)匹配的，通過(guò)對(duì)定向耦合器反 射信號(hào)采樣實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明原理如下功率控制電路產(chǎn)生控制信號(hào)使功率電源電路輸出連續(xù)可調(diào)的直流高壓信號(hào)，信號(hào) 進(jìn)入射頻功率發(fā)生電路，射頻功率發(fā)生電路在直流高壓的作用下產(chǎn)生頻率為40. 68MHz的 自激震蕩，轉(zhuǎn)換高壓直流信號(hào)為射頻信號(hào)，射頻信號(hào)通過(guò)定向耦合器進(jìn)入功率輸出電路，射 頻功率通過(guò)功率輸出電路產(chǎn)生等離子體。傳統(tǒng)的電感耦合等離子體射頻光源的輸出功率分成幾檔，實(shí)際應(yīng)用時(shí)根據(jù)需要選 擇其一，屬于非連續(xù)調(diào)整；本發(fā)明的輸出功率可實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)整，調(diào)整范圍為650W-2000W，輸 出功率作為參數(shù)由計(jì)算機(jī)控制軟件進(jìn)行設(shè)定。通過(guò)定向耦合器取得輸出功率信號(hào)和反射功率信號(hào)，功率控制板通過(guò)真實(shí)功率控 制技術(shù)實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性、寬范圍的功率輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、光源的輸出功率連續(xù)可調(diào)，從650W-2000W 輸出功率直接影響激發(fā)樣品的能 力以及激發(fā)樣品的穩(wěn)定性，本光源有利于找到適合于不同材料的激發(fā)條件，保證元素的充 分激發(fā)和譜線穩(wěn)定性。這樣提高分析精度和速度，結(jié)果的重復(fù)性好。作為光源，既能用于 ICP-AES，又可用于 ICP-MS。2、光源的輸出阻抗自動(dòng)調(diào)諧通過(guò)獲取反射功率信號(hào)，RF控制電路自動(dòng)調(diào)節(jié)射頻 輸出阻抗，使得功率損耗最小，提高光源效率和穩(wěn)定性。3、光源工作流程自動(dòng)化和自動(dòng)保護(hù)功能操作流程完全有微處理器自動(dòng)控制，并 實(shí)時(shí)監(jiān)控儀器條件，故障自動(dòng)保護(hù)。


圖1為本發(fā)明全數(shù)字式功率可調(diào)的電感耦合等離子體射頻光源的系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括RF控制電路、功率控制電路、功率電源電路、射頻功率發(fā)生電路、氣 路控制電路、定向耦合器以及功率輸出電路；其特征在于計(jì)算機(jī)與RF控制電路之間采用 串口連接，計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，將輸出功率作為參數(shù)傳遞給RF控制電路，控制信號(hào)經(jīng)RF 控制電路接入功率控制電路，功率控制電路根據(jù)控制信號(hào)的大小控制功率電源電路的輸出電壓，輸出電壓進(jìn)入射頻功率發(fā)生電路產(chǎn)生與控制信號(hào)大小相對(duì)應(yīng)的射頻功率，射頻功率 經(jīng)由定向耦合器進(jìn)入功率輸出電路，同時(shí)定向耦合器取得真實(shí)的輸出功率信號(hào)，輸出功率 信號(hào)進(jìn)入功率控制電路進(jìn)行閉環(huán)反饋。RF控制電路通過(guò)排線連接氣路控制電路，控制本光源所需的氣體；RF控制電路通 過(guò)同軸信號(hào)線連接功率控制電路，傳遞輸出功率控制量到功率控制電路。功率輸出電路輸出產(chǎn)生的射頻功率產(chǎn)生等離子體。將本光源應(yīng)用于北京納克分析儀器有限公司生產(chǎn)的PlasmalOOO型電感耦合等離 子體發(fā)射光譜儀，對(duì)Ar光譜的420. 068nm譜線進(jìn)行連續(xù)測(cè)試，工作條件光源功率1150W， 冷卻氣15L/min，輔助氣0. 5L/min，載氣0. 2MPa，泵速20RPM，測(cè)試譜線強(qiáng)度結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種全數(shù)字功率可調(diào)電感耦合等離子體射頻光源，包括RF控制電路、功率控制電 路、功率電源電路、射頻功率發(fā)生電路、氣路控制電路、定向耦合器以及功率輸出電路；其特 征在于計(jì)算機(jī)與RF控制電路之間采用串口連接，計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，將輸出功率作為 參數(shù)傳遞給RF控制電路，控制信號(hào)經(jīng)RF控制電路接入功率控制電路，功率控制電路根據(jù)控 制信號(hào)的大小控制功率電源電路的輸出電壓，輸出電壓進(jìn)入射頻功率發(fā)生電路產(chǎn)生與控制 信號(hào)大小相對(duì)應(yīng)的射頻功率，射頻功率經(jīng)由定向耦合器進(jìn)入功率輸出電路，同時(shí)定向耦合 器取得真實(shí)的輸出功率信號(hào)，輸出功率信號(hào)進(jìn)入功率控制電路進(jìn)行閉環(huán)反饋；RF控制電路通過(guò)排線連接氣路控制電路，控制本光源所需的氣體；RF控制電路通過(guò)同 軸信號(hào)線連接功率控制電路，傳遞輸出功率控制量到功率控制電路；功率輸出電路輸出產(chǎn)生的射頻功率產(chǎn)生等離子體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于RF控制電路接收包括光源啟動(dòng)、停止信 號(hào)、控制光源輸出功率以及設(shè)置光源參數(shù)；功率控制電路產(chǎn)生的功率控制信號(hào)，進(jìn)入功率電源電路，功率電源電路產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的高 壓直流信號(hào)；高壓直流信號(hào)通過(guò)高壓信號(hào)線進(jìn)入射頻功率發(fā)生電路，進(jìn)而產(chǎn)生40. 68MHz的射頻信號(hào)；產(chǎn)生的射頻信號(hào)通過(guò)定向耦合器連接到功率輸出電路；同時(shí)定向耦合器獲取輸出功 率的入射功率信號(hào)和反射功率信號(hào)，入射功率信號(hào)通過(guò)同軸信號(hào)線進(jìn)入功率控制電路，進(jìn) 行輸出功率閉環(huán)反饋；反射功率信號(hào)通過(guò)同軸信號(hào)進(jìn)入RF控制電路，進(jìn)行輸出阻抗自動(dòng)調(diào) 節(jié)。
全文摘要
一種全數(shù)字功率連續(xù)可調(diào)的電感耦合等離子體射頻光源，屬于無(wú)機(jī)分析儀器領(lǐng)域。包括包括RF控制電路、功率控制電路、功率電源電路、射頻功率發(fā)生電路、氣路控制電路、定向耦合器以及功率輸出電路。計(jì)算機(jī)與RF控制電路之間采用串口連接，計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，將輸出功率作為參數(shù)傳遞給RF控制電路，控制信號(hào)經(jīng)RF控制電路接入功率控制電路，功率控制電路根據(jù)控制信號(hào)的大小控制功率電源電路的輸出電壓，射頻功率經(jīng)由定向耦合器進(jìn)入功率輸出電路，輸出功率信號(hào)進(jìn)入功率控制電路進(jìn)行閉環(huán)反饋。優(yōu)點(diǎn)在于，可實(shí)現(xiàn)光源點(diǎn)火自動(dòng)化、氬氣控制自動(dòng)化、光源輸出功率可在軟件上進(jìn)行連續(xù)設(shè)定，范圍從650W-2000W，有利于分析性質(zhì)不同的材料的化學(xué)成分。
文檔編號(hào)H05B41/36GK102065623SQ201010513710
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者周偉, 李宏偉, 羅劍秋, 趙英飛, 陳永彥 申請(qǐng)人:北京納克分析儀器有限公司