CN101718700A - 电感耦合等离子体电源输出匹配电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电感耦合等离子体电源输出匹配电路，其包括一变压器，所述变压器的初级线圈与输入信号连接，所述变压器的次级线圈与第一可调节电容、第二可调节电容连接，第一可调节电容的另一端与工作线圈连接，第二可调节电容的另一端接地，所述第一可调节电容由第一电机调节，第二可调节电容由第二电机调节，所述第一电机、第二电机与一可检测工作线圈传输效率的信号反馈单元连接。该电路可根据工作线圈的工作情况自动调节输出匹配，使输出功率能以最大的效率传输至输出负载工作线圈上。

Description

电感耦合等离子体电源输出匹配电路

技术领域

本发明涉及一种电感耦合等离子体电源，特别涉及一种电感耦合等离子体电源的输出匹配电路。

背景技术

电感耦合等离子体电源作为原子发射光谱仪的激发光源，其是原子发射光谱仪的重要部件之一。所谓电感耦合等离子体，就是在输出线圈中施加交变的高频电压，从而在线圈中产生交变的高频电磁场，该电磁场使得线圈内石英炬管中的工作气体中的电子和离子加速运动形成涡流，在电子和离子高速运动的过程中，会与工作气体分子发生碰撞，使得温度急剧升高，升高的温度又会使更多的工作气体的分子电离而产生更多的电子和离子，使温度进一步升高，进而形成可以自持的等离子体焰炬。等离子体焰炬是靠电感线圈耦合的能量来维持，电感线圈相当于变压器的初级，等离子体焰炬中的涡流相当于变压器的次级，这就是电感耦合等离子体的名称来源。由于等离子体焰炬的温度非常高(一般高于6000K)，可以使大多数元素得到激发，使从基态获得能量跃迁到激发态，在向回跃迁的时候，发出该元素的特征谱线。因此电感耦合等离子体是一种非常优秀的激发光源，广泛应用作为原子发射光谱仪的激发光源。该光源作为原子发射光谱仪的激发光源，具有激发能力强、检出限低、灵敏度高、线性范围宽、基体效应小等特点。

现有的电感耦合等离子体光源如图1所示，采用晶体振荡器作为高频信号源，经过推动放大级及功率放大级，对信号源的射频信号进行放大，经过输出匹配耦合级输出到电感耦合等离子体的负载线圈用以产生等离子体，鉴相反馈单元和自动增益衰减单元组成反馈电路。目前国内的电感耦合等离子体光源所使用的射频等离子体发生器，多数采用手动调节输出匹配的方法，以便使输出功率能以最大的效率传输至输出负载工作线圈上，但采用手动调节存在调节速度缓慢，调节精度差，对负载变化反应不能实时最佳匹配，自动化程度低，故障率高等不足。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种输出匹配电路，该电路可以对输出匹配进行自动调谐，使输出匹配达到实时最佳匹配的状态，使得输出功率能以最大的效率传输至输出负载工作线圈上。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种电感耦合等离子体电源输出匹配电路，其包括一变压器，所述变压器的初级线圈与输入信号连接，所述变压器的次级线圈与第一可调节电容、第二可调节电容连接，第一可调节电容的另一端与工作线圈连接，第二可调节电容的另一端接地，所述第一可调节电容由第一电机调节，第二可调节电容由第二电机调节，所述第一电机、第二电机与一可检测工作线圈传输效率的信号反馈单元连接。

优选的，所述信号反馈单元为一鉴相器。

上述技术方案具有如下有益效果：在该方案中，变压器用于阻抗变换，第一可调节电容、第二可调节电容及工作线圈构成一LC电路。等离子体焰炬就是通过工作线圈的电感耦合而形成的。当等离子体焰炬的工作状态发生改变的时候，整个匹配网络会暂时处于失谐的状态，此时根据由信号反馈单元得到的失谐的信号，通过控制第一电机、第二电机来改变第一可调节电容、第二可调节电容的电容值，改变由第一可调节电容、第二可调节电容及工作线圈构成的LC电路的阻抗，从而使得输出匹配电路重新回到最佳的匹配状态。因此该电路可根据工作线圈的工作情况自动调节输出匹配，使使输出功率能以最大的效率传输至输出负载工作线圈上。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1为电感耦合等离子体电源的电路模块示意图。

图2为本发明实施例的电路结构图。

具体实施方式

如图1所示，现有的电感耦合等离子体光源采用晶体振荡器作为高频信号源，经过推动放大电路及功率放大电路，对信号源的射频信号进行放大，经过输出匹配电路输出到电感耦合等离子体的工作线圈T11用以产生等离子体，鉴相反馈单元和自动增益衰减单元组成反馈电路。

如图2所示，其中输出匹配电路包括一变压器T10，变压器T10的初级线圈与输入信号连接，变压器的次级线圈与第一可调节电容C28、第二可调节电容C29连接，第一可调节电容C28的另一端与工作线圈T11连接，第二可调节电容C29的另一端接地，第一可调节电容C28由第一电机M2调节，第二可调节电容C29由第二电机M1调节。第一电机M2、第二电机M1与鉴相反馈单元的鉴相器连接。

鉴相器用来检测功率信号的电压信号以及电流信号，如果电压信号与电流信号同相，鉴相器输出直流电压为0V，说明功率信号的负载为存阻性负载，此时功率传输的效率最高，也就是达到了最佳匹配的状态。如果电压信号与电流信号不同相，或超前，或滞后，鉴相器输出直流电压就不是0V，而是正的直流信号或者负的直流信号，说明功率信号的负载为感性或者容性负载，此时负载处于失谐的状态，功率传输效率会比最佳匹配的时候要低。此时根据鉴相器得到的失谐的信号，通过控制第一电机M1和第二电机M2，改变第一可调节电容C28、第二可调节电容C29的电容值，使鉴相器的输出为0V，从而使得输出匹配电路重新回到最佳的匹配状态，使输出功率能以最大的效率传输至输出负载工作线圈上，从而使负载工作线圈上的输出功率达到最大。

以上对本发明实施例所提供的一种电感耦合等离子体电源输出匹配电路进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电感耦合等离子体电源输出匹配电路，其包括一变压器(T10)，所述变压器(T10)的初级线圈与输入信号连接，其特征在于：所述变压器的次级线圈与第一可调节电容(C28)、第二可调节电容(C29)连接，第一可调节电容(C28)的另一端与工作线圈(T11)连接，第二可调节电容(C29)的另一端接地，所述第一可调节电容(C28)由第一电机(M2)调节，第二可调节电容(C29)由第二电机(M1)调节，所述第一电机(M2)、第二电机(M1)与一可检测工作线圈(T11)传输效率的信号反馈单元连接。

2.根据权利要求1所述的电感耦合等离子体电源输出匹配电路，其特征在于：所述信号反馈单元为一鉴相器。

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