CN102938964B - 多通道等离子体光源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的多通道等离子体光源，包括上位机、参数控制单元、稳压单元、多通道能量产生单元、点火单元和激发室。上位机通过以太网与参数控制单元相连，参数控制单元与多通道能量产生单元和点火单元分别相连，稳压单元通过多通道能量产生单元依次接至点火单元和激发室。本发明多通道等离子体光源的优点和积极效果在于：体积小、成本低、结构简单、可靠性和稳定性高，可以建立各种优化的电流波形函数，实现各种电流波形放电，对不同材质样品做最优分析，从而拓展原子发射光谱仪分析范围和应用领域。

Description

多通道等离子体光源
技术领域
本发明涉及光源技术领域，特别涉及一种多通道等离子体光源。
背景技术
激发光源是原子发射光谱仪的重要构成部分，激发光源的性能好坏对光谱仪的分析质量有着直接的影响，它所产生的误差占整个分析结果误差的90%。可以说，激发光源的性能决定了整个光谱仪的性能。
目前，传统的激发光源主要是通过集电弧、火花或高能火花等单一放电形式进行工作，选择激发参数受到很大限制，只能实现普通材料和常量元素的分析，分析范围和应用领域窄，很难实现特殊材料、特殊元素、超高含量和痕量元素的准确分析。传统激发光源通常体积较大，成本较高，可靠性和稳定性较低。
随着光谱分析技术的快速发展及广泛应用，通过研发高性能稳定可靠的激发光源来提高光谱仪性能成为各光谱仪生产厂家之间竞争的重要技术手段。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有技术的上述缺陷，提供一种体积小、成本低、可靠性和稳定性高的多通道等离子体光源，可以建立各种优化的电流波形函数，实现各种电流波形放电，对不同材质样品做最优分析，从而拓展原子发射光谱仪分析范围和应用领域。
为达到上述目的，本发明提供的多通道等离子体光源，包括稳压单元、点火单元和激发室，还包括参数控制单元和与其相连的多通道能量产生单元，所述参数控制单元与所述点火单元相连，所述稳压单元通过所述多通道能量产生单元依次接至所述点火单元和激发室，其中：
所述参数控制单元，用于根据不同的激发参数输出多路PWM控制信号驱动所述多通道能量产生单元，同时用于控制所述点火单元同步点火，实现在所述激发室内放电和产生高温等离子体；
所述多通道能量产生单元，用于由所述PWM控制信号产生PWM电流脉冲得到特定的电流波形输出，并通过所述电流波形改变所述高温等离子体的参数,以分析不同的样品。
本发明多通道等离子体光源，还包括上位机，所述上位机通过以太网与所述参数控制单元相连，用于通过所述以太网通信将激发参数发送给所述参数控制单元。
本发明多通道等离子体光源，其中所述参数控制单元采用单片机构成。
本发明多通道等离子体光源，其中所述多通道能量产生单元采用多路IGBT开关电路构成。
本发明多通道等离子体光源，其中所述参数控制单元与所述多通道能量产生单元和点火单元的接口分别采用光耦进行隔离连接。
本发明多通道等离子体光源的优点和积极效果在于：由于采用了参数控制单元和多通道能量产生单元，其体积小、成本低、可靠性和稳定性高，可以建立各种优化的电流波形函数，实现各种电流波形放电，对不同材质样品做最优分析，从而拓展原子发射光谱仪分析范围和应用领域。
下面将结合实施例参照附图进行详细说明。
附图说明
图1是本发明多通道等离子体光源的结构框图；
图2是多通道能量产生单元的电路原理图；
图3是点火单元的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明多通道等离子体光源的实施例。
参照图1，本发明提供的多通道等离子体光源，包括上位机1、参数控制单元2、稳压单元3、多通道能量产生单元4、点火单元5和激发室6。
上位机1通过以太网与参数控制单元2相连，参数控制单元2与多通道能量产生单元4和点火单元5分别相连，稳压单元3通过多通道能量产生单元4依次接至点火单元5和激发室6。
其中上位机1用于通过以太网通信将激发参数发送给参数控制单元2；参数控制单元2用于根据不同的激发参数输出多路PWM控制信号驱动多通道能量产生单元4，同时用于控制点火单元5同步点火，实现在激发室6内放电和产生高温等离子体；多通道能量产生单元4，用于由PWM控制信号产生PWM电流脉冲得到特定的电流波形输出，并通过电流波形改变等离子体的参数,以分析不同的样品。
稳压单元3采用开关电源，实现1%稳定电压输出，根据激发参数最大功率输出来确定开关电源的功率。
参数控制单元2采用单片机构成。参数控制单元2通过以太网和上位机1建立通信，采用高速抗干扰能力较强的AVR单片机，单片机接收到激发参数，根据激发参数不同生成PWM控制脉冲。单片机和多通道能量产生单元4及点火单元5的接口均采用光耦进行隔离，这样避免多通道能量产生单元4及点火单元5对参数控制单元2产生强烈的干扰，提高了参数控制单元2的稳定性。
多通道能量产生单元4采用多路IGBT开关电路构成。参见图2，所示为多通道能量产生单元4其中一个回路的电路图。由参数控制单元2输出的PWM控制信号，经光电耦合器隔离和驱动两路IGBT开关回路，IGBT输出与控制信号相同宽度PWM电流脉冲，两路PWM电流脉冲直接叠加在一起，再经过功率电感L1缓冲滤波，就可以得到平滑的电流波形，功率二极管在IGBT关断时起到续流作用。
多通道能量产生单元4可以实现多路IGBT开关回路组合式工作，这不仅提高了电流参数范围，也大大提高了电流放电的灵活性。通过设置不同的激发参数，可以实现不同电流波形放电，比如电弧、火花和高能火花等放电形式，各种放电形式所形成的等离子体具有不同的特点，根据等离子体特点和分析元素进行分类，从而实现各种元素最优分析。
参见图3，点火单元5通过内部升压电路可以输出9000V的高压点火脉冲，通过优化点火控制信号的脉宽，实现高效的点火脉冲输出。同时，将点火火花所产生电辐射和光辐射降到最小。点火控制信号在多通道能量产生单元4工作一定时间后开始触发，保证多通道能量产生单元4可靠引燃。由参数控制单元2输出固定宽度的脉冲信号，经光电耦合器U1隔离和驱动IGBT，300V电压通过IGBT斩波和点火变压器T1升压后产生9000V的高压脉冲，在激发室6内形成气隙放电，引燃已加载能量的多通道能量产生单元4的主能量回路，形成设定的电流波形放电。
参数控制单元2与多通道能量产生单元4和点火单元5的接口分别采用光耦进行隔离连接。
下面说明本发明多通道等离子体光源的工作过程。
上位机1通过以太网通信将激发参数发送给参数控制单元2，由参数控制单元2根据不同的激发参数输出多路PWM控制信号，由该PWM控制信号驱动多通道能量产生单元4产生PWM电流脉冲，经内部功率电感滤波后，可以得到特定的电流波形输出，由参数控制单元2控制点火单元5同步点火，可以实现在激发室6内放电，产生高温等离子体，等离子体各参数又可以通过调整电流波形改变。在硬件电路参数一定的情况下，可以实现任意电流波形的放电，不同的放电电流波形产生不同等离子体特性，从而实现各种样品的最优分析。采用多通道能量产生单元4，各通道可以同时工作，也可以分时工作，实现不同电流波形放电，不仅保证了较大电流参数范围，避免单通道连续工作因发热造成的可靠性下降。
本发明多通道等离子体光源内建多种优化的电流波形函数，通过分析不同材质的样品来调用不同的电流波形函数，从而实现不同样品的最优分析。可以根据样品材质的不同建立多达256种的电流波形函数，基本上涵盖了所有金属材质。该等离子体光源和传统激发光源相比具有体积小、重量轻、噪音低、干扰小、成本低、功能多、结构简单、可靠性和稳定性较高的多重优点。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1.一种多通道等离子体光源，包括稳压单元(3)、点火单元(5)和激发室(6)，其特征在于：还包括参数控制单元(2)和与其相连的多通道能量产生单元(4)，所述参数控制单元(2)与所述点火单元(5)相连，所述稳压单元(3)通过所述多通道能量产生单元(4)依次接至所述点火单元(5)和激发室(6)，其中：
所述参数控制单元(2)，用于根据不同的激发参数输出多路PWM控制信号驱动所述多通道能量产生单元(4)，同时用于控制所述点火单元(5)同步点火，实现在所述激发室(6)内放电和产生高温等离子体；
所述多通道能量产生单元(4)，用于由所述PWM控制信号产生PWM电流脉冲得到特定的电流波形输出，并通过所述电流波形改变所述高温等离子体的参数,以分析不同的样品。
2.根据权利要求1所述的多通道等离子体光源，其特征在于：还包括上位机（1），所述上位机（1）通过以太网与所述参数控制单元(2)相连，用于通过所述以太网通信将激发参数发送给所述参数控制单元(2)。
3.根据权利要求1或2所述的多通道等离子体光源，其特征在于：其中所述参数控制单元(2)采用单片机构成。
4.根据权利要求3所述的多通道等离子体光源，其特征在于：其中所述多通道能量产生单元(4)采用多路IGBT开关电路构成。
5.根据权利要求4所述的多通道等离子体光源，其特征在于：其中所述参数控制单元(2)与所述多通道能量产生单元(4)和点火单元(5)的接口分别采用光耦进行隔离连接。
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Denomination of invention: Multichannel plasma source

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Granted publication date: 20160330

Pledgee: Societe Generale Bank Limited by Share Ltd. Yantai branch

Pledgor: SHANDONG DONGYI PHOTOELECTRIC INSTRUMENTS Co.,Ltd.

Registration number: Y2020980004836

TR01 Transfer of patent right
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Address after: 264003 No.28, Chuangxin Road, hi tech Zone, Yantai City, Shandong Province

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Patentee after: Yantai Dongyi Optoelectronic Industrial Technology Research Institute Co.,Ltd.

Address before: 264003 No.11 Jingqi Road, Yantai hi tech Industrial Park, Shandong Province

Patentee before: SHANDONG DONGYI PHOTOELECTRIC INSTRUMENTS Co.,Ltd.

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