CN104460703A - 可自调谐的全固态微波源mpt、自调谐装置及控制方法 - Google Patents
可自调谐的全固态微波源mpt、自调谐装置及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种可自调谐的全固态微波源MPT、自调谐装置及控制方法，微波等离子体炬（4）包括耦合天线（5）、调节件（6），装置包括微波源，控制模块（2），传动装置（3）。所述微波源与所述耦合天线（5）相连，调节件（6）与所述传动装置（3）相连，所述传动装置（3）与控制模块（2）相连，所述控制模块（2）与所述微波源相连。其中，所述微波源产生微波电磁场为微波等离子体炬（4）提供微波能，同时从耦合天线（5）获取微波等离子体炬（4）的反馈信息，微波源将反馈信息中的反射功率值提取出来并反馈给控制模块（2），控制模块依据反射功率值以及预设的参数关系曲线向所述传动装置（3）发出控制信号，传动装置（3）带动调节件（6）移动。
Description
技术领域
本发明涉及化学测量技术领域，具体地，涉及一种可自调谐的全固态微波源MPT、自调谐装置及控制方法。
背景技术
微波等离子体炬（MPT）为金钦汉教授于1985年所发明，对应申请专利号为CN 94205428.8。目前微波等离子体炬（MPT）已经商业化应用于顺序扫描型光谱仪、全谱直读型光谱仪等。然而，在这些MPT光谱仪的使用过程中，一旦系统的参数发生变化，就需要对炬管反射端面进行调节。如工作气体的变化、分析物成分和浓度的变化、流量的变化、功率的变化等等，或系统阻抗无法匹配，均使得工作状态下的MPT的反射功率处于非最优状态，能量得不到有效的利用，因此需要对炬管反射端面的位置进行调节，以便使其工作在最优状态下。
传统的MPT炬管是以手动调节实现的，属于开环控制，有以下不足：（1）需要操作者的经验；（2）为调节炬管频繁开关MPT光谱仪，操作繁琐，不利于仪器保护；（3）人工调节时仪器处于不封闭状态，易造成微波泄漏；（4）在一些非最佳工作状态时，MPT炬管自身发热给操作者带来了不便。
基于上述原因，亟需一种能够实现微波等离子体炬自调谐的装置和方法。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可自调谐的全固态微波源MPT、自调谐装置及控制方法。
根据本发明提供的一种全固态微波源MPT自调谐装置，所述微波等离子体炬（4）包括耦合天线（5）、调节件（6），其特征在于，所述装置包括全固态微波源，控制模块（2），传动装置（3）；
所述微波源与所述耦合天线（5）相连，所述调节件（6）与所述传动装置（3）相连，所述传动装置（3）与所述控制模块（2）相连，所述控制模块（2）与所述全固态微波源相连；
其中，所述全固态微波源用以：
产生微波电磁场，从而为微波等离子体炬（4）提供微波能；
从耦合天线（5）获取微波等离子体炬（4）的反馈信息，将反馈信息中的反射功率值提取出来并反馈给控制模块（2）；
所述控制模块用以依据所述反射功率值以及预设的参数关系曲线向所述传动装置（3）发出控制信号，
所述传动装置（3）用以根据所述控制信号带动调节件（6）移动。
进一步地，所述传动装置（3）包括电机和联动装置，所述电机分别与所述控制模块（2）和联动装置连接，所述联动装置与所述调节件连接；
所述电机用以根据控制模块（2）输出的控制信号转动，并通过联动装置带动调节件（6）移动。
进一步地，所述控制模块（2）为单片机。
进一步地，所述控制模块（2）为计算机。
本发明还提供一种可自调谐的全固态微波源MPT，其特征在于，包括上述全固态微波源MPT自调谐装置及等离子体炬（4）。
本发明还提供一种全固态微波源MPT自调谐控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1：设置反射功率系数的阈值；
S2：读取实时反射功率作为第一反射功率值，对所述实时反射功率值求取第一反射功率系数；
S3：判断所述第一反射功率系数是否大于所述阈值，是，则进入步骤S4，否,则返回步骤S2；
S4：发送控制信号增大反射端面距离；
S5：读取实时反射功率作为第二反射功率值，判断第二反射功率值是否大于第一反射功率值，是，则发送控制信号减小反射端面距离后返回步骤S2，否，则返回步骤S2。
进一步地，所述步骤S2和S5中读取实时反射功率的步骤具体为：读取之前预设次数的反射功率后取平均值作为实时反射功率。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明用于控制MPT光谱仪中的微波等离子体炬，本发明可有效实现微波等离子体炬的自调谐，无需进行人工调谐，从而降低了对MPT光谱仪使用者的经验要求，且在仪器自调谐过程中仪器一直处于闭环状态，无需频繁开关MPT光谱仪就能自调节，有利于仪器的保护，也有效避免微波的泄漏，提高MPT光谱仪的可操作性及使用寿命。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一种全固态微波源MPT自调谐装置示意图；
图2为反射功率系数与反射端面距离的关系拟合曲线；
图3为一种全固态微波源MPT自调谐控制方法的流程图；
上图中序号为：1-全固态微波源；2-控制模块；3-传动装置；4-微波等离子体炬；5-耦合天线；6-调节件；7-反射端面。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
如图1所示一种全固态微波源MPT自调谐装置，所述微波等离子体炬（4）包括耦合天线（5）、调节件（6），其特征在于，所述装置包括全固态微波源（1），控制模块（2），传动装置（3）；
所述全固态微波源与所述耦合天线（5）相连，所述调节件（6）与所述传动装置（3）相连，所述传动装置（3）与所述控制模块（2）相连，所述控制模块（2）与所述全固态微波源相连；
其中，所述全固态微波源产生微波电磁场为微波等离子体炬（4）提供微波能，同时从耦合天线（5）获取微波等离子体炬（4）的反馈信息，全固态微波源将反馈信息中的反射功率值提取出来并反馈给控制模块（2），控制模块依据所述反射功率值以及预设的参数关系曲线向所述传动装置（3）发出控制信号，传动装置（3）根据所述控制信号带动调节件（6）移动。
本实施例中全固态微波源用于为微波等离子体炬（4）提供微波能，以及提取微波等离子体炬（4）的反馈信息中的反射功率值，反馈给控制模块（2）。控制模块（2）用于通过传动装置（3）控制所述调节件（6）的位置。所述调节件（6）用于调节所述反射端面（7）的位置。如图1所示，反射端面（7）沿外管（16）到耦合天线（5）的距离为反射端面距离L1，通过对L1的控制可以实现对所述微波等离子体炬（4）的调谐。
本实施例所述全固态用于为微波等离子体炬（4）提供微波能，以及从耦合天线（5）获得反馈信息，提取所述反馈信息中的反射功率值，反馈给控制模块（2）。由控制模块（2）进行分析判断后控制所述传动装置（3）工作，所述传动装置（3）带动所述调节件（6）沿图1中所示外管（16）移动。通过控制调节件（6）的移动速度和位置实现对微波等离子体炬的调谐。
本实施例所述传动装置（3）包括电机和联动装置，所述电机分别与所述控制模块（2）和联动装置连接，所述联动装置与所述调节件连接。所述电机用以根据控制模块（2）输出的控制信号转动，并通过联动装置带动调节件（6）移动,。
本发明所述控制模块（2）可以是计算机，也可以是单片机，只要能满足本发明所需要的比较判断功能即可，不局限于本实施例。
本发明所述联动装置可采用导轨、齿轮传动（蜗轮蜗杆结构、伞形齿轮结构等）、皮带轮等结构，只要能满足本发明所需要的机械传动功能即可，不局限于本实施例。
本实施例中控制模块（2）采用计算机，传动装置（3）采用齿轮传动。
本实施例中的全固态微波源作为功率源为微波等离子体炬（4）提供微波能，在供能的同时也会获得微波等离子体炬（4）的反馈信息，反馈信息中包含有反射功率值，反射功率值与反射端面距离L1的关系如图2所示。全固态微波源具有提取反射功率值的功能，将提取获得的反射功率值反馈给计算机，计算机根据反射功率值作出分析判断，给电机发送动作电信号，电机根据接收的电信号带动齿轮转动，齿轮机械连动调节件（6）沿外管（16）上下移动。调节件（6）移动导致反射端面距离L1的变化，反馈信息也发生变化，计算机根据接收到的反馈信息对微波等离子体炬（4）的工作状态进行实时控制，实现微波等离子体炬的自调谐。
本实施例还提供一种包含上述全固态微波源MPT自调谐装置及等离子体炬（4）的可自调谐的全固态微波源MPT。通过所述全固态微波源MPT自调谐装置来实现全固态微波源MPT的自调谐功能。
实施例2：
基于实施例1所述的全固态微波源MPT自调谐装置，本实施例提供一种如图3所示的全固态微波源MPT自调谐控制方法。本实施例所述的全固态微波源MPT自调谐控制方法为试探法。
所述全固态微波源MPT自调谐控制方法用于上述可自调谐的全固态微波源MPT中。所述控制模块（2）中的自调谐控制方法包含以下步骤：
S1：设置反射功率系数的阈值；
S2：读取实时反射功率作为第一反射功率值，对所述实时反射功率值求取第一反射功率系数；
S3：判断所述第一反射功率系数是否大于所述阈值，是，则进入步骤S4，否,则返回步骤S2；
S4：发送控制信号增大反射端面距离；
S5：读取实时反射功率作为第二反射功率值，判断第二反射功率值是否大于第一反射功率值，是，则发送控制信号减小反射端面距离后返回步骤S2，否，则返回步骤S2。
或者所述控制模块（2）中的自调谐控制方法包含以下步骤：
S1：设置反射功率系数的阈值；
S2：读取实时反射功率作为第一反射功率值，对所述实时反射功率值求取第一反射功率系数；
S3：判断所述第一反射功率系数是否大于所述阈值，是，则进入步骤S4，否,则返回步骤S2；
S4：发送控制信号减小反射端面距离；
S5：读取实时反射功率作为第二反射功率值，判断第二反射功率值是否大于第一反射功率值，是，则发送控制信号增大反射端面距离后返回步骤S2，否，则返回步骤S2。
具体地，首先启动仪器和软件，在计算机软件中设定反射功率系数阈值，以10%为例，如图2中所示。通过点火装置点燃等离子体，使用计算机软件读取此时的反射功率值，取多值平均值。将计算得到的反射功率系数与阈值10%进行比较，判断是否超出阈值范围，若反射功率系数低于10%，则不需对炬管进行调节，继续读取反射功率值。若反射功率系数超出10%，需要通过传动装置调节炬管反射端面位置以减小反射功率。以20%为例，如图2中所示，其与拟合曲线在反射端面调节范围为0-120mm内有4个交叉点，无法判断此时的反射端面距离，进而无法判断反射端面调节方向。在本方法中首先调节反射端面朝着增加L1值的方向，同时读取反射功率，判断其是否减小，若其值减小则不需对炬管进行调节，继续读取反射功率值。若其值增加，则反方向调节即减小反射端面距离，随后继续读取反射功率值，如此反复。需注意的是该方法中并不限制初始调节方向。
其中读取实时反射功率的步骤具体为：读取预设次数的反射功率后取平均值作为实时反射功率。本实施例所用的控制方法可以无需预先获得反射功率值与反射端面距离L1的关系，可以避免根据关系曲线固定设置控制程序，提高了控制装置的抗干扰性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种全固态微波源MPT自调谐装置，所述微波等离子体炬（4）包括耦合天线（5）、调节件（6），其特征在于，所述装置包括全固态微波源，控制模块（2），传动装置（3）；
所述微波源与所述耦合天线（5）相连，所述调节件（6）与所述传动装置（3）相连，所述传动装置（3）与所述控制模块（2）相连，所述控制模块（2）与所述全固态微波源相连；
其中，所述全固态微波源用以：
产生微波电磁场，从而为微波等离子体炬（4）提供微波能，
从耦合天线（5）获取微波等离子体炬（4）的反馈信息，将反馈信息中的反射功率值提取出来并反馈给控制模块（2）；
所述控制模块用以依据所述反射功率值以及预设的参数关系曲线向所述传动装置（3）发出控制信号；
所述传动装置（3）用以根据所述控制信号带动调节件（6）移动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传动装置（3）包括电机和联动装置，所述电机分别与所述控制模块（2）和联动装置连接，所述联动装置与所述调节件连接；
所述电机用以根据控制模块（2）输出的控制信号转动，并通过联动装置带动调节件（6）移动。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述控制模块（2）为单片机。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述控制模块（2）为计算机。
5.一种可自调谐的全固态微波源MPT，其特征在于，包括权利要求1-2所述全固态微波源MPT自调谐装置及等离子体炬（4）。
6.一种全固态微波源MPT自调谐控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1：设置反射功率系数的阈值；
S2：读取实时反射功率作为第一反射功率值，对所述实时反射功率值求取第一反射功率系数；
S3：判断所述第一反射功率系数是否大于所述阈值，是，则进入步骤S4，否,则返回步骤S2；
S4：发送控制信号增大反射端面距离；
S5：读取实时反射功率作为第二反射功率值，判断第二反射功率值是否大于第一反射功率值，是，则发送控制信号减小反射端面距离后返回步骤S2，否，则返回步骤S2。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2和S5中读取实时反射功率的步骤具体为：读取之前预设次数的反射功率后取平均值作为实时反射功率。
8.一种全固态微波源MPT自调谐控制方法，其特征在于，包含以下步骤：S1：设置反射功率系数的阈值；
S2：读取实时反射功率作为第一反射功率值，对所述实时反射功率值求取第一反射功率系数；
S3：判断所述第一反射功率系数是否大于所述阈值，是，则进入步骤S4，否,则返回步骤S2；
S4：发送控制信号减小反射端面距离；
S5：读取实时反射功率作为第二反射功率值，判断第二反射功率值是否大于第一反射功率值，是，则发送控制信号增大反射端面距离后返回步骤S2，否，则返回步骤S2。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S2和S5中读取实时反射功率的步骤具体为：读取之前预设次数的反射功率后取平均值作为实时反射功率。
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