CN114141603A - 一种高频等离子体光源发生装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高频等离子体光源发生装置及系统，装置包括：升降机构、雾化器、炬管和感应线圈，所述雾化器的顶部设有出气管，出气管的上部伸入炬管中，出气管和炬管通过一便于机械手夹持的卡套相连通，所述感应线圈设于炬管的上方，所述雾化器通过一便于机械手夹持的固定托架设于升降机构上，所述升降机构用于带动雾化器和炬管整体移动，使炬管伸入所述感应线圈中。通过对装置进行适用性改造，使其便于机械手进行远距离操作，将其与屏蔽室或其它放射性箱室结合设计，从屏蔽室外将水、电、气等引入屏蔽室，即可实现对高放射性样品的远距离直接分析，具有操作简单、易于维护、安全性好等特点。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种高频等离子体光源发生装置及系统。
背景技术
高频等离子体光源是目前应用最为广泛的一种等离子体光源，通常作为元素分析的激发光源，具有激发效率高、稳定性好等优点。在一些核设施中，例如后处理厂、放化分析实验室等，通常需要对放射性样品进行元素分析以获得样品组成的关键数据。由于样品具有放射性，人员无法直接操作，需要在屏蔽室(具有一定厚度混凝土、或碳钢屏蔽的箱室)内进行，特别是分析放射性强的样品，需要机械手进行辅助操作。目前，没有专门针对于屏蔽室等放射性环境使用的高频等离子体光源发生装置，现有市售的发生装置难以满足机械手的操作要求，使用、检修、维护操作难以实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种适用于屏蔽室等放射性环境中便于机械手操作的高频等离子体光源发生装置，还相应提供一种具有该装置的系统。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种高频等离子体光源发生装置，包括：升降机构、雾化器、炬管和感应线圈，
所述雾化器的顶部设有出气管，所述出气管的上部伸入炬管中，所述出气管和炬管通过一便于机械手夹持的卡套相连，
所述感应线圈设于炬管的上方，所述雾化器通过一便于机械手夹持的固定托架设于升降机构上，所述升降机构用于带动雾化器和炬管整体移动，使炬管伸入所述感应线圈中。
所述出气管的下部和炬管的下部均套设于卡套中，所述卡套的外壁设有便于机械手夹持的凹槽。
卡套和固定托架采用包括但不限于聚醚醚酮(PEEK)、塑料、聚乙烯、聚丙烯的材料制成。
可选地，所述卡套的下部套设于出气管上，其上部套设于炬管中，其中部设有便于机械手夹持的凹槽。
可选地，所述升降机构包括底盘、驱动机构和升降平台，所述固定托架滑设于升降平台上，所述驱动机构连接于底盘和升降平台之间，用于驱动升降平台相对底盘升降。
本发明还提供一种高频等离子体光源发生系统，包括屏蔽室、高压放电装置、气源，以及上述的高频等离子体光源发生装置，
所述高压放电装置和气源均设于屏蔽室外，所述高频等离子体光源发生装置设于屏蔽室内，所述气源与雾化器相连，用于向雾化器内输送工作气体，所述雾化器还用于与送入屏蔽室内的样品源相连，且用于将进入其内的样品雾化，
所述高压放电装置与感应线圈电连接，用于向感应线圈中输入高压电流，以使感应线圈产生交变磁场，且在炬管内产生高频火花，以使炬管内的工作气体和气溶胶样品在交变磁场的作用下持续电离。
可选地，所述高压放电装置包括高频发生器和高压点火器，
所述高频发生器和感应线圈之间设有高频电缆，所述高频电缆的一端与高频发生器电连接，另一端穿过屏蔽室后与感应线圈电连接，
所述高压点火器和炬管之间设有高压电缆，所述高压电缆的一端与高压点火器电连接，另一端穿过屏蔽室后靠近炬管设置。
可选地，所述高频电缆包括第一高频电缆段和第二高频电缆段，所述第一高频电缆段的一端穿过屏蔽室后与高频发生器电连接，所述第二高频电缆段的一端与感应线圈电连接，所述第一高频电缆段的另一端和所述第二高频电缆段的另一端通过第一快换接头电连接。
可选地，所述高压电缆包括第一高压电缆段和第二高压电缆段，所述第一高压电缆段的一端穿过屏蔽室后与高压点火器电连接，所述第二高压电缆段的一端靠近炬管设置，所述第一高压电缆段的另一端和所述第二高压电缆段的另一端通过第二快换接头电连接。
可选地，所述气源和雾化器之间连有气管，所述气管包括第一气管段和第二气管段，所述第一气管段的一端穿过屏蔽室后与气源连接，所述第二气管段的一端与雾化器连接，所述第一气管段的另一端和所述气管段段的另一端通过第三快换接头连通。
可选地，所述第二气管段上还连有第三气管段和第四气管段，第三气管段和第四气管段均与炬管相连通。
可选地，还包括水源，所述水源和感应线圈通过水管相连，用于冷却感应线圈，
所述水管包括第一水管段和第二水管段，所述第一水管段的一端穿过屏蔽室后与水源连接，所述第二水管段的一端与感应线圈连接，所述第一水管段的另一端和所述水管段的另一端通过第四快换接头连通。
本发明中，由于雾化器和炬管均为易碎的石英玻璃材质，通过在雾化器底部设置便于机械手操作的固定托架，且在雾化器和炬管之间设置便于机械手夹持的卡套，以实现雾化器与基座、雾化器与炬管的简单、快速安拆，并且，通过设置升降机构，以实现炬管精准套入高压放电装置的线圈中，从而本发明能够实现高频等离子体光源发生装置的快速安拆、使用、检维修操作，该装置尤其适用于屏蔽室等放射性环境。
将其与屏蔽室或其它放射性箱室结合设计，从屏蔽室外将水、电、气等引入屏蔽室，即可实现对高放射性样品分析的远距离直接分析，避免对样品进行降低放射性水平的稀释，具有操作简单、易于维护、安全性好等特点。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的高频等离子体光源发生装置的结构示意图。
图中：1、雾化器；2、炬管；3、感应线圈；4、卡套；5、固定托架；6、出气管；7、驱动机构；8、升降平台；9、屏蔽室；10、气源；11、高频发生器；12、高压点火器；13、高频电缆；14、高压电缆；15、第一快换接头；16、第二快换接头；17、气管；18、第三快换接头；19、水源；20、水管；21、贯穿件。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种高频等离子体光源发生装置，包括：升降机构、雾化器、炬管和感应线圈，
所述雾化器的顶部设有出气管，所述出气管的上部伸入炬管中，所述出气管和炬管通过一便于机械手夹持的卡套相连，
所述感应线圈设于炬管的上方，所述雾化器通过一便于机械手夹持的固定托架设于升降机构上，所述升降机构用于带动雾化器和炬管整体移动，使炬管伸入所述感应线圈中。
本发明还提供一种高频等离子体光源发生系统，包括屏蔽室、高压放电装置、气源，以及上述的高频等离子体光源发生装置，
所述高压放电装置和气源均设于屏蔽室外，所述高频等离子体光源发生装置设于屏蔽室内，所述气源与雾化器相连，用于向雾化器内输送工作气体，所述雾化器还用于与送入屏蔽室内的样品源相连，且用于将进入其内的样品雾化，
所述高压放电装置与感应线圈电连接，用于向感应线圈中输入高压电流，以使感应线圈产生交变磁场，且在炬管内产生高频火花，以使炬管内的工作气体和气溶胶样品在交变磁场的作用下持续电离。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种高频等离子体光源发生装置，包括：升降机构、雾化器1、炬管2和感应线圈3，
雾化器1的顶部设有出气管6，出气管6的上部伸入炬管2中，出气管6和炬管2通过一便于机械手夹持的卡套4相连通，
感应线圈3设于炬管2的上方，雾化器1通过一便于机械手夹持的固定托架5设于升降机构上，升降机构用于带动雾化器1和炬管2整体移动，使炬管的上部伸入感应线圈3中。
由于雾化器1和炬管2均为易碎的石英玻璃材质，本实施例通过在雾化器1底部设置便于机械操作的固定托架5，且在雾化器1和炬管2之间设置便于机械手夹持的卡套4，以实现雾化器1与基座、雾化器1与炬管2的简单、快速安拆，并且，通过设置升降机构，以实现炬管1准确套入高压放电装置的感应线圈3中，从而本发明能够实现高频等离子体光源发生装置的快速安拆、使用、检维修操作，该装置尤其适用于屏蔽室等放射性环境。
将其与屏蔽室或其它放射性箱室结合设计，从屏蔽室外将水、电、气等引入屏蔽室，即可实现对高放射性样品的远距离直接分析，具有操作简单、易于维护、安全性好等特点。
本实施例中，出气管6的下部和炬管2的下部均套设于卡套4中，卡套4的外壁设有便于机械手夹持的凹槽。
由此，雾化器与炬管的连接处设计为机械手易拆卸的结构，机械手只需夹住炬管2并向上拔出，即可实现炬管2与雾化器1的分离。
具体地，卡套4采用PEEK、塑料、聚乙烯、聚丙烯等耐酸碱、耐辐照的材料，卡套4外侧设置凹槽，便于机械手的手指夹持，可防止炬管2和卡套4滑落，卡套4伸出炬管2底部，机械手通过夹住卡套4，通过压紧的方式将雾化器1顶部的出气管6插入卡套4内，使雾化器1与炬管2底部连接，拆除时，机械手夹住卡套4，向外拔出即可使炬管2和雾化器1脱离。
本实施例中，升降机构包括底盘、驱动机构7和升降平台8，固定托架5滑设于升降平台8上，驱动机构7与连接于底盘和升降平台8之间，用于驱动升降平台8相对底盘升降。
高频发生器是产生等离子体光源的关键部件之一，高频发生器上的感应线圈3需环绕在炬管2上部，机械手无法直接取下炬管2或感应线圈3，为便于对部件进行安装和维护，本实施例设置了升降机构，通过升降机构带动雾化器1和炬管2升降，以使炬管2和感应线圈3能够定位或脱离。
底盘、升降平台8和驱动机构7均为不锈钢材质，底盘的支腿固定在屏蔽室地面，底盘用于整个升降机构的位置固定并提供支撑，升降平台8上放置雾化器和炬管，驱动机构7用于驱动升降平台8在竖直方向上移动并能固定在行程中的任一位置，用于炬管2定位和拆卸，驱动机构7可采用手动、电动或气动方式，升降平台8的移动行程大于或等于40mm，定位精度小于或等于0.1mm。
上述驱动机构7采用手动方式驱动时，驱动机构7可采用底部配重的形式，在底盘下方设置不同重量的不锈钢配重块、钢丝绳和不锈钢的滑轮，通过配重块重量的差异，带动钢丝绳在滑轮上移动，钢丝绳牵引滑杆运动，滑杆与升降平台8焊接固定，进而带动升降平台8上下移动；也可以采用链轮传动的方式，设置机械手可夹持和旋转手柄，手柄底部设置链轮和链条，升降平台8底部设置丝杠，通过链轮和链条的传动，带动丝杠旋转，使升降平台8上下移动。无论是底部配重还是链轮传动的方式，均可通过机械限位块来确保升降平台8的移动行程不超过设计范围。
上述驱动机构7采用电动方式时，选用耐辐照电机，电机置于屏蔽室内，电机快速转动带动丝杠旋转；采用气动方式时，在屏蔽室内设置气缸，从屏蔽室外将压空引入屏蔽室内，气缸驱动升降平台8的移动。
升降平台8上设置导向滑轨、限位块、锁紧器、卡槽和挡边等，安装雾化器1时，机械手夹住雾化器1底部的固定托架5，将雾化器1放置于升降平台8上，通过导向滑轨将雾化器1推动至限位块处，再通过锁紧器将雾化器1底部的固定托架5与升降平台8上的卡槽锁死固定，实现雾化器1的准确定位，挡边的作用是防止雾化器1掉落。
实施例2：
本实施例的高频等离子体光源发生系统，包括屏蔽室9、高压放电装置、气源10，以及实施例1的高频等离子体光源发生装置，
高压放电装置和气源10均设于屏蔽室9外，高频等离子体光源发生装置设于屏蔽室9内，气源10与雾化器1相连，用于向雾化器1内输送工作气体，雾化器1还用于与送入屏蔽室9内的样品源相连，且用于将进入其内的样品雾化，
高压放电装置与感应线圈3电连接，用于向感应线圈3中输入高压电流，以使感应线圈3产生交变磁场，且在炬管2内产生高频火花，以使炬管2内的工作气体和气溶胶样品在交变磁场的作用下持续电离。
本实施例中，高压放电装置包括高频发生器11和高压点火器12，
高频发生器11和感应线圈3之间设有高频电缆13，高频电缆13的一端与高频发生器11电连接，另一端穿过屏蔽室9后与感应线圈3电连接，
高压点火器12和炬管2之间设有高压电缆14，高压电缆14的一端与高压点火器12电连接，另一端穿过屏蔽室9后靠近炬管2设置。
本实施例中，
高频电缆13包括第一高频电缆段和第二高频电缆段，第一高频电缆段的一端穿过屏蔽室9后与高频发生器11电连接，第二高频电缆段的一端与感应线圈3电连接，第一高频电缆段的另一端和第二高频电缆段的另一端通过第一快换接头15电连接。
本实施例中，
高压电缆14包括第一高压电缆段和第二高压电缆段，第一高压电缆段的一端穿过屏蔽室9后与高压点火器12电连接，第二高压电缆段的一端靠近炬管2设置，第一高压电缆段的另一端和第二高压电缆段的另一端通过第二快换接头16电连接。
本实施例中，气源10和雾化器1之间连有气管17，气管17包括第一气管段和第二气管段，第一气管段的一端穿过屏蔽室9后与气源10连接，第二气管段的一端与雾化器1连接，第一气管段的另一端和气管段段的另一端通过第三快换接头18连通。
本实施例中，第二气管段上还连有第三气管段和第四气管段，第三气管段和第四气管段均与炬管2相连通。
本实施例中，还包括水源19，水源19和感应线圈3通过水管20相连，用于冷却感应线圈3，
水管20包括第一水管段和第二水管段，第一水管段的一端穿过屏蔽室9后与水源19连接，第二水管段的一端与感应线圈3连接，第一水管段的另一端和第二水管段的另一端通过第四快换接头连通。
装置所需的水、气、电从屏蔽室9外引入，线缆通过贯穿件21穿过屏蔽室9并通过快换接头与屏蔽室内的部件连接，线缆与屏蔽室的接口处通过焊接、密封垫、密封圈等确保密封，避免放射性气氛外泄，快换接头便于机械手操作，机械手通过简单的按压、插拔操作即可快速断开和连接线缆。
上述水、电、气线缆为耐辐照线缆，可采用不锈钢、PEEK、塑料、聚乙烯等耐酸碱、耐辐照材质或外敷耐辐照涂层。
样品分析流程如下：通过屏蔽室9外的气源10将氩气引入屏蔽室9内，分别作用于炬管2和雾化器1，通过屏蔽室9外的高频发生器11，经高频电缆13将高频信号引入屏蔽室9内，作用于感应线圈3并产生强烈的振荡磁场，通过屏蔽室9外的高压点火器12，经高压电缆14将高压作用于炬管2，进而在炬管2上方形成等离子体光源，待测样品通过试剂管进入雾化器1，在雾化器1内雾化后进入炬管2，样品中的待测元素在等离子体光源上被激发并发出特征光。
本实施例的系统，通过对高频等离子体光源发生装置进行适用于机械手操作的改进，并与屏蔽室结合设计，便于机械手远距离进行安装、使用和检维修操作，特别适用于人员无法直接操作、需机械手进行辅助操作的放射性等环境，实现对放射性样品的分析。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高频等离子体光源发生装置，其特征在于，包括：升降机构、雾化器(1)、炬管(2)和感应线圈(3)，
所述雾化器(1)的顶部设有出气管(6)，所述出气管(6)的上部伸入炬管(2)中，所述出气管(6)和炬管(2)通过一便于机械手夹持的卡套(4)相连，
所述感应线圈(3)设于炬管(2)的上方，所述雾化器(1)通过一便于机械手夹持的固定托架(5)设于升降机构上，所述升降机构用于带动雾化器(1)和炬管(2)整体移动，使炬管伸入所述感应线圈(3)中。
2.根据权利要求1所述的高频等离子体光源发生装置，其特征在于，所述出气管(6)的下部和炬管(2)的下部均套设于卡套(4)中，所述卡套(4)的外壁设有便于机械手夹持的凹槽。
3.根据权利要求1所述的高频等离子体光源发生装置，其特征在于，所述升降机构包括底盘、驱动机构(7)和升降平台(8)，所述固定托架(5)滑设于升降平台(8)上，所述驱动机构(7)连接于底盘和升降平台(8)之间，用于驱动升降平台(8)相对底盘升降。
4.一种高频等离子体光源发生系统，其特征在于，包括屏蔽室(9)、高压放电装置、气源(10)，以及如权利要求1-3任一项所述的高频等离子体光源发生装置，
所述高压放电装置和气源(10)均设于屏蔽室(9)外，所述高频等离子体光源发生装置设于屏蔽室(9)内，所述气源(10)与雾化器(1)相连，用于向雾化器(1)内输送工作气体，所述雾化器(1)还用于与送入屏蔽室(9)内的样品源相连，且用于将进入其内的样品雾化，
所述高压放电装置与感应线圈(3)电连接，用于向感应线圈(3)中输入高压电流，以使感应线圈(3)产生交变磁场，且在炬管(2)内产生高频火花，以使炬管(2)内的工作气体和气溶胶样品在交变磁场的作用下持续电离。
5.根据权利要求4所述的高频等离子体光源发生系统，其特征在于，所述高压放电装置包括高频发生器(11)和高压点火器(12)，
所述高频发生器(11)和感应线圈(3)之间设有高频电缆(13)，所述高频电缆(13)的一端与高频发生器(11)电连接，另一端穿过屏蔽室(9)后与感应线圈(3)电连接，
所述高压点火器(12)和炬管(2)之间设有高压电缆(14)，所述高压电缆(14)的一端与高压点火器(12)电连接，另一端穿过屏蔽室(9)后靠近炬管(2)设置。
6.根据权利要求5所述的高频等离子体光源发生系统，其特征在于，
所述高频电缆(13)包括第一高频电缆段和第二高频电缆段，所述第一高频电缆段的一端穿过屏蔽室(9)后与高频发生器(11)电连接，所述第二高频电缆段的一端与感应线圈(3)电连接，所述第一高频电缆段的另一端和所述第二高频电缆段的另一端通过第一快换接头(15)电连接。
7.根据权利要求5所述的高频等离子体光源发生系统，其特征在于，
所述高压电缆(14)包括第一高压电缆段和第二高压电缆段，所述第一高压电缆段的一端穿过屏蔽室(9)后与高压点火器(12)电连接，所述第二高压电缆段的一端靠近炬管(2)设置，所述第一高压电缆段的另一端和所述第二高压电缆段的另一端通过第二快换接头(16)电连接。
8.根据权利要求4-7任一项所述的高频等离子体光源发生系统，其特征在于，所述气源(10)和雾化器(1)之间连有气管(17)，所述气管(17)包括第一气管段和第二气管段，所述第一气管段的一端穿过屏蔽室(9)后与气源(10)连接，所述第二气管段的一端与雾化器(1)连接，所述第一气管段的另一端和所述气管段段的另一端通过第三快换接头(18)连通。
9.根据权利要求8所述的高频等离子体光源发生系统，其特征在于，所述第二气管段上还连有第三气管段和第四气管段，第三气管段和第四气管段均与炬管(2)相连通。
10.根据权利要求4-7任一项所述的高频等离子体光源发生系统，其特征在于，还包括水源(19)，所述水源(19)和感应线圈(3)通过水管(20)相连，用于冷却感应线圈(3)，
所述水管(20)包括第一水管段和第二水管段，所述第一水管段的一端穿过屏蔽室(9)后与水源(19)连接，所述第二水管段的一端与感应线圈(3)连接，所述第一水管段的另一端和所述水管段的另一端通过第四快换接头连通。
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