CN201788226U - 射频功率相位检测装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种射频功率相位检测装置，包括调理检测单元和数值分析单元，调理检测单元通过采样变压器将射频信号的电压值和电流值提取出来，接到功率合成器和相位增益检测器输出电压和电流的电压相位差、幅度比和功率合成信号；三路信号送至数值分析单元，经A/D转换器模数转换后，送到微处理器中进行分析和处理，计算出射频信号的入射功率、反射功率和角度相位差。本装置在3M～50MHz的频率条件下，实现射频功率和相位的检测，检测功率范围为0～3000W，相位差范围00～1800，精度±10，适用于检测射频功率装置的入射功率、反射功率和角度相位差，同时为阻抗匹配装置的控制和射频电源的功率控制和保护提供参考数据。

Description

射频功率相位检测装置
技术领域
本实用新型涉及一种射频功率相位检测装置，具体地说是一种检测射频装置的入射功率、反射功率和相位差的装置。
背景技术
在现代分析测试仪器中，ICP-MS、ICP-AES（OES）都是一些精密的分析测试仪器，它可快速同时检测周期表上几乎所有元素，成为公认的最有力的元素分析手段。在这一类仪器中，射频电源的频率一般为27.12MHz或40.68MHz，功率范围为0～3000W，由于在产生并维持电感耦合等离子的过程中，负载阻抗会产生变化，射频功率也会随之而变，为了进一步提高这类仪器的功率稳定度和效率，使射频电源系统工作在最佳状态，更快速、更高精度地检测这类仪器的射频功率和相位是非常必要的。随着我国资源、环境、医药、食品等行业快速发展，电感耦合等离子体光谱仪需求量很大，但由于国产仪器的性能不高，目前市场上仍以进口仪器为主。如果能发明一种射频功率相位检测装置，能够快速、精确的检测射频装置的射频功率和相位差，对进一步提高国产电感耦合等离子体光源的功率稳定度非常重要，必将有力地提高国产仪器的性能，增加市场占有率。
发明内容
本实用新型的目的是为解决上述问题，而提供的一种射频功率相位检测装置，能快速、精确和有效地检测出功率在0～3000W，频率在3～50MHz的射频装置的入射功率、反射功率和角度相位差。
本实用新型为了达到上述目的，采取的措施是提供一种射频功率相位检测装置，包括有调理检测单元和数值分析单元，调理检测单元含有采样变压器、功率合成器和射频相位增益检测器，数值分析单元含有A/D转换器和微处理器，所述采样变压器中的电压采样模块与电流采样模块分别与功率合成器和射频相位增益检测器连接，功率合成器和射频相位增益检测器分别与数值分析单元的A/D转换器连接，A/D转换器与微处理器连接。
本实用新型所述的调理检测单元的功率合成器采用ADP-2-1W，射频相位增益检测器采用AD8302，数值分析单元的微处理器选用PIC16F877A。检测调理单元通过对射频信号的调理，利用功率合成器ADP-2-1W得到射频信号电压电流的功率合成信号，采用射频相位增益检测器AD8302得到电压、电流的电压相位差和幅度比的信号；数值分析单元，用于模数转换，并通过微处理器对信号进行分析和计算处理。
本实用新型的射频功率相位检测装置，所述的调理检测单元的射频相位增益检测器检测的功率范围为0～3000W，角度相位差范围为00～1800、检测精度达到±10。
在对射频装置进行检测时，将本实用新型的射频功率相位检测装置连接在射频电源和阻抗匹配网络之间，检测调理单元使用采样变压器提取出射频信号的电压值U和电流值I，经信号调理电路处理后，输出电压信号和电流信号的电压相位差                                                
Figure 2010205409619100002DEST_PATH_IMAGE001
、幅度比
Figure 2010205409619100002DEST_PATH_IMAGE002
和功率合成信号；数值分析单元对上述三路信号依次进行模数转换，并通过微处理器对信号进行分析以及计算处理，完成对射频信号的入射功率、反射功率、角度相位差和功率合成信号数值的计算，同时为阻抗匹配装置的控制和射频电源的功率控制和保护提供参考数据。
本实用新型所述的数值分析单元通过微处理器对信号进行分析以及计算处理，其计算是根据检测到的射频信号的电压值U和电流值I，电压和电流的幅度比
Figure 6161DEST_PATH_IMAGE002
、电压相位差，通过如下的公式计算出：角度相位差φ、功率合成信号
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，入射功率
Figure DEST_PATH_IMAGE004
和反射功率
Figure DEST_PATH_IMAGE005
的数值。
Figure DEST_PATH_IMAGE006
本射频功率相位检测装置由微处理器通过预设上述4个公式的软件自动计算，最后输出角度相位差φ、功率合成信号
Figure 453771DEST_PATH_IMAGE003
、入射功率
Figure 848980DEST_PATH_IMAGE004
和反射功率
Figure 725669DEST_PATH_IMAGE005
的数值，精确和快速地完成射频功率相位检测。
本实用新型射频功率相位检测装置具有以下的优点： 
1、本实用新型射频功率相位检测装置结构简单，使用方便。使用时只需将本装置接在射频电源和阻抗匹配网络之间，检测装置会自动将检测到的信号送至微处理器中进行分析和计算，微处理器PIC16F877A通过预设的软件，分别按相关的公式计算并输出射频信号的入射功率、反射功率和角度相位差的数值，实现射频功率和相位的检测。
2、本实用新型射频功率相位检测装置具有检测精度高、速度快的优点，适用于检测射频装置的入射功率、反射功率和角度相位差，检测角度相位差精度达到±10，同时为阻抗匹配装置的控制和射频电源的功率控制和保护提供参考数据。
附图说明
图1为本实用新型射频功率相位检测装置的结构框图。
图2本实用新型的检测装置进行检测时与射频装置的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的射频功率相位检测装置作进一步说明。
实施例1：本实用新型的射频功率相位检测装置结构如图1所示，包括有调理检测单元和数值分析单元，调理检测单元含有采样变压器、功率合成器和射频相位增益检测器，功率合成器采用ADP-2-1W，射频相位增益检测器采用AD8302，数值分析单元含有A/D转换器和微处理器，微处理器采用PIC16F877A。所述采样变压器中的电压采样模块与电流采样模块分别与功率合成器和射频相位增益检测器连接，功率合成器和射频相位增益检测器分别与数值分析单元的A/D转换器连接，A/D转换器与微处理器连接。
实施例2：应用本实用新型的检测装置对在3MHz～50MHz的频率条件下，功率范围为0～3000W，角度相位差范围为00～1800的射频装置进行检测。按图2所示方式连接，即将本检测装置连接在射频电源和阻抗匹配网络中间。检测时，调理检测单元通过采样变压器将射频信号的电压值U和电流值I提取出来，经信号调理接到功率合成器和相位增益检测器的输入端，利用功率合成器ADP-2-1W得到射频信号电压电流的功率合成信号，采用射频相位增益检测器AD8302得到电压、电流的电压相位差
Figure 108984DEST_PATH_IMAGE001
和幅度比
Figure 376017DEST_PATH_IMAGE002
的信号；三信号经A/D转换器模数转换后，送至微处理器中进行分析和计算，PIC16F877A微处理器通过预设的软件，分别按上述（1）、（2）、（3）、（4）公式计算并输出射频信号的角度相位差φ、功率合成信号
Figure 637234DEST_PATH_IMAGE003
、入射功率
Figure 306113DEST_PATH_IMAGE004
和反射功率
Figure 361794DEST_PATH_IMAGE005
的数值，实现射频功率和相位的检测，角度相位差φ检测精度达到±10，同时为阻抗匹配装置的控制和射频电源的功率控制和保护提供参考数据。
本实用新型的检测装置结构简单，使用方便，适用于检测射频装置的入射功率、反射功率和角度相位差，可为阻抗匹配装置的控制和射频电源的功率控制和保护提供参考数据，本检测装置对进一步提高国产电感耦合等离子体光源的功率稳定度具有重要的意义，将有力地提高国产仪器的性能，增加市场占有率。

Claims (2)

1.一种射频功率相位检测装置，其特征在于：包括有调理检测单元和数值分析单元，调理检测单元含有采样变压器、功率合成器和射频相位增益检测器，数值分析单元含有A/D转换器和微处理器，所述采样变压器中的电压采样模块与电流采样模块分别与功率合成器和射频相位增益检测器连接，功率合成器和射频相位增益检测器分别与数值分析单元的A/D转换器连接，A/D转换器与微处理器连接。
2.根据权利要求1所述的射频功率相位检测装置，其特征在于：所述的调理检测单元的功率合成器采用ADP-2-1W，射频相位增益检测器采用AD8302，数值分析单元的微处理器选用PIC16F877A。
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