CN203908954U - 一种真空光电直读光谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种真空光电直读光谱仪，包括真空光电直读光谱仪本体，所述真空光电直读光谱仪本体包括控制电极激发样品发射特征光谱的激发火花光源、可产生基体线的Hg灯、以及将谱线强度转变成电流信号并放大电流的光电倍增管，其特征在于，还包括单片机，分别与单片机相连的键盘、计时器、显示器和电源线开关，所述电源线开关分别与激发火花光源、Hg灯和光电倍增管相连。可以根据需要设定真空光电直读光谱仪的工作时间，避免长期处于工作状态降低使用寿命和浪费能源。进一步的，避免光电倍增管的外壳长度方向过长而导致容易损坏。

Description

一种真空光电直读光谱仪

技术领域

本实用新型涉及一种真空光电直读光谱仪。

背景技术

光电直读光谱仪是分析黑色金属及有色金属成份的快速定量分析仪器。具有分析速度快、准确度高（相对误差约为1%）等众多优点，适用于较宽的波长范围，其光电倍增管对信号放大能力强，对强弱不同谱线可用不同的放大倍率，相差可达10000倍，而且线性范围宽，可做高含量分析，如Al、Pb、Mg、Zn、Sn、Fe、Co、Ni、Ti、Cu等多种基体分析。广泛应用于冶金、机械及其他工业部门，进行冶炼炉前的在线分析以及中心实验室的产品检验，是控制产品质量的有效手段之一。

图1是传统的真空光电直读光谱仪的结构示意图，采用真空系统、氩气控制气氛。火花在电极1之间击穿时，在电极1间形成的很细的导电管道中，气体被强烈电离，经过一系列反应，激发样品2发射线状光谱（特征光谱），Hg灯3产生基体线（也称作内标线）用于狭缝扫描，方便校准。谱线经过反射镜4从入射窗口5照射到入射凹面反射镜6，光能量通过入射狭缝7射到凹面光栅8上，凹面光栅8将光分解成光谱线11，这些光谱线代表样品中各个元素，而且各元素光谱线的强度和样品中元素的含量成正比，每一元素至少有一条光谱线11通过出射狭缝9，射到光电倍增管10上，光电倍增管（简称PMT）将谱线强度转变成电流信号并放大电流，是一种光电转换元件，测量控制单元与工作站交互数据便于后续的数据处理和定量分析。

图2是一种传统的光电倍增管的结构示意图，其结构相对而言比较简单，但对于多个（一般的光电倍增管有7～12个）一次级电子发射极，PMT的外壳太长，由于PMT的外壳多是玻璃结构，容易损坏，整体结构硬度降低。

另外，在使用过程中，光电倍增管达到稳定工作状态需要一定时间，一般在两小时左右，因此接通高压后不能立刻进行分析，否则将导致分析结果误差太大。目前的措施就是，让光电倍增管一直加上高压，并使用疲劳灯让光电倍增管长期处于工作状态，显然，不仅降低光电直读光谱仪的使用寿命，而且严重浪费能源。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种真空光电直读光谱仪，对真空光电直读光谱仪进行结构改进，可以根据需要设定真空光电直读光谱仪的工作时间，避免长期处于工作状态降低使用寿命和浪费能源。进一步的，避免光电倍增管的外壳长度方向过长而导致容易损坏。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种真空光电直读光谱仪，包括真空光电直读光谱仪本体，所述真空光电直读光谱仪本体包括控制电极激发样品发射特征光谱的激发火花光源、可产生基体线的Hg灯、以及将谱线强度转变成电流信号并放大电流的光电倍增管，其特征在于，还包括单片机，分别与单片机相连的键盘、计时器、显示器和电源线开关，所述电源线开关分别与激发火花光源、Hg灯和光电倍增管相连。

其中通过键盘输入时间信息，计时器进行计时同时显示器直观的显示相关时间信息，当时间到达后，电源线开关进行对应的开或闭，控制着电极、Hg灯和光电倍增管进入工作状态或停止工作，相比较现有设计，可以根据需要设定真空光电直读光谱仪的工作时间，避免长期处于工作状态降低使用寿命和浪费能源。

进一步的，所述光电倍增管包括U形外壳，所述U形外壳包括相通的第一支管和第二支管，所述第一支管上设置有入射谱线的PMT入射窗口，在第一支管内依次设置有光阴极和若干个一次级电子发射极，在第一支管和第二支管的交汇处设置有转换一次级电子发射极，所述第二支管内依次设置有若干个一次级电子发射极和阳极，入射谱线照射到光阴极上，光阴极发射光电子，光电子依次经第一支管的若干个一次级电子发射极的二次发射达到转换一次级电子发射极，经转换一次级电子发射极的二次发射达到第二支管的若干个一次级电子发射极和阳极，在所述光阴极和阳极之间设置有稳压电源，每相邻一次级电子发射极之间通过电阻电气相连，所述电源线开关控制稳压电源的开或断。

与现有结构相比，同样数量的一次级电子发射极，其长度可减少一半，即使采用玻璃材质的外壳，也可以有效避免PMT的外壳长度方向过长而导致容易损坏的现象。

本实用新型的有益效果是：对真空光电直读光谱仪进行结构改进，可以根据需要设定真空光电直读光谱仪的工作时间，避免长期处于工作状态降低使用寿命和浪费能源。进一步的，避免光电倍增管的外壳长度方向过长而导致容易损坏。

附图说明

图1是传统的真空光电直读光谱仪的结构示意图；

图2是传统的光电倍增管的结构示意图；

图3是本实用新型一种真空光电直读光谱仪的结构示意图；

附图的标记含义如下：

1：电极；2：样品；3：Hg灯；4：反射镜；5：入射窗口；6：入射凹面反射镜；7：入射狭缝；8：凹面光栅；9：出射狭缝；10：光电倍增管；11：光谱线；12：PMT入射窗口；13：光阴极；14-16：一次级电子发射极；17：阳极；18：真空光电直读光谱仪本体；19：入射谱线；D1-D7：一次级电子发射极；R：电阻。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

如图3所示，一种真空光电直读光谱仪，包括真空光电直读光谱仪本体18，需说明的是，为了图片的简洁，图3并没有示出真空光电直读光谱仪本体18的全部结构，真空光电直读光谱仪本体18在图3中仅用矩形框示意，仅显示了改进的相关结构，其具体的结构可参见图1所示，包括左上角的燃烧腔，燃烧腔内设置有电极1和样品2，其中激发火花光源用于控制电极1进而激发样品2发射特征光谱。

火花在电极1之间击穿时，在电极1间形成的很细的导电管道中，气体被强烈电离，经过一系列反应，激发样品2发射特征光谱，Hg灯3产生基体线（也称作内标线）用于狭缝扫描，方便校准。谱线经过反射镜4从入射窗口5照射到入射凹面反射镜6，光能量通过入射狭缝7射到凹面光栅8上，凹面光栅8将光分解成光谱线11，这些光谱线11代表样品2中各个元素，而且各元素光谱线11的强度和样品2中元素的含量成正比，每一元素至少有一条光谱线11通过出射狭缝9，射到光电倍增管10上，光电倍增管10（简称PMT）将谱线强度转变成电流信号并放大电流，是一种光电转换元件，测量控制单元与工作站交互数据便于后续的数据处理和定量分析。

其中，真空光电直读光谱仪还包括定时启动装置，具体包括单片机，分别与单片机相连的键盘、计时器、显示器和电源线开关，所述电源线开关分别与激发火花光源、Hg灯3和光电倍增管10相连。其中通过键盘输入时间信息，计时器进行计时同时显示器直观的显示相关时间信息，当时间到达后，电源线开关进行对应的开或闭，控制着电极1、Hg灯3和光电倍增管10进入工作状态或停止工作，相比较现有设计，可以根据需要设定真空光电直读光谱仪的工作时间，避免长期处于工作状态降低使用寿命和浪费能源。其中，定时启动装置也可以使用定时插座实现，可以根据设置进行自动断电或供电，具体为定时插座分别与激发火花光源、Hg灯3和光电倍增管10相连，控制着它们的工作，使用者可以直接在定时插座上进行时间设置。

优选电源线开关还与指示灯相连，可以很直观的看到真空光电直读光谱仪的工作状态。

进一步的，如图3所示，一种光电倍增管10，其中光电倍增管10是放大后的结构，其在真空光电直读光谱仪中的结构比例并没有这么大。

光电倍增管10的基本工作原理是光电效应，是在光电效应的基础上再利用二次电子倍增现象而制成的，具体包括U形外壳，其U形外壳内部抽成真空，U形外壳可以是玻璃材质或石英材质。

U形外壳包括相通的第一支管和第二支管，所述第一支管上设置有入射谱线19的PMT入射窗口12，在第一支管内自右侧向左侧依次设置有光阴极13和若干个一次级电子发射极，为了便于描述且和图3保持一致，就以图3显示的位置和数量进行描述，即第一支管内右上侧设置有PMT入射窗口12，由于入射谱线19强度一般很微弱，所以应保持PMT入射窗口12的清洁，避免手触摸留下痕迹。PMT入射窗口12正下方设置光阴极13，自右侧向左侧间隔一定距离依次设置有一次级电子发射极D1、一次级电子发射极D2和一次级电子发射极D3，在第一支管和第二支管的交汇处即图中的左侧设置有与一次级电子发射极垂直的转换一次级电子发射极D4，需说明的是转换一次级电子发射极D4也是一次级电子发射极，为了便于区分，故将其命名为转换一次级电子发射极，其作用是将二次光子从第一支管转向到第二支管。

同样的，第二支管内自左侧向右侧依次设置有3个一次级电子发射极和阳极17，即一次级电子发射极D5、一次级电子发射极D6和一次级电子发射极D7，第二支管最右侧设置有阳极17。

在所述光阴极13和阳极17之间设置有稳压电源，在实际应用中，稳压电源一般选用900-1200V直流电压。每相邻一次级电子发射极之间通过电阻电气相连，具体是：光阴极13和一次级电子发射极D1之间通过电阻R电气相连，一次级电子发射极D1至一次级电子发射极D7之间相邻两个一次级电子发射极之间均设置有电阻R，一次级电子发射极D7和阳极17的电源之间通过电阻R电气相连，阳极17输出端还与电阻R_out相连，其中电阻R_out的两端作为输出的端点out1和out2。电源线开关控制稳压电源的开或断，当使用定时插座时，定时插座控制稳压电源的开或断。

入射谱线19通过PMT入射窗口12照射到光阴极13上，光阴极13发射光电子， 光电子加速落在一次级电子发射极D1上，击出二次电子，这些二次电子又被电场加速落到一次级电子发射极D2上，而且击出更多的二次电子，依次的经过一次级电子发射极D3、转换一次级电子发射极D4、一次级电子发射极D5、一次级电子发射极D6和一次级电子发射极D7，最终达到阳极17的是数量很大的二次电子，图中仅显示了部分增加的二次电子，后面几个仅用一条箭头示意，光电倍增管10将入射谱线19强度转变成电流信号并放大电流。与现有结构相比，同样数量的一次级电子发射极，其长度可减少一半，即使采用玻璃材质的外壳，也可以有效避免光电倍增管10的外壳长度方向过长而导致容易损坏的现象。

样品2激发时，会产生废气，因此优选还设置有废氩气过滤器（图中未示出），废气从燃烧腔经导管流出，流向废氩气过滤器进行过滤，可有效收集废氩气中的有害物质，可以在废氩气过滤器内填充真空泵油或水，阻止燃烧腔内静态氩的排放，保证样品2分析的精度。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种真空光电直读光谱仪，包括真空光电直读光谱仪本体，所述真空光电直读光谱仪本体包括控制电极激发样品发射特征光谱的激发火花光源、可产生基体线的Hg灯、以及将谱线强度转变成电流信号并放大电流的光电倍增管，其特征在于，还包括单片机，分别与单片机相连的键盘、计时器、显示器和电源线开关，所述电源线开关分别与激发火花光源、Hg灯和光电倍增管相连。

2.根据权利要求1所述的一种真空光电直读光谱仪，其特征在于，所述光电倍增管包括U形外壳，所述U形外壳包括相通的第一支管和第二支管，所述第一支管上设置有入射谱线的PMT入射窗口，在第一支管内依次设置有光阴极和若干个一次级电子发射极，在第一支管和第二支管的交汇处设置有转换一次级电子发射极，所述第二支管内依次设置有若干个一次级电子发射极和阳极，入射谱线照射到光阴极上，光阴极发射光电子，光电子依次经第一支管的若干个一次级电子发射极的二次发射达到转换一次级电子发射极，经转换一次级电子发射极的二次发射达到第二支管的若干个一次级电子发射极和阳极，在所述光阴极和阳极之间设置有稳压电源，每相邻一次级电子发射极之间通过电阻电气相连，所述电源线开关控制稳压电源的开或断。

3.根据权利要求2所述的一种真空光电直读光谱仪，其特征在于，所述电源线开关还与指示灯相连。

4.根据权利要求2所述的一种真空光电直读光谱仪，其特征在于，所述稳压电源是900-1200V直流电压。

5.根据权利要求1所述的一种真空光电直读光谱仪，其特征在于，还包括可将激发样品时产生的废气进行过滤的废氩气过滤器。

6.根据权利要求5所述的一种真空光电直读光谱仪，其特征在于，所述废氩气过滤器内填充有阻止静态氩排放的真空泵油或水。