CN212934551U - 一种电弧放电光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电弧放电光源，包括：电源电路和激发源电路，电源电路用于为激发源电路提供电能；激发源电路包括高压电路、功率电路，高压电路包括高压子回路和辅助间隙，高压子回路用于根据电源电路提供的电能击穿辅助间隙，高压电路和功率回路作用在待测样品上，电离分析待测样品。通过实施本实用新型，设置高压电路和功率电路，高压电路提供击穿高压，功率回路形成能量电路，功率电路与高压电路共同作用在待测样品上，电离分析待测样品。同时在高压电路中设置辅助间隙，用于二次升压，辅助完成该电弧放电光源的引弧工作。由此，该电弧放电光源可以用于各类光谱仪、传感或测量仪器中，为其提供稳定的电源，从而提高了各类仪器的使用稳定性。

Description

一种电弧放电光源

技术领域

本实用新型涉及电弧放电技术领域，具体涉及一种电弧放电光源。

背景技术

电弧放电是两个电极在一定电压下由气态带电粒子，如电子或离子，维持导电的现象，其是气体放电中最强烈的一种自持放电。电弧放电可以激发试样产生光谱，例如：电弧放电主要发射原子谱线，是发射光谱分析常用的激发光源，其中，油料光谱仪就可以应用电弧放电激发光源。然而现有技术中针对油料光谱仪中采用的电弧放电激发光源研究较少，而其他领域采用的激发光源也不适于直接应用在油料光谱仪中。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种电弧放电光源，以解决现有技术中针对油料光谱仪中采用的电弧放电光源研究较少的技术问题。

本实用新型提出的技术方案如下：

本实用新型实施例提供一种电弧放电光源，包括：电源电路和激发源电路，所述电源电路连接所述激发源电路，用于为所述激发源电路提供电能；所述激发源电路包括高压电路、功率电路，所述高压电路包括高压子回路和辅助间隙，所述高压子回路用于根据所述电源电路提供的电能击穿所述辅助间隙，所述高压电路和所述功率回路作用在待测样品上，电离分析待测样品。

可选地，所述激发源电路还包括：辅助电路，所述辅助电路用于根据所述电源电路提供的电能维持所述辅助间隙的导通。

可选地，待测样品设置在分析间隙中，所述高压子电路包括：固态点火电路，所述固态点火电路的一端连接所述电源电路，用于根据所述电源电路提供的电能输出电弧击穿所述辅助间隙和所述分析间隙。

可选地，所述高压子电路还包括：第一电容以及第一电阻，所述第一电容的一端连接所述固态点火电路的另一端，所述第一电容的另一端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述辅助间隙；所述第一电容用于稳定所述固态点火电路输出电弧的频率，所述第一电阻用于限制所述高压子电路输出的电流。

可选地，所述功率回路包括：第二电阻、第二电容、第三电阻以及电感，所述第二电阻的一端连接所述电源电路，所述第二电阻的另一端连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接所述电感。

可选地，所述辅助电路包括：风机，所述风机连接所述电源电路，所述风机根据所述电源电路提供的电能吹向所述辅助间隙，维持所述辅助间隙的导通。

可选地，所述辅助电路还包括：整流电路、第四电阻以及第三电容，所述风机通过所述整流电路、第四电阻以及第三电容连接所述电源电路，所述整流电路的一端连接所述电源电路，所述整流电路的另一端连接所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述第三电容的一端以及所述风机，所述第三电容的另一端连接所述风机。

可选地，该电弧放电光源还包括：激发台，所述分析间隙设置在所述激发台上，所述分析间隙包括盘电极和棒电极，所述棒电极的一端连接所述辅助间隙，所述激发台包括盘电极电机，所述盘电极电机连接所述电源电路，用于根据所述电源电路提供的电能带动所述盘电极旋转，电离分析间隙中的待测样品。

可选地，所述激发台还包括：发射感应探头和接收感应探头，所述发射感应探头和所述接收感应探头分别设置在所述分析间隙的两端，用于检测所述棒电极和所述盘电极是否放置、所述分析间隙的距离以及放置待测样品的位置。

可选地，所述激发台还包括：固定架和防护罩，所述固定架用于固定所述发射感应探头和所述接收感应探头，所述防护罩用于遮挡所述发射感应探头和所述接收感应探头。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型实施例提供的电弧放电光源，设置电源电路和激发源电源，电源电路能够为激发源提供电能，激发源电路中设置高压电路和功率电路，高压电路提供击穿高压，功率回路形成能量电路，功率电路与高压电路共同作用在待测样品上，电离分析待测样品。同时在高压电路中设置辅助间隙，用于二次升压，辅助完成该电弧放电光源的引弧工作。由此，本实用新型实施例提供的电弧放电光源可以用于各类光谱仪、传感或测量仪器中，为其提供稳定的电源，从而提高了各类仪器的使用稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中电弧放电光源的结构框图；

图2为本实用新型实施例中电弧放电光源的结构原理图；

图3为本实用新型另一实施例中电弧放电光源的结构框图；

图4为本实用新型实施例中激发台的结构原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实用新型公开了一种电弧放电光源，如图1所示，该电弧放电光源包括：电源电路1和激发源电路2，电源电路1连接激发源电路2，用于为激发源电路2提供电能；激发源电路2包括高压电路、功率电路22，高压电路包括高压子电路21和辅助间隙23，高压子电路21用于根据电源电路 1提供的电能击穿辅助间隙23，高压电路和功率电路22作用在待测样品上，电离分析待测样品。可选地，该电弧放电光源可以用于油料光谱仪中，作为油料光谱仪的电源，此时，待测样品为油样。同时，该电弧放电光源也可以用于其他光谱仪器中，如交直流电弧直读光谱仪、摄谱仪等。此外，该电弧放电光源还可以应用到图像传感和其他非接触式测量等领域。

在一实施例中，如图2所示，电源电路1可以接收外部输入的市电，例如接收电网输入的220V、50Hz的市电，电源电路1中设置变压器、滤波器11和接线排12，变压器将外部输入的市电转化为125V、50Hz的交流电，125V的交流电经过滤波器11后由接线排12分为多路，分别发送至高压电路和功率电路22。

其中，高压电路根据电源电路1提供的电能击穿辅助间隙23，同时还能够为待测样品提供一个分析电位，而辅助间隙23被击穿后能够实现二次升压，已达到待测样品初期所需的引弧或放电。在一个具体的实施例中，辅助间隙23由两根钨棒构成，且两根钨棒水平对齐，中间留出4CM左右的间隙形成辅助间隙。而功率电路22也可以称为能量电路，功率电路22与高压电路共同作用在待测样品上，电离分析待测样品。

本实用新型实施例提供的电弧放电光源，设置电源电路和激发源电源，电源电路能够为激发源提供电能，激发源电路中设置高压电路和功率电路，高压电路提供击穿高压，功率回路形成能量电路，功率电路与高压电路共同作用在待测样品上，电离分析待测样品。同时在高压电路中设置辅助间隙，用于二次升压，辅助完成该电弧放电光源的引弧工作。由此，本实用新型实施例提供的电弧放电光源可以用于各类光谱仪、传感或测量仪器中，为其提供稳定的电源，从而提高了各类仪器的使用稳定性。

在一实施例中，如图3所示，激发源电路2还包括：辅助电路24，辅助电路24用于根据电源电路1提供的电能维持辅助间隙23的导通。如图2 所示，辅助电路24包括：整流电路31、第四电阻32、第三电容33以及风机34，整流电路31的一端连接电源电路1，整流电路31的另一端连接第四电阻32的一端，第四电阻32的另一端连接第三电容33的一端以及风机 34，第三电容33的另一端连接风机34。

其中，整流电路31选择桥式整流器BR64，整流电路31将电源电路1 输入的125V交流电整流为直流电，第四电阻32选择阻值为1000Ω至2000 Ω电阻，例如可以是1500Ω，第四电阻32的作用是分压，或者称之为降压电阻；第三电容33用于滤除杂波使直流压稳定，第三电容33可以选择滤波电容，第三电容33的电容值选择400μF至800μF的电容，例如可以是560μF。

具体地，经过整流电路31、第四电阻32以及第三电容33输出的大小合适的直流电压为风机34供电，风机34转动吹向辅助间隙23，激发时辅助间隙23里空气击穿，形成不导电的臭氧分子和其他离子，不使用风机34 很快间隙中都是不导电的臭氧分子和其他离子，激发就会停止。风机吹动空气循环，保证间隙里持续有空气，激发才能稳定持续进行。其中，风机吹向辅助间隙，可以维持辅助间隙23的击穿，完成该电弧放电光源的引弧工作，一旦引弧成功，辅助间隙23可以不再工作，当出现断弧或无火花时再次启动。

在一实施例中，待测样品设置在分析间隙中，如图2所示，高压子电路21包括：固态点火电路201，固态点火电路201的一端连接电源电路1，用于根据电源电路1提供的电能输出电弧击穿辅助间隙23和分析间隙。高压子电路21还包括：第一电容202以及第一电阻203，第一电容202的一端连接固态点火电路201的另一端，第一电容202的另一端连接第一电阻203的一端，第一电阻203的另一端连接辅助间隙23；第一电容202用于稳定固态点火电路201输出电弧的频率，第一电阻203用于限制高压子电路输出的电流。

在一具体的实施例中，固态点火电路201输入为125V、50Hz的交流电，输出为12KV、频率1KHz的高压，固态点火电路201中选择LMC555CN芯片发出定频脉冲信号，从而使电弧保持在适当的频率。固态点火电路201输出的高压能够实现两个功能，一是提供一个高电压电位，以击穿在分析间隙中的空气和待测样品(例如油样)；二是提供一个能够瞬间蒸发油样和悬浮在油介质中的任何颗粒的分析电位。

在一个具体的实施例中，第一电容202是一个高压电容器，第一电容 202可以选择500pF、30kVdc高压电容器，与固态点火电路201一起稳定设置振荡电弧的频率。第一电阻203选择25Ω，25W，5％的无感电阻器，串接在第一电容202和辅助间隙23之间，用于限制高压点火放电的电流。

在一实施例中，如图2所示，功率电路22包括：第二电阻212、第二电容213、第三电阻214以及电感215，第二电阻212的一端连接电源电路 1，第二电阻212的另一端连接第二电容213的一端，第二电容213的另一端连接第三电阻214的一端，第三电阻214的另一端连接电感215。在一具体的实施例中，第二电阻212选择25Ω，50W，1％功率的电阻器，第二电容213选择10μF，第三电阻214选择5Ω、50W、1％功率的电阻器，电感215 选择82μH。

具体地，第二电阻212的作用是分压；第二电容213为储能电容，用于存储电能，第二电容213正弦波峰值大约充放电6次，电容上的累积电荷通过第三电阻214释放到分析间隙上；第三电阻214与第二电容213一起构成分析波形放电特性的R/C时间常数；电感215为分析间隙提供高压隔离，该电感215是一个无源元件，由16根线绕在一个隔离间隔管组成。它通过阻断高压放电产生的电磁场，将高压电路与分析部分隔离开来。

在一实施例中，如图2所示，电弧放电光源还包括：激发台3，分析间隙301设置在激发台上，分析间隙301包括盘电极302和棒电极303，棒电极303的一端连接辅助间隙23，激发台3包括盘电极电机304，盘电极电机304连接电源电路1，用于根据电源电路1提供的电能带动盘电极302旋转，电离分析间隙301中的待测样品。具体地，如图4所示，激发台3可以在底部设置一个固定台41，盘电极302和棒电极303均设置在固定台41 上。其中，棒电极303由碳棒构成，棒电极303和盘电极302作为激发时的两个电极，棒电极303通过连接高压电路和功率电路22在激发时产生高压，盘电极302在盘电极电机304的作用下旋转，棒电极303和盘电极302 之间设置油杯42，用于放置待测样品。

在一实施例中，如图4所示，激发台3还包括：发射感应探头43和接收感应探头44，发射感应探头43和接收感应探头44分别设置在分析间隙 301的两端，用于检测棒电极303和盘电极302是否放置、分析间隙301的距离以及放置待测样品的位置。如图4所示，激发台3还包括：固定架和防护罩45，固定架包括发射感应探头固定架46和接收感应探头固定架47，防护罩45用于遮挡发射感应探头43和接收感应探头44，防止激发时油液溅滴到探头及固定架上。

具体地，发射感应探头43和接收感应探头44可以分别设置四个，用于分别对棒电极303和盘电极302是否放置、分析间隙301的距离以及放置待测样品的位置四个信号进行检测，对于检测的信号可以传递至设置该电弧放电光源的仪器。同时还可以设置L型固定架48，用于固定采集光信号的光纤。感应探头、固定架以及L型固定架均设置在固定台上。

实施例2

本实用新型实施例提供一种电弧放电光源，如图2所示，包括电源电路1、激发源电路2以及激发台3，电源电路1将220V、50Hz的市电经过变压器，转成125V、50Hz的交流电作为的输入电源，125V交流电经过滤波器11、接线排12后，分两路：一路给激发源电路2，一路给激发台3中的盘电极电机304，激发时带动盘电极302旋转。激发台3上设置盘电极302 和棒电极303构成分析间隙301，分析间隙301中放置待测样品。

如图2所示，激发源电路2包括高压电路和功率电路。高压电路提供击穿高压，功率电路作为能量电路。其中，高压电路包括固态点火电路201、第一电容(高压电容)202、第一电阻(限流电阻)203和辅助间隙23。固态点火电路201将输入的125V、50Hz的交流电，输出为12KV、频率1KHz 的高压，固态点火电路201后设置第一电容(高压电容)202，第一电容202与固态点火电路201共同稳定振荡电弧的频率，第一电容202后设置第一电阻(限流电阻)203，第一电阻203串联在第一电容202和辅助间隙23 之间，限制高压点火放电的电流。辅助间隙23的输出连接棒电极303的一端。功率电路包括第二电阻(改变电阻)212、第二电容(分析电容)213、第三电阻(定值电阻)214以及电感(隔离电感)215，第二电阻212和第二电容213串联，第二电阻212用于分压，第二电容213是储能电容，第三电阻214和第二电容213共同构成分析波形放电特性的R/C常数，电感 215是一个无源元件，它通过阻断高压放电产生的电磁场，将高压与分析部分隔离开来。上电工作时，高压回路工作，12KV、频率1KHz的高压将辅助间隙击穿，击穿时，辅助间隙导通，和功率回路一起作用于分析间隙上，电离分析间隙中的待测样品。

在一实施例中，如图2所示，激发源电路2还包括辅助电路，辅助电路中设置整流电路(整流桥)31、第四电阻(降压电阻)32、第三电容(滤波电容)33以及风机34，整流电路31将输入的125V交流电整流成直流，经过降压电阻分压、滤波电容滤除杂波使直流电压稳定，然后这个直流电压给风机34供电，风机34转动吹向辅助间隙，激发时辅助间隙23里空气击穿，形成不导电的臭氧分子和其他离子，不使用风机很快间隙中都是不导电的臭氧分子和其他离子，激发就会停止。风机吹动空气循环，保证间隙里持续有空气，激发才能稳定持续进行。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下对这些实施例进行各种变化、替换和修改，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本实用新型保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本实用新型的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本实用新型的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本实用新型描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本实用新型可以对它们进行应用。因此，本实用新型所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (10)

1.一种电弧放电光源，其特征在于，包括：电源电路和激发源电路，

所述电源电路连接所述激发源电路，用于为所述激发源电路提供电能；

所述激发源电路包括高压电路、功率电路，所述高压电路包括高压子回路和辅助间隙，所述高压子回路用于根据所述电源电路提供的电能击穿所述辅助间隙，所述高压电路和所述功率回路作用在待测样品上，电离分析待测样品。

2.根据权利要求1所述的电弧放电光源，其特征在于，所述激发源电路还包括：辅助电路，所述辅助电路用于根据所述电源电路提供的电能维持所述辅助间隙的导通。

3.根据权利要求1所述的电弧放电光源，其特征在于，待测样品设置在分析间隙中，所述高压子电路包括：固态点火电路，所述固态点火电路的一端连接所述电源电路，用于根据所述电源电路提供的电能输出电弧击穿所述辅助间隙和所述分析间隙。

4.根据权利要求3所述的电弧放电光源，其特征在于，所述高压子电路还包括：第一电容以及第一电阻，所述第一电容的一端连接所述固态点火电路的另一端，所述第一电容的另一端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述辅助间隙；

所述第一电容用于稳定所述固态点火电路输出电弧的频率，所述第一电阻用于限制所述高压子电路输出的电流。

5.根据权利要求1所述的电弧放电光源，其特征在于，所述功率回路包括：第二电阻、第二电容、第三电阻以及电感，所述第二电阻的一端连接所述电源电路，所述第二电阻的另一端连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接所述电感。

6.根据权利要求2所述的电弧放电光源，其特征在于，所述辅助电路包括：风机，所述风机连接所述电源电路，所述风机根据所述电源电路提供的电能吹向所述辅助间隙，维持所述辅助间隙的导通。

7.根据权利要求6所述的电弧放电光源，其特征在于，所述辅助电路还包括：整流电路、第四电阻以及第三电容，所述风机通过所述整流电路、第四电阻以及第三电容连接所述电源电路，所述整流电路的一端连接所述电源电路，所述整流电路的另一端连接所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述第三电容的一端以及所述风机，所述第三电容的另一端连接所述风机。

8.根据权利要求3所述的电弧放电光源，其特征在于，还包括：激发台，所述分析间隙设置在所述激发台上，所述分析间隙包括盘电极和棒电极，所述棒电极的一端连接所述辅助间隙，所述激发台包括盘电极电机，所述盘电极电机连接所述电源电路，用于根据所述电源电路提供的电能带动所述盘电极旋转，电离分析间隙中的待测样品。

9.根据权利要求8所述的电弧放电光源，其特征在于，所述激发台还包括：发射感应探头和接收感应探头，所述发射感应探头和所述接收感应探头分别设置在所述分析间隙的两端，用于检测所述棒电极和所述盘电极是否放置、所述分析间隙的距离以及放置待测样品的位置。

10.根据权利要求9所述的电弧放电光源，其特征在于，所述激发台还包括：固定架和防护罩，所述固定架用于固定所述发射感应探头和所述接收感应探头，所述防护罩用于遮挡所述发射感应探头和所述接收感应探头。

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