JP2004333323A - 発光分光分析装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光分光分析装置に用いる主放電直流電源において、簡易な構成によりコンデンサの充電電圧を安定化させること。
【解決手段】コンデンサ4に充電した電荷を分析用の試料7上に放電し、当該放電により発生する光を分光分析する発光分光分析装置1であり、コンデンサを充放電する充放電回路3と、この充放電回路とは別の微少放電回路10とを備え、微少放電回路10は、充放電回路により充電されたコンデンサの過充電電圧分を放電させることにより、充電電圧を所定電圧に保持し、これによりコンデンサの電圧を一定に保つ。微少放電回路10は、コンデンサの充電電圧を比較電圧と比較する比較回路と、コンデンサの接地を制御する半導体スイッチ回路とを備える構成とする。
【選択図】 図1
【解決手段】コンデンサ4に充電した電荷を分析用の試料7上に放電し、当該放電により発生する光を分光分析する発光分光分析装置1であり、コンデンサを充放電する充放電回路3と、この充放電回路とは別の微少放電回路10とを備え、微少放電回路10は、充放電回路により充電されたコンデンサの過充電電圧分を放電させることにより、充電電圧を所定電圧に保持し、これによりコンデンサの電圧を一定に保つ。微少放電回路10は、コンデンサの充電電圧を比較電圧と比較する比較回路と、コンデンサの接地を制御する半導体スイッチ回路とを備える構成とする。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパーク放電により試料を発光させ、当該発光を分光分析する発光分光分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
発光分光分析装置として、コンデンサに充電した電荷を分析用の試料上に放電し、この放電により試料から発生する光を分光分析する装置が知られている。
【0003】
この発光分光分析装置では、分析試料との間で放電を行うギャップに対して、主放電直流電源及びイグナイタを接続し、このイグナイタによりギャップにスパーク放電を発生させ、主放電直流電源からギャップに電荷を供給して分析用の放電を生じさせている。
【0004】
図5は従来の発光分光分析装置の概略構成図である。図5において、発光分光分析装置101は、試料107と電極との間に形成したギャップ108に発生させた放電による試料107からの発光を分光することにより試料分析を行う。
【0005】
発光分光分析装置101は、ギャップ108に放電を発生させるために、電荷を貯めるコンデンサ104と、このコンデンサ104の充放電を行う直流電源102及び充放電回路103を含む主放電直流電源とを備えると共に、放電を開始させるために、イグナイタ106及びスパークギャップ105を備える。
【0006】
主放電直流電源において、コンデンサ104は、充放電回路103を介して直流電源102により充電される。充電されたコンデンサ104は、イグナイタ106によってスパークギャップ105に放電を発生させることにより、試料104側のギャップ108に放電を発生させ、試料を発光させる。
【0007】
充放電回路103は、コンデンサ104を充電する回路であり、直流電源102とコンデンサ104との間の接続を制御する半導体スイッチ、及び電圧比較回路を備える。半導体スイッチは、例えば、大電流を供給する600V程度の直流電源102と数μFのコンデンサ104との間に配置する。電圧比較回路は、コンデンサ104の両端電圧を基準電圧と比較する。半導体スイッチはこの電圧比較回路の出力により開閉制御を行い、コンデンサ104に基準電圧で定まる所定電圧を充電する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
充放電回路に使用する半導体スイッチは、通常、数十アンペア〜数百案アンペアの大電流を流す必要があるため、その動作速度は比較的に遅い。
【0009】
また、回路電圧も例えば300V〜600Vと高いことが多い。半導体スイッチを制御する制御回路はこのような高い電圧を扱うため、光アイソレ−タ(ホトカプラ)を使用したり、制御回路の段数を多くした構成とすることにより、絶縁性を高めている。
【0010】
そのため、半導体スイッチの制御回路では、充電完了の信号によって半導体スイッチをオフ制御してから実際にオフするまでに数十マイクロ秒以上かかり遅延が生じる。
【0011】
このように、半導体スイッチを用いた充放電回路では、半導体スイッチそのものの特性や制御回路により遅延が生じる。その遅延は、コンデンサの充電電流やコンデンサの容量を変えた場合、充電完了電圧が変化することになる。
【0012】
図6はコンデンサの充電電圧を説明するための図である。なお、図6(a),(c)は半導体スイッチのオン・オフ状態を示し、図6(b),(d)はコンデンサの充電電圧を示し、図6(a),(b)はコンデンサCの充電時定数が小さい場合の例を示し、図6(c),(d)はコンデンサCの充電時定数が大きい場合の例を示している。
【0013】
半導体スイッチがオンとコンデンサCの充電が開始し、コンデンサCの充電電圧が目標電圧(図中の一点鎖線で示す)を越えたときに半導体スイッチがオフに切り替わる。このとき、半導体スイッチのオフへの切り替わりの遅延が生じると(図中の破線で示す)、コンデンサCの充電電圧は目標電圧を越えて過充電状態となる。この過充電分は、コンデンサの充電時定数により変化する。コンデンサの充電時定数は、例えば、コンデンサの充電電流やコンデンサの容量等により異なり、これらが変化すると充電完了電圧が変化することになる。図6(b)は充電時定数が小さい場合を示し、図6(d)は充電時定数が大きい場合を示しており、半導体スイッチが実際にオフするまでの遅延時間に応じて過充電分ΔV1と過充電分ΔV2が異なることになる。
【0014】
充電電流を一定にするための構成として、大容量で且つ高安定の直流電源を用いる構成や、充電電流を一定に制御する定電流充電回路を用いる構成が考えられるが、これらの直流電源や定電流充電回路は大型であるという問題があり、また、価格も高く費用がかさむという問題もある。
【0015】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、発光分光分析装置に用いる主放電直流電源において、簡易な構成によりコンデンサの充電電圧を安定化させることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光分光分析装置は、コンデンサに充電した電荷を分析用の試料上に放電し、当該放電により発生する光を分光分析する発光分光分析装置において、コンデンサを充放電する充放電回路と、この充放電回路とは別の微少放電回路とを備える。微少放電回路は、充放電回路により充電されたコンデンサの過充電電圧分を放電させることにより、充電電圧を所定電圧に保持し、これによりコンデンサの電圧を一定に保つ。
【0017】
本発明の微少放電回路は、コンデンサの充電電圧を比較電圧と比較する比較回路と、コンデンサの接地を制御する半導体スイッチ回路とを備える構成とし、半導体スイッチ回路は、比較回路の出力に基づいて開閉動作を行い、コンデンサの充電電圧が比較電圧を越えている間にコンデンサを接地してコンデンサを放電させ、目的の電圧となった時点で放電を停止する。
【0018】
本発明の発光分光分析装置によれば、微少放電回路によりコンデンサの充電電圧を検出して目的とする電圧となるようにコンデンサの放電を制御することにより、コンデンサの充電電流やコンデンサの容量が変動した場合であっても、コンデンサの充電電圧が一定に保持することができる。
【0019】
また、微少放電回路は、比較回路と半導体スイッチ回路により、簡易な回路で構成することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
【0021】
図1は本発明の発光分析装置の概略構成を説明するための概略図である。
【0022】
図1において、発光分光分析装置1は、試料7と試料7と対向する電極との間に形成したギャップ8に放電を発生させ、この放電により試料107から放出される発光を分光することにより試料分析を行う。
【0023】
発光分光分析装置1は、ギャップ8に放電を発生させるために、電荷を貯めるコンデンサ4と、このコンデンサ4の充放電を行う直流電源2及び充放電回路3を含む主放電直流電源を備えると共に、放電を開始させるためにイグナイタ6及びスパークギャップ5を備え、さらに、これらの構成に加えて、コンデンサ4の過充電電圧を放電させるための微少放電回路10を備える。
【0024】
主放電直流電源において、コンデンサ4は、充放電回路3を介して直流電源2により充電される。充電されたコンデンサ4は、イグナイタ6によってスパークギャップ5に放電を発生させることにより、試料7と電極との間のギャップ8に放電を発生させ、試料を発光させる。
【0025】
充放電回路3は、コンデンサ4に所定電圧を充電する回路であり、直流電源2とコンデンサ4との間の接続を制御する半導体スイッチ、及び電圧比較回路を備える。半導体スイッチは、例えば、大電流を供給する600V程度の直流電源2と数μFのコンデンサ4との間に配置する。電圧比較回路はコンデンサ4の両端電圧を基準電圧と比較し、半導体スイッチは電圧比較回路の出力により開閉制御を行い、コンデンサ4に基準電圧で定まる所定電圧を充電する。
【0026】
微少放電回路10はコンデンサ4の過充電を監視し、充放電回路3がコンデンサ4を充電している間に、コンデンサ4の電圧が目標とする電圧を越えて過充電となった場合には、コンデンサ4を接地させてコンデンサ4に充電されている電荷を放電する。コンデンサ4を放電することによりコンデンサ4の電圧は低下する。コンデンサ4の電圧が目標とする電圧まで低下した場合には、コンデンサ4の放電を停止する。これにより、コンデンサ4の電圧を目標電圧に保持する。
【0027】
図2は、本発明の微少放電回路によるコンデンサの電圧変化を説明するための図である。
【0028】
時刻t1において、充放電回路3がコンデンサ4への充電を開始すると、コンデンサ4の電圧は、充電電流やコンデンサの容量に応じた時定数で上昇する。充放電回路3は、コンデンサ4の電圧が目標電圧を越えた時点(図中の時刻t2)で充電を停止する電圧制御を行うが、半導体スイッチや制御回路の特性による応答遅れにより充電は続行し、コンデンサ4は過充電となる。
【0029】
本発明の微少放電回路10は、コンデンサ4の電圧が目標電圧を越えた時点(時刻t2)で、コンデンサ4を接地する制御を行い、過充電分の放電を開始する。この放電により、図中のAで示すように、コンデンサ4の電圧は低下を始める。この放電は、コンデンサ4の電圧が目標電圧となるまで行い、コンデンサ4の電圧が目標電圧となった時点(図中の時刻t3)で放電を停止する。これにより、コンデンサ4の電圧は目標電圧に保持される。この後、イグナイタ6の作用により試料7のギャップ8の放電が開始されるとコンデンサ4は電圧は低下する(図中の時刻t4)。この後、次の充放電サイクルにより、同様の充放電が繰り返される。なお、図2中の破線は、本発明の微少放電回路による電圧制御を行わない場合の電圧状態を示している。
【0030】
次に、本発明の発光分光分析装置の回路構成例、及び電圧変化について図3,4を用いて説明する。
【0031】
図3において、発光分光分析装置は、試料7のギャップ8を放電部とし、この放電で得られる発光を分光分析する。ギャップ8には、コイルL1,L2を介してコンデンサ4が接続され、このコンデンサ4に充電された電荷により放電が行われる。ギャップ8の放電は、イグナイタ6によってスパークギャップ5に放電を発生させることで開始される。
【0032】
コンデンサ4の充放電は、直流電源2と充放電回路3とを含む主充放電回路と、コンデンサ4の充電電圧を一定に保持する微少放電回路10により行われる。直流電源2は、例えば交流昇圧トランスと整流器で構成することができ、例えば、交流200Vを500Vに昇圧して直流700Vを得る。なお、直流電源2の構成は、これに限らず任意の構成とすることができる。
【0033】
充放電回路3は、直流電源2とコンデンサ4との間の接続を制御することによりコンデンサ4を充電する。直流電源2とコンデンサ4との間には、半導体スイッチIGBT及び電流調整用の抵抗R1が接続される。半導体スイッチIGBTは、フォトカプラ(PC)によりオン・オフ制御が行われる。
【0034】
半導体スイッチIGBTの制御は、電圧比較回路COMP1の出力により行う。電圧比較回路COMP1の一方に入力端には、コンデンサ4の両端電圧を抵抗R2,R3で分圧して得られる電圧が入力され、他方の入力端には比較電圧となる基準電圧が入力される。電圧比較回路COMP1は、コンデンサ4の電圧が比較電圧よりも低い場合には所定電圧を出力し、コンデンサ4の電圧が比較電圧よりも高い場合には接地電圧となる。
【0035】
フォトカプラ(PC)は、この電圧比較回路COMP1の出力端CP1の信号を受けて半導体スイッチIGBTのオン・オフ制御を行う。半導体スイッチIGBTのオン制御は、図示しない制御部から駆動信号を出力端CP1に入力することにより、フォトカプラ(PC)を駆動して行う。半導体スイッチIGBTがオンすると、直流電源2の電圧が電流調整用の抵抗R1を通しコンデンサ4に印加される。コンデンサ4は、この電圧印加により充電が開始される。ここで、コンデンサ4は、例えば2〜10μFの容量とする。また、抵抗R1は40Ω(電力は例えば800W)とする。
【0036】
コンデンサ4の充電に伴って、コンデンサ4の両端電圧は上昇する。電圧比較回路COPM1は、コンデンサ4の両端電圧を抵抗R2,R3で分圧した電圧と比較電圧とを比較する。出力端CP1の電圧は、分圧電圧が比較電圧を越えると低下し、半導体スイッチIGBTはオフ制御される。
【0037】
半導体スイッチIGBTは、オフ制御から遅延した後、直流電源2からの電圧印加が停止する。コンデンサ4には、この遅延の間、直流電源2から電圧が印加され、過充電状態となる。なお、比較電圧及び、抵抗R2,R3は、コンデンサ4の目標電圧により調整する。
【0038】
本発明の微少放電回路10は、高速応答する半導体スイッチTR1と電圧比較回路COPM2を備える。半導体スイッチTR1は、一端は接地され、他端は抵抗Rxを介してコンデンサ4に接続され放電回路を構成している。電圧比較回路COPM2の一端には、電圧比較回路COPM1の一方の入力端が接続されて、コンデンサ4の分圧電圧が印加され、他端には、電圧比較回路COPM1の他方の入力端が接続されて比較電圧が印加される。
【0039】
電圧比較回路COPM2は、電圧比較回路COPM1と同様に、コンデンサ4の分圧電圧と比較電圧とを比較し、比較結果に基づいてコンデンサ4の放電制御を行う。半導体スイッチTR1は、電圧比較回路COPM2の出力端CP2を制御端に入力し、コンデンサ4の分圧電圧が比較電圧よりも高い場合にはオン制御してコンデンサ4を接地し、コンデンサ4を放電する。一方、コンデンサ4の分圧電圧が比較電圧よりも低い場合にはオフ制御してコンデンサ4の接地を切断し、コンデンサ4の放電を停止する。
【0040】
したがって、微少放電回路10は、コンデンサ4の電圧の目標電圧より越えた過充電分のみを放電し、コンデンサ4を目標電圧に保持する。このコンデンサ4の電圧は、充電電流やコンデンサの容量が変動して、過充電分が変動したとしても、常に一定に保持される。
【0041】
微少放電回路10によって目標電圧に保持された状態において、イグナイタ6の制御により試料7のギャップ8の放電が開始されると、コンデンサ4に充電された電荷が放出され、この間の放電により試料の分析が行われる。
【0042】
図4は、放電サイクルが500CPSの場合を示し、充電開始から放電開始までを1msとし、放電開始から次の充電開始までを1msとしている。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光分光分析装置に用いる主放電直流電源において、簡易な構成によりコンデンサの充電電圧を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光分析装置の概略構成を説明するための概略図である。
【図2】本発明の微少放電回路によるコンデンサの電圧変化を説明するための図である。
【図3】本発明の発光分光分析装置の回路構成例を説明するための図である。
【図4】本発明の発光分光分析装置の電圧変化を説明するための図である。
【図5】従来の発光分光分析装置の概略構成図である。
【図6】コンデンサの充電電圧を説明するための図である。
【符号の説明】
1,101…発光分光分析装置、2,102…直流電源、3,103…充放電回路、4,104…コンデンサ、5,105…スパークギャップ、6,106…イグナイタ、7,107…試料、8,108…ギャップ、10…微少放電回路、COMP1,COPM2…電圧比較回路、IGBT…半導体スイッチ、PC…フォトカプラ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパーク放電により試料を発光させ、当該発光を分光分析する発光分光分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
発光分光分析装置として、コンデンサに充電した電荷を分析用の試料上に放電し、この放電により試料から発生する光を分光分析する装置が知られている。
【0003】
この発光分光分析装置では、分析試料との間で放電を行うギャップに対して、主放電直流電源及びイグナイタを接続し、このイグナイタによりギャップにスパーク放電を発生させ、主放電直流電源からギャップに電荷を供給して分析用の放電を生じさせている。
【0004】
図5は従来の発光分光分析装置の概略構成図である。図5において、発光分光分析装置101は、試料107と電極との間に形成したギャップ108に発生させた放電による試料107からの発光を分光することにより試料分析を行う。
【0005】
発光分光分析装置101は、ギャップ108に放電を発生させるために、電荷を貯めるコンデンサ104と、このコンデンサ104の充放電を行う直流電源102及び充放電回路103を含む主放電直流電源とを備えると共に、放電を開始させるために、イグナイタ106及びスパークギャップ105を備える。
【0006】
主放電直流電源において、コンデンサ104は、充放電回路103を介して直流電源102により充電される。充電されたコンデンサ104は、イグナイタ106によってスパークギャップ105に放電を発生させることにより、試料104側のギャップ108に放電を発生させ、試料を発光させる。
【0007】
充放電回路103は、コンデンサ104を充電する回路であり、直流電源102とコンデンサ104との間の接続を制御する半導体スイッチ、及び電圧比較回路を備える。半導体スイッチは、例えば、大電流を供給する600V程度の直流電源102と数μFのコンデンサ104との間に配置する。電圧比較回路は、コンデンサ104の両端電圧を基準電圧と比較する。半導体スイッチはこの電圧比較回路の出力により開閉制御を行い、コンデンサ104に基準電圧で定まる所定電圧を充電する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
充放電回路に使用する半導体スイッチは、通常、数十アンペア〜数百案アンペアの大電流を流す必要があるため、その動作速度は比較的に遅い。
【0009】
また、回路電圧も例えば300V〜600Vと高いことが多い。半導体スイッチを制御する制御回路はこのような高い電圧を扱うため、光アイソレ−タ(ホトカプラ)を使用したり、制御回路の段数を多くした構成とすることにより、絶縁性を高めている。
【0010】
そのため、半導体スイッチの制御回路では、充電完了の信号によって半導体スイッチをオフ制御してから実際にオフするまでに数十マイクロ秒以上かかり遅延が生じる。
【0011】
このように、半導体スイッチを用いた充放電回路では、半導体スイッチそのものの特性や制御回路により遅延が生じる。その遅延は、コンデンサの充電電流やコンデンサの容量を変えた場合、充電完了電圧が変化することになる。
【0012】
図6はコンデンサの充電電圧を説明するための図である。なお、図6(a),(c)は半導体スイッチのオン・オフ状態を示し、図6(b),(d)はコンデンサの充電電圧を示し、図6(a),(b)はコンデンサCの充電時定数が小さい場合の例を示し、図6(c),(d)はコンデンサCの充電時定数が大きい場合の例を示している。
【0013】
半導体スイッチがオンとコンデンサCの充電が開始し、コンデンサCの充電電圧が目標電圧(図中の一点鎖線で示す)を越えたときに半導体スイッチがオフに切り替わる。このとき、半導体スイッチのオフへの切り替わりの遅延が生じると(図中の破線で示す)、コンデンサCの充電電圧は目標電圧を越えて過充電状態となる。この過充電分は、コンデンサの充電時定数により変化する。コンデンサの充電時定数は、例えば、コンデンサの充電電流やコンデンサの容量等により異なり、これらが変化すると充電完了電圧が変化することになる。図6(b)は充電時定数が小さい場合を示し、図6(d)は充電時定数が大きい場合を示しており、半導体スイッチが実際にオフするまでの遅延時間に応じて過充電分ΔV1と過充電分ΔV2が異なることになる。
【0014】
充電電流を一定にするための構成として、大容量で且つ高安定の直流電源を用いる構成や、充電電流を一定に制御する定電流充電回路を用いる構成が考えられるが、これらの直流電源や定電流充電回路は大型であるという問題があり、また、価格も高く費用がかさむという問題もある。
【0015】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、発光分光分析装置に用いる主放電直流電源において、簡易な構成によりコンデンサの充電電圧を安定化させることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光分光分析装置は、コンデンサに充電した電荷を分析用の試料上に放電し、当該放電により発生する光を分光分析する発光分光分析装置において、コンデンサを充放電する充放電回路と、この充放電回路とは別の微少放電回路とを備える。微少放電回路は、充放電回路により充電されたコンデンサの過充電電圧分を放電させることにより、充電電圧を所定電圧に保持し、これによりコンデンサの電圧を一定に保つ。
【0017】
本発明の微少放電回路は、コンデンサの充電電圧を比較電圧と比較する比較回路と、コンデンサの接地を制御する半導体スイッチ回路とを備える構成とし、半導体スイッチ回路は、比較回路の出力に基づいて開閉動作を行い、コンデンサの充電電圧が比較電圧を越えている間にコンデンサを接地してコンデンサを放電させ、目的の電圧となった時点で放電を停止する。
【0018】
本発明の発光分光分析装置によれば、微少放電回路によりコンデンサの充電電圧を検出して目的とする電圧となるようにコンデンサの放電を制御することにより、コンデンサの充電電流やコンデンサの容量が変動した場合であっても、コンデンサの充電電圧が一定に保持することができる。
【0019】
また、微少放電回路は、比較回路と半導体スイッチ回路により、簡易な回路で構成することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
【0021】
図1は本発明の発光分析装置の概略構成を説明するための概略図である。
【0022】
図1において、発光分光分析装置1は、試料7と試料7と対向する電極との間に形成したギャップ8に放電を発生させ、この放電により試料107から放出される発光を分光することにより試料分析を行う。
【0023】
発光分光分析装置1は、ギャップ8に放電を発生させるために、電荷を貯めるコンデンサ4と、このコンデンサ4の充放電を行う直流電源2及び充放電回路3を含む主放電直流電源を備えると共に、放電を開始させるためにイグナイタ6及びスパークギャップ5を備え、さらに、これらの構成に加えて、コンデンサ4の過充電電圧を放電させるための微少放電回路10を備える。
【0024】
主放電直流電源において、コンデンサ4は、充放電回路3を介して直流電源2により充電される。充電されたコンデンサ4は、イグナイタ6によってスパークギャップ5に放電を発生させることにより、試料7と電極との間のギャップ8に放電を発生させ、試料を発光させる。
【0025】
充放電回路3は、コンデンサ4に所定電圧を充電する回路であり、直流電源2とコンデンサ4との間の接続を制御する半導体スイッチ、及び電圧比較回路を備える。半導体スイッチは、例えば、大電流を供給する600V程度の直流電源2と数μFのコンデンサ4との間に配置する。電圧比較回路はコンデンサ4の両端電圧を基準電圧と比較し、半導体スイッチは電圧比較回路の出力により開閉制御を行い、コンデンサ4に基準電圧で定まる所定電圧を充電する。
【0026】
微少放電回路10はコンデンサ4の過充電を監視し、充放電回路3がコンデンサ4を充電している間に、コンデンサ4の電圧が目標とする電圧を越えて過充電となった場合には、コンデンサ4を接地させてコンデンサ4に充電されている電荷を放電する。コンデンサ4を放電することによりコンデンサ4の電圧は低下する。コンデンサ4の電圧が目標とする電圧まで低下した場合には、コンデンサ4の放電を停止する。これにより、コンデンサ4の電圧を目標電圧に保持する。
【0027】
図2は、本発明の微少放電回路によるコンデンサの電圧変化を説明するための図である。
【0028】
時刻t1において、充放電回路3がコンデンサ4への充電を開始すると、コンデンサ4の電圧は、充電電流やコンデンサの容量に応じた時定数で上昇する。充放電回路3は、コンデンサ4の電圧が目標電圧を越えた時点(図中の時刻t2)で充電を停止する電圧制御を行うが、半導体スイッチや制御回路の特性による応答遅れにより充電は続行し、コンデンサ4は過充電となる。
【0029】
本発明の微少放電回路10は、コンデンサ4の電圧が目標電圧を越えた時点(時刻t2)で、コンデンサ4を接地する制御を行い、過充電分の放電を開始する。この放電により、図中のAで示すように、コンデンサ4の電圧は低下を始める。この放電は、コンデンサ4の電圧が目標電圧となるまで行い、コンデンサ4の電圧が目標電圧となった時点(図中の時刻t3)で放電を停止する。これにより、コンデンサ4の電圧は目標電圧に保持される。この後、イグナイタ6の作用により試料7のギャップ8の放電が開始されるとコンデンサ4は電圧は低下する(図中の時刻t4)。この後、次の充放電サイクルにより、同様の充放電が繰り返される。なお、図2中の破線は、本発明の微少放電回路による電圧制御を行わない場合の電圧状態を示している。
【0030】
次に、本発明の発光分光分析装置の回路構成例、及び電圧変化について図3,4を用いて説明する。
【0031】
図3において、発光分光分析装置は、試料7のギャップ8を放電部とし、この放電で得られる発光を分光分析する。ギャップ8には、コイルL1,L2を介してコンデンサ4が接続され、このコンデンサ4に充電された電荷により放電が行われる。ギャップ8の放電は、イグナイタ6によってスパークギャップ5に放電を発生させることで開始される。
【0032】
コンデンサ4の充放電は、直流電源2と充放電回路3とを含む主充放電回路と、コンデンサ4の充電電圧を一定に保持する微少放電回路10により行われる。直流電源2は、例えば交流昇圧トランスと整流器で構成することができ、例えば、交流200Vを500Vに昇圧して直流700Vを得る。なお、直流電源2の構成は、これに限らず任意の構成とすることができる。
【0033】
充放電回路3は、直流電源2とコンデンサ4との間の接続を制御することによりコンデンサ4を充電する。直流電源2とコンデンサ4との間には、半導体スイッチIGBT及び電流調整用の抵抗R1が接続される。半導体スイッチIGBTは、フォトカプラ(PC)によりオン・オフ制御が行われる。
【0034】
半導体スイッチIGBTの制御は、電圧比較回路COMP1の出力により行う。電圧比較回路COMP1の一方に入力端には、コンデンサ4の両端電圧を抵抗R2,R3で分圧して得られる電圧が入力され、他方の入力端には比較電圧となる基準電圧が入力される。電圧比較回路COMP1は、コンデンサ4の電圧が比較電圧よりも低い場合には所定電圧を出力し、コンデンサ4の電圧が比較電圧よりも高い場合には接地電圧となる。
【0035】
フォトカプラ(PC)は、この電圧比較回路COMP1の出力端CP1の信号を受けて半導体スイッチIGBTのオン・オフ制御を行う。半導体スイッチIGBTのオン制御は、図示しない制御部から駆動信号を出力端CP1に入力することにより、フォトカプラ(PC)を駆動して行う。半導体スイッチIGBTがオンすると、直流電源2の電圧が電流調整用の抵抗R1を通しコンデンサ4に印加される。コンデンサ4は、この電圧印加により充電が開始される。ここで、コンデンサ4は、例えば2〜10μFの容量とする。また、抵抗R1は40Ω(電力は例えば800W)とする。
【0036】
コンデンサ4の充電に伴って、コンデンサ4の両端電圧は上昇する。電圧比較回路COPM1は、コンデンサ4の両端電圧を抵抗R2,R3で分圧した電圧と比較電圧とを比較する。出力端CP1の電圧は、分圧電圧が比較電圧を越えると低下し、半導体スイッチIGBTはオフ制御される。
【0037】
半導体スイッチIGBTは、オフ制御から遅延した後、直流電源2からの電圧印加が停止する。コンデンサ4には、この遅延の間、直流電源2から電圧が印加され、過充電状態となる。なお、比較電圧及び、抵抗R2,R3は、コンデンサ4の目標電圧により調整する。
【0038】
本発明の微少放電回路10は、高速応答する半導体スイッチTR1と電圧比較回路COPM2を備える。半導体スイッチTR1は、一端は接地され、他端は抵抗Rxを介してコンデンサ4に接続され放電回路を構成している。電圧比較回路COPM2の一端には、電圧比較回路COPM1の一方の入力端が接続されて、コンデンサ4の分圧電圧が印加され、他端には、電圧比較回路COPM1の他方の入力端が接続されて比較電圧が印加される。
【0039】
電圧比較回路COPM2は、電圧比較回路COPM1と同様に、コンデンサ4の分圧電圧と比較電圧とを比較し、比較結果に基づいてコンデンサ4の放電制御を行う。半導体スイッチTR1は、電圧比較回路COPM2の出力端CP2を制御端に入力し、コンデンサ4の分圧電圧が比較電圧よりも高い場合にはオン制御してコンデンサ4を接地し、コンデンサ4を放電する。一方、コンデンサ4の分圧電圧が比較電圧よりも低い場合にはオフ制御してコンデンサ4の接地を切断し、コンデンサ4の放電を停止する。
【0040】
したがって、微少放電回路10は、コンデンサ4の電圧の目標電圧より越えた過充電分のみを放電し、コンデンサ4を目標電圧に保持する。このコンデンサ4の電圧は、充電電流やコンデンサの容量が変動して、過充電分が変動したとしても、常に一定に保持される。
【0041】
微少放電回路10によって目標電圧に保持された状態において、イグナイタ6の制御により試料7のギャップ8の放電が開始されると、コンデンサ4に充電された電荷が放出され、この間の放電により試料の分析が行われる。
【0042】
図4は、放電サイクルが500CPSの場合を示し、充電開始から放電開始までを1msとし、放電開始から次の充電開始までを1msとしている。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光分光分析装置に用いる主放電直流電源において、簡易な構成によりコンデンサの充電電圧を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光分析装置の概略構成を説明するための概略図である。
【図2】本発明の微少放電回路によるコンデンサの電圧変化を説明するための図である。
【図3】本発明の発光分光分析装置の回路構成例を説明するための図である。
【図4】本発明の発光分光分析装置の電圧変化を説明するための図である。
【図5】従来の発光分光分析装置の概略構成図である。
【図6】コンデンサの充電電圧を説明するための図である。
【符号の説明】
1,101…発光分光分析装置、2,102…直流電源、3,103…充放電回路、4,104…コンデンサ、5,105…スパークギャップ、6,106…イグナイタ、7,107…試料、8,108…ギャップ、10…微少放電回路、COMP1,COPM2…電圧比較回路、IGBT…半導体スイッチ、PC…フォトカプラ。
Claims (2)
- コンデンサに充電した電荷を分析用の試料上に放電し、当該放電により発生する光を分光分析する発光分光分析装置において、
前記コンデンサを充放電する充放電回路と、
前記充放電回路により充電されたコンデンサの過充電電圧分を放電させ、充電電圧を所定電圧に保持する微少放電回路とを備えることを特徴とする発光分光分析装置。 - 前記微少放電回路は、前記コンデンサの充電電圧を比較電圧と比較する比較回路と、前記コンデンサの接地を制御する半導体スイッチ回路とを備え、
前記半導体スイッチ回路は、前記比較回路の出力に基づいて開閉動作を行い、コンデンサの充電電圧が比較電圧を越えている間に前記コンデンサを接地してコンデンサを放電させることを特徴とする請求項1に記載の発光分光分析装置。
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2003
- 2003-05-08 JP JP2003130201A patent/JP2004333323A/ja not_active Withdrawn
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