專利名稱：發(fā)光分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種發(fā)光分析裝置(emission spectrometry device)，其通過放電使試料的構(gòu)成原子蒸發(fā)、發(fā)光，對此發(fā)光強度進行測定，從而分析試料的元素組成。本發(fā)明特別是關(guān)于一種發(fā)光分析裝置，其特征在于，使金屬試料與放電電極間產(chǎn)生大電流的火花放電(spark discharge)，并在短時間內(nèi)同時對多個元素進行分析。
背景技術(shù)：
由發(fā)光分析裝置使金屬試料與放電電極間(放電間隙)產(chǎn)生火花放電。通過大電流放電，使金屬試料表面的原子蒸發(fā)，同時由放電等離子(discharge plasma)激發(fā)此原子。因被激發(fā)的原子以各自的元素固有的線光譜(line spectrum)而發(fā)光，所以通過將此光導(dǎo)入分光器，對特定波長的光的強度進行測定，以此求得存在于等離子中的元素的量。通過同時對多個波長的光進行測定，可明確等離子中各種元素的量，并可根據(jù)該信息求得構(gòu)成金屬試料的元素的組成。
在先前的發(fā)光分析裝置中，預(yù)先將已充電數(shù)百V的電容器連接到金屬試料與電極之間(放電間隙)，利用點火電路12(12a～12d)開始放電。點火電路具有串連地連接到由放電間隙與線圈13、電容器14所形成的放電路徑的情況(圖1a、圖1c)，亦具有并聯(lián)地連接到上述放電路徑的情況(圖1b、圖1d)。一旦放電開始，則儲存在電容器14中的能量使放電電流急速增加，并在金屬試料32與放電電極31之間形成高能火花放電。此時，金屬試料32的表面局部變?yōu)楦邷兀瑯?gòu)成試料的原子開始蒸發(fā)。線圈13是為了限制放電電流而連接的。另外，也設(shè)置有再充電電路15，其用以對因放電而損失能量的電容器14進行再充電。
蒸發(fā)的原子被等離子中的電子激發(fā)。然后，當(dāng)被激發(fā)的原子恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)時，發(fā)出相當(dāng)于此能量差的波長的光。由于各元素中存在固有的能級，所以光的波長也形成元素固有的線光譜。將此等離子中的發(fā)光高效地導(dǎo)入分光器，同時對多個元素各自的元素固有的光強度進行測定。各波長的光強度并不簡單地與元素的組成比成比例。但是，由于各元素的量大致成比例，所以通過預(yù)先求出發(fā)光強度與元素量的關(guān)系，將發(fā)光強度換算為元素的量后，可確定元素組成。
為了避免分析中試料表面狀態(tài)的變化，一般在金屬試料32與放電電極31之間填充惰性氣體等。由于隔開數(shù)mm左右的間隔(放電間隙)而配置金屬試料與放電電極31，所以不會通過施加數(shù)百V的電壓而開始放電。因此，設(shè)置點火電路12，以在放電間隙中產(chǎn)生高電壓引起預(yù)備放電。在點火電路12上有利用變壓器的升壓功能者(圖1a、圖1b)，或利用遮斷電流時所產(chǎn)生的電動勢者(圖1c、圖1d)等。例如，在變壓器的一次電路上施加數(shù)百V的電壓，使二次電路上產(chǎn)生數(shù)kV～數(shù)十kV的高電壓，將其施加到放電間隙中?；蛘撸怨潭〞r間將數(shù)十V的電壓持續(xù)施加到一次電路中，并在電流變?yōu)閿?shù)A～數(shù)十A時，停止對一次電路施加電壓，則可產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并在二次電路上產(chǎn)生數(shù)kV～數(shù)十kV的高電壓。但是，并非必須將一次電路與二次電路分離，也可將它們相互連接?；蛘咭部蓪σ粋€線圈進行勵磁，由此線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。
若由點火電路12使放電間隙11中產(chǎn)生高電壓，則在間隙中產(chǎn)生放電，放電電流流動，同時間隙間電壓急速減少。若將充電達(dá)數(shù)百V的電容器14連接到放電間隙11中，則自電容器14供給能量，形成大電流的等離子。但是，由于隨著電流的增加，等離子的阻抗減少，所以若將電容器14直接連接到放電間隙中，則將產(chǎn)生過大電流，從而無法使等離子保持固定時間。因此，一般在電容器14與放電間隙11之間連接有線圈13，起到控制電流的增加率，保持適當(dāng)電流值的作用。通過適當(dāng)?shù)貙﹄娙萜?4的電容與充電電壓、線圈13的電感進行選擇，可選擇數(shù)十A～數(shù)百A的適當(dāng)?shù)碾娏鞑ㄐ??；蛘呷鐖D2所示，通過預(yù)先準(zhǔn)備若干上述多個電容器14與線圈13的串連電路，并根據(jù)用途而連接適當(dāng)?shù)慕M合電路，可合成更為復(fù)雜的電流波形。圖2中，對與圖1相同者付與相同的符號，圖中22表示點火電路，23a～23c表示線圈，24a～24c表示電容器，25a～25c表示再充電電路，27a～27c表示放電路徑切換元件。在改變組合時，可使用如繼電器般的機械式者，或者如MOSFET(meta1 oxide semiconductor field effect transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)或晶閘管(thyristor)般的半導(dǎo)體式者等。另外，各再充電電路也可使用共同電源。
如此，可通過電容器與線圈的組合而選擇電流波形，但由于所獲得的電流波形是固定由電容器與線圈的組合所決定的，所以無法選擇任意的電流值。另外，由于充電到電容器的電荷損耗時，放電結(jié)束，所以無法任意地控制放電的持續(xù)時間。
因此，為了將放電電流控制為任意值，例如使用圖3所示的驅(qū)動電路16。首先，準(zhǔn)備電源34，其可充分增大電容器的電容或可持續(xù)對放電間隙供給額定電流。然后，設(shè)置用以切換連接的開關(guān)元件33，其將線圈13連接到此電容器或電源，或者將線圈13直接連接到放電路徑(接地)。但是，在電容器上設(shè)置有用以再充電的電路。通過使用由此電容器或電源34、以及開關(guān)元件33所構(gòu)成的驅(qū)動電路16，可任意地對放電電流的值進行控制。上述在電源電路領(lǐng)域中，是一般稱為正激變換器(forward convefter)的方式。在電流值小于目標(biāo)值時，將線圈與電容器或電源連接后，使通過線圈的電流增加。當(dāng)電流值超過目標(biāo)值時，將線圈連接到接地后，以儲存在線圈中的電磁能維持通過線圈的電流。由于開關(guān)元件必須具有一定程度的高速切換速度，所以通常使用圖4a、圖4b所示的MOSFET等半導(dǎo)體元件。圖4a中，35、36是MOSFET，37是MOSFET控制電路。但是如圖4a所示般連接到接地的元件，有時為了簡化，也使用二極管38。
先前的發(fā)光分析裝置中，由采用正激變換器方式而可控制電流波形，但因?qū)⒕€圈連接到電源期間，電流增加，而將線圈從電源斷開期間，電流減少，所以電流波形成為鋸齒狀。因此，發(fā)光強度也作鋸齒狀振蕩，從而成為有損分析精度或再現(xiàn)性的原因。通過使切換驅(qū)動電路的間隔變短，可減少電流值的變動量，但由于將增加驅(qū)動電路的開關(guān)元件的損耗，所以會產(chǎn)生能量傳遞效率降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
用于解決上述問題的本發(fā)明是一種發(fā)光分析裝置，其通過將點火電路連接到放電間隙中，并進而通過并聯(lián)地連接多個線圈與驅(qū)動電路的組合形成放電路徑，并且本發(fā)明的特征在于，上述驅(qū)動電路具有如下兩個狀態(tài)在上述線圈上施加固定電位差，使通過線圈的電流增加的狀態(tài)，以及直接將上述線圈連接到上述放電路徑，使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)。并且各上述驅(qū)動電路以如下方式進行控制使通過上述線圈的電流增加的狀態(tài)的定時相互錯開。
另外，發(fā)光分析裝置的控制方法是，將點火電路連接到放電間隙中，并進而并聯(lián)地連接多個線圈與驅(qū)動電路的組合，從而形成放電路徑，其特征在于，各上述驅(qū)動電路以如下方式進行控制使通過上述線圈的電流增加的狀態(tài)的定時相互錯開。其中各上述驅(qū)動電路具有在上述線圈上施加固定電位差，使通過線圈的電流增加的狀態(tài)，以及直接將上述線圈連接到上述放電路徑，使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光分析裝置，由于將放電電流分散到多個線圈與驅(qū)動電路中，使由各元件控制的電流量變小，同時使各元件的切換頻率減少，所以可控制驅(qū)動電路的開關(guān)損耗，并可提高能量的傳遞效率。
或者，由于在將能量傳遞效率保持固定時，可減少放電電流的變化量，所以與先前的發(fā)光分析裝置相比，使發(fā)光強度的變化量變少，從而可提高分析精度或再現(xiàn)性。


圖1是采用先前技術(shù)的放電電路的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是采用先前技術(shù)的放電電路控制電路的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是采用正激變換器方式的放電電路。
圖4是正激變換器的驅(qū)動電路的示例。
圖5是作為本發(fā)明一個實施例的發(fā)光分析裝置的放電電流控制電路的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是作為本發(fā)明一個實施例的使用發(fā)光分析裝置的放電電流控制方法的說明圖。
11放電間隙12a、12b、12c、12d點火電路13線圈14電容器15再充電電路16驅(qū)動電路22點火電路23a、23b、23c線圈24a、24b、24c電容器25a、25b、25c再充電電路26a、26b、26c驅(qū)動電路27a、27b、27c放電路徑切換元件31放電電極32金屬試料33開關(guān)元件34電源或者電容足夠大的電容器35、36電流控制元件(MOSFET)37MOSFET控制電路38二極管具體實施方式
以下，參照圖式，對本發(fā)明的發(fā)光分析裝置加以詳細(xì)說明。
圖5是發(fā)光分析裝置的放電電路的一例，并且對與圖1至圖3相同者付與相同符號。首先，與先前的發(fā)光分析裝置相同，使用點火電路22在放電間隙11中開始放電。放電開始時，則將若干個驅(qū)動電路26a～26c維持于使通過線圈的電流增加的狀態(tài)。將此驅(qū)動電路的狀態(tài)簡單稱為ON狀態(tài)。如此，在金屬試料32與放電電極31之間(放電間隙)形成高能的火花放電。若放電電流達(dá)到預(yù)設(shè)的特定上限電流值，則將維持為ON狀態(tài)的控制電路，切換為使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)。將此驅(qū)動電路的狀態(tài)簡單稱為OFF狀態(tài)。另一方面，若放電電流達(dá)到預(yù)設(shè)的特定下限電流值，則將維持為OFF狀態(tài)的控制電路，切換為ON狀態(tài)。如此，在對連接到放電路徑的驅(qū)動電路26a～26c的狀態(tài)進行切換時，從所連接的所有驅(qū)動電路中依次進行選擇并切換。另外，達(dá)到上限電流值時，當(dāng)將一個驅(qū)動電路切換為OFF狀態(tài)后，電流值仍繼續(xù)增加時，進而重復(fù)將其他驅(qū)動電路切換為OFF狀態(tài)的操作。相反，達(dá)到下限電流值時，當(dāng)將一個驅(qū)動電路切換為ON狀態(tài)后，電流值仍繼續(xù)減少時，進而重復(fù)將其他驅(qū)動電路切換為ON狀態(tài)的操作。
圖6中，以發(fā)光分析裝置具有三個驅(qū)動電路26a、26b、26c的情形為例，表示各驅(qū)動電路的狀態(tài)與放電電流的變化情況。由點火電路開始放電后不久，三個驅(qū)動電路26a～26c全部維持為ON狀態(tài)。放電電流達(dá)到上限電流值時，則將驅(qū)動電路26a切換為OFF狀態(tài)。此時，由于驅(qū)動電路26b與26c處于ON狀態(tài)且處于放電電流增加的狀態(tài)，所以進而將驅(qū)動電路26b切換為OFF狀態(tài)。此時，只有驅(qū)動電路26c處于ON狀態(tài)，放電電流減少。放電電流減少，并達(dá)到放電電流下限值時，則將之前切換為OFF狀態(tài)的驅(qū)動電路26a切換為ON狀態(tài)。放電電流增加，并再次達(dá)到放電電流上限值時，則此次將驅(qū)動電路26c切換為OFF狀態(tài)。依次重復(fù)此動作，電流值在預(yù)設(shè)的放電電流上限值與放電電流下限值之間振蕩。經(jīng)過特定的放電時間后，若驅(qū)動電路26a～26c全部切換為OFF狀態(tài)，則放電結(jié)束。
在上述實施例中，放電開始時，三個驅(qū)動電路26a～26c均處于ON狀態(tài)，但根據(jù)目的，為了獲得所必需的電流增加率，處于ON狀態(tài)的驅(qū)動電路的數(shù)量也可以不同。另外，若由點火電路22而使放電開始的以前的各驅(qū)動電路26a～26c的狀態(tài)是，實際裝置所允許的狀態(tài)，則既可是ON狀態(tài)，也可是OFF狀態(tài)。
此處已對使用固定上限值與下限值的控制進行列舉，但可了解的是，通過使上限值與下限值隨時間改變，可生成任意的放電電流波形。
另外，已將具有三個驅(qū)動電路的情形進行列舉，但可了解的是，通過增加線圈與驅(qū)動電路的組合的數(shù)量，可更詳細(xì)地對電流值進行控制。
在上述說明中，以所有驅(qū)動電路的電源電壓與線圈的電感相等為前提，但為了產(chǎn)生非周期性、非持續(xù)性的放電電流，進而也可將線圈電感或電源電壓不同的驅(qū)動電路并聯(lián)連接。例如，當(dāng)欲提高放電電流的增加率，以使在放電開始后不久形成大電流的等離子時，較有效的是，不僅使多個放電電路處于ON狀態(tài)，而且另外設(shè)置電源電壓較高且線圈電感較小的電路，將其切換為ON狀態(tài)，從而可使電流值急速增加。有必要串連地將二極管連接到線圈，防止逆流。
在上述電路例中，省略了用以吸收無必要的感應(yīng)電動勢的緩沖(snubber)電路等，但根據(jù)需要，可連接電容器、二極管、電阻等。另外，也省略了切換驅(qū)動電路的ON狀態(tài)、OFF狀態(tài)的控制電路等，但當(dāng)然可附加適當(dāng)?shù)目刂齐娐贰?br> 另外，未在圖中記載的部分，使用與先前的發(fā)光分析裝置完全相同者，該部分是將來自放電間隙的發(fā)光導(dǎo)入分光器，檢測出適當(dāng)波長的光，對數(shù)據(jù)進行收集、分析的部分等。
當(dāng)將采用先前的正激變換器方式的放電電路，與之前所示的具有三個驅(qū)動電路的本發(fā)明的示例進行比較時，相當(dāng)于并聯(lián)地連接三個3倍電感的線圈與1/3電流值的驅(qū)動電路，并同時對上述三個驅(qū)動電路進行切換。此時，根據(jù)三個驅(qū)動電路同時處于ON狀態(tài)時的電流值，與三個驅(qū)動電路同時處于OFF狀態(tài)時的電流值，由于電流值的變化量較大，所以放電電流在上限值與下限值之間更迅速地變化。因此，由于驅(qū)動電路的切換頻率上升，所以開光元件上的損耗與本發(fā)明相比顯著增加，能量傳遞效率減少。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光分析裝置，由于將放電電流分散到多個線圈與驅(qū)動電路中，可使由各元件控制的電流量變少，同時也可減少各元件的切換頻率，所以可控制驅(qū)動電路的開關(guān)損耗，并可提高能量傳遞的效率。
或者，當(dāng)將能量傳遞效率保持為固定時，由于可使放電電流的變化量減少，所以與先前的發(fā)光分析裝置相比，可使發(fā)光強度的變化量變少，并可提高分析精度或再現(xiàn)性。
另外，較明確的是上述實施例僅是本發(fā)明的一個示例，在本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進行適當(dāng)改變或修正者也包含于本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光分析裝置，其是通過將點火電路連接到放電間隙，并進而并聯(lián)地連接多個線圈與驅(qū)動電路的組合，從而形成放電路徑者，其特征在于，上述驅(qū)動電路具有如下兩個狀態(tài)在上述線圈上施加固定電位差，使通過線圈的電流增加的狀態(tài)，以及直接將上述線圈連接到上述放電路徑，使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)，各上述驅(qū)動電路以如下方式進行控制使通過上述線圈的電流增加的狀態(tài)的定時相互錯開。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于，當(dāng)放電電流達(dá)到預(yù)設(shè)的特定上限電流值時，將前述驅(qū)動電路由使通過線圈的電流增加的狀態(tài)切換為使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于，當(dāng)前述放電電流達(dá)到前述上限電流值時，當(dāng)將前述一個驅(qū)動電路切換為使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)后，電流值仍繼續(xù)增加時，進而重復(fù)將前述其它驅(qū)動電路切換為使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于，當(dāng)放電電流達(dá)到預(yù)設(shè)的特定下限電流值時，將前述驅(qū)動電路由使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)切換為使通過線圈的電流增加的狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于，當(dāng)前述放電電流達(dá)到前述下限電流值時，當(dāng)將前述一個驅(qū)動電路切換為使通過線圈的電流增加的狀態(tài)后，電流值仍繼續(xù)減少時，進而重復(fù)將前述其它驅(qū)動電路切換為使通過線圈的電流增加的狀態(tài)。
6.一種發(fā)光分析裝置的控制方法，其通過將點火電路連接到放電間隙，并進而并聯(lián)地連接多個線圈與驅(qū)動電路的組合，從而形成放電路徑，其特征在于，各上述驅(qū)動電路中以如下方式進行控制使通過上述線圈的電流增加的狀態(tài)的定時相互錯開，其中各上述驅(qū)動電路具有在上述線圈上施加固定電位差，使通過線圈的電流增加的狀態(tài)，以及直接將上述線圈連接到上述放電路徑，使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光分析裝置的控制方法，其特征在于，當(dāng)放電電流達(dá)到預(yù)設(shè)的特定上限電流值時，將前述驅(qū)動電路由使通過線圈的電流增加的狀態(tài)切換為使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光分析裝置的控制方法，其特征在于，當(dāng)前述放電電流達(dá)到前述上限電流值時，當(dāng)將前述一個驅(qū)動電路切換為使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)后，電流值仍繼續(xù)增加時，進而重復(fù)將前述其它驅(qū)動電路切換為使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光分析裝置的控制方法，其特征在于，當(dāng)放電電流達(dá)到預(yù)設(shè)的特定下限電流值時，將前述驅(qū)動電路由使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)切換為使通過線圈的電流增加的狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光分析裝置的控制方法，其特征在于，當(dāng)前述放電電流達(dá)到前述下限電流值時，當(dāng)將前述一個驅(qū)動電路切換為使通過線圈的電流增加的狀態(tài)后，電流值仍繼續(xù)減少時，進而重復(fù)將前述其它驅(qū)動電路切換為使通過線圈的電流增加的狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光分析裝置，其中，放電電流的變動成為有損分析精度或再現(xiàn)性的原因。通過縮短切換驅(qū)動電路的間隔可減少電流值的變動量，但由于將增加驅(qū)動電路的開光元件的損耗，所以會降低能量傳遞的效率。本發(fā)明的發(fā)光分析裝置是將點火電路連接到放電間隙，并進而并聯(lián)地連接多個線圈與驅(qū)動電路的組合，從而形成放電路徑的發(fā)光分析裝置，其中驅(qū)動電路具有如下兩個狀態(tài)在線圈上施加固定電位差，使通過線圈的電流增加的狀態(tài)，以及直接將線圈連接到放電路徑，使通過線圈的電流持續(xù)的狀態(tài)，并且各驅(qū)動電路以如下方式進行控制將成為使通過線圈的電流增加的狀態(tài)的定時相互錯開。
文檔編號G01N21/62GK1854717SQ20061006660
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月19日
發(fā)明者河藤栄三 申請人:株式會社島津制作所