專利名稱：全數(shù)字能量可調的火花光源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬光譜分析技術領域，提供了一種全數(shù)字能量可調的火花光源。用于直讀 火花光譜分析儀器。
背景技術：
激發(fā)光源是火花光譜分析儀中一個極為重要的核心部件。它的作用是給分析試樣 提供蒸發(fā)、原子化的激發(fā)能量。在光譜分析時，試樣的蒸發(fā)、原子化和激發(fā)之間沒有明顯界 限，這些過程幾乎是同時進行的，而這一系列過程均直接影響譜線的發(fā)射以及譜線的強度。 不同能量的激發(fā)光源對各類樣品、各種元素具有不同的蒸發(fā)行為?；鸹ü庾V分析的誤差主 要來源是光源。因此激發(fā)光源的水平直接決定了火花光譜儀的整機水平。目前國產(chǎn)火花光譜儀配備的火花激發(fā)光源，激發(fā)能量無法根據(jù)材料的不同而靈活 調整，導致分析的穩(wěn)定性和準確度差。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種全數(shù)字能量可調的火花光源，是研制出能夠適應各種不 同材料的全數(shù)字式能量可調的火花光源，獲得了良好的靈敏度、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。本發(fā)明包括激發(fā)控制系統(tǒng)、火花能量可調的電源電路、高壓引燃電路、氬氣控制電 路以及控制系統(tǒng)和USB接口控制電路；計算機通過控制軟件，經(jīng)USB接口傳輸?shù)浇涌陔娐罚?接口電路與激發(fā)控制電路相連，由激發(fā)控制系統(tǒng)發(fā)出控制脈沖，控制火花電源電路的電壓 高低，從而控制火花放電的能量大小，激發(fā)時先由高壓引燃電路將分析間隙電離，再通過火 花電源電路進行火花放電；由于在氬氣氛圍下容易電離，因此激發(fā)時激發(fā)控制系統(tǒng)同時控 制氬氣的通斷；激發(fā)時采集的信號由USB接口傳輸?shù)接嬎銠C。其特征在于計算機發(fā)出控 制信號，將激發(fā)頻率和火花能量的百分數(shù)作為激發(fā)參數(shù)；火花光源電源電路采用IGBT逆變 電路輸入采用直流電源，通過IGBT功率管和高頻變壓器，進行DC-AC逆變轉換，然后再經(jīng) 過整流后給火花放電電容充電；充放電的頻率和充電電壓的高低由控制激發(fā)參數(shù)決定，充 電電壓的高低連續(xù)可控，進而使火花放電的能量連續(xù)可控；高壓引燃電路和火花放電電路 的輸出接到激發(fā)電極和待分析樣品之間，兩者采用耐高壓快速恢復二極管組(其反向恢復 時間< 65ns)隔離；控制信號和采集信號均通過USB接口與計算機進行傳輸，連接非常方 便；在激發(fā)控制電路與電源電路之間采用光纖連接，脈沖信號是通過光信號進行傳輸?shù)?，?離了控制電路和電源電路，有效防止了電磁干擾。傳統(tǒng)的火花光源的激發(fā)頻率分成幾檔，實際應用時根據(jù)需要選擇其一，本發(fā)明的 激發(fā)頻率可實現(xiàn)連續(xù)調整，調整范圍為1Hz 1500Hz，激發(fā)頻率作為參數(shù)由計算機控制軟 件進行設定。傳統(tǒng)的火花光源的激發(fā)能量分成幾檔，實際應用時根據(jù)需要進行選擇，本發(fā)明 的火花激發(fā)能量從8mJ 800mJ連續(xù)可調，激發(fā)能量的連續(xù)可調是通過火花放電電壓(從 4V 400V)的連續(xù)可調實現(xiàn)的，作為控制光源激發(fā)的參數(shù)，由計算機控制軟件進行設定。實 現(xiàn)火花放電電壓的連續(xù)可調是通過調整控制脈沖的占空比實現(xiàn)的。
火花光源電源電路采用IGBT逆變電路輸入采用直流電源，通過IGBT功率管和高 頻變壓器，進行DC-AC逆變轉換，然后再經(jīng)過整流后給火花放電電容充電。高壓引燃電路和火花放電電路的輸出接到激發(fā)電極和待分析樣品之間，兩者采用 耐高壓快速恢復二極管組(其反向恢復時間< 65ns)隔離?？刂菩盘柡筒杉盘柧ㄟ^USB接口與計算機進行傳輸，連接非常方便；在激發(fā) 控制電路與電源電路之間采用光纖連接，脈沖信號是通過光信號進行傳輸?shù)模綦x了控制 電路和電源電路，有效防止了電磁干擾。本發(fā)明全數(shù)字能量可調的火花光源的激發(fā)頻率和火花激發(fā)能量連續(xù)可調，激發(fā)頻 率為1Hz 1500Hz連續(xù)可調，火花激發(fā)能量(從8mJ 800mJ)的連續(xù)可調是通過火花放 電電壓(從4V 400V)的連續(xù)可調實現(xiàn)的，作為控制光源激發(fā)的參數(shù)，由計算機控制軟件 進行設定。所述的高壓引燃電路中點火器的輸入信號來自于逆變電源整流后得到的，每引燃 一次就有一次火花放電，高壓引燃的頻率的控制信號和火花電源的控制信號是同步的。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點1、光源的放電頻率連續(xù)可調，從1Hz到1500Hz 光源放電頻率直接影響激發(fā)點的 大小，以及單位面積上的能量密度，找到適合于某種材料的激發(fā)頻率，有利于元素的充分激 發(fā)和縮短預燃所需的時間。這樣提高分析精度和速度，結果的重復性好。2、光源的激發(fā)能量連續(xù)可調通過電壓從4V到400V的連續(xù)調節(jié)，從而實現(xiàn)能量 從8mJ 800mJ的連續(xù)可調。用此種光源有以下幾個優(yōu)點用此種光源有以下幾個優(yōu)點 (1)光源在預燃期間選用高能量、產(chǎn)生大的電流脈沖、預燃能量較高使分析試樣以氣體狀態(tài) 蒸發(fā)出來，并使氣態(tài)原子進而激發(fā)這一過程時間縮短。(2)可以克服某些樣品因冶金組織的 差異(即不均質)而引起的基本效應。采用高能預燃能使不均質樣品(如灰鑄鐵)在局部 區(qū)域表面進行充分熔融而均質化，提高樣品分析結果的準確性。(3)積分期間采用小能量工 作，得到低電流脈沖，有利于減小背景，而不影響激發(fā)狀態(tài)，獲得的譜線強度穩(wěn)定，有利于提 高測量的精度和準確度。


附圖1為本發(fā)明火花光源的系統(tǒng)示意圖。附圖2為本發(fā)明所述的逆變電源火花放電的主回路示意圖。其中，Ed 輸入電源；C1 火花充放電電容；T 高頻升壓變壓器；L :電感；A 分析間 隙；VL 續(xù)流二極管。
具體實施例方式本發(fā)明包括激發(fā)控制系統(tǒng)、火花能量可調的電源電路、高壓引燃電路、氬氣控制電 路以及控制系統(tǒng)和USB接口控制電路；計算機通過控制軟件，經(jīng)USB接口傳輸?shù)浇涌陔娐罚?接口電路與激發(fā)控制電路相連，由激發(fā)控制系統(tǒng)發(fā)出控制脈沖，控制火花電源電路的電壓 高低，從而控制火花放電的能量大小，激發(fā)時先由高壓引燃電路將分析間隙電離，再通過火 花電源電路進行火花放電；由于在氬氣氛圍下容易電離，因此激發(fā)時激發(fā)控制系統(tǒng)同時控 制氬氣的通斷；激發(fā)時采集的信號由USB接口傳輸?shù)接嬎銠C。其特征在于計算機發(fā)出控
4制信號，將激發(fā)頻率和火花能量的百分數(shù)作為激發(fā)參數(shù)；火花光源電源電路采用IGBT逆變 技術輸入采用直流電源，通過IGBT功率管和高頻變壓器，進行DC-AC逆變轉換，然后再經(jīng) 過整流后給火花放電電容充電；充放電的頻率和充電電壓的高低由控制激發(fā)參數(shù)決定，充 電電壓的高低連續(xù)可控，進而使火花放電的能量連續(xù)可控；高壓引燃電路和火花放電電路 的輸出接到激發(fā)電極和待分析樣品之間，兩者采用耐高壓快速恢復二極管組(其反向恢復 時間< 65ns)隔離；控制信號和采集信號均通過USB接口與計算機進行傳輸，連接非常方 便；在激發(fā)控制電路與電源電路之間采用光纖連接，脈沖信號是通過光信號進行傳輸?shù)?，?離了控制電路和電源電路，有效防止了電磁干擾。由圖1所示的火花光源的系統(tǒng)示意圖可知，計算機控制軟件發(fā)出控制信號，控制 信號包括控制氬氣充氣閥的信號、控制光源激發(fā)頻率、激發(fā)光源能量百分比的信號，產(chǎn)生的 控制信號經(jīng)USB接口，接到光源的控制電路；輸入到光源的激發(fā)控制電路，經(jīng)過計數(shù)器，產(chǎn) 生與控制信號相對應的頻率和占空比的脈寬可調的脈沖信號；脈沖信號經(jīng)過三極管驅動電 路，作為控制高頻開關管IGBT的控制信號，控制IGBT的通斷，使直流36V電源逆變?yōu)榻涣鳎?經(jīng)過升壓變壓器升壓，再進行整流，整流后經(jīng)過電感給電容充電，電容上充電的電壓值與控 制信號的占空比成正比，與計算機控制信號的能量百分比相對應，電容上電壓的大小，也就 決定了單次火花放電的能量的大小。由單穩(wěn)態(tài)電路和點火線圈組成的高壓引燃電路，產(chǎn)生 高壓使電極與樣品之間在氬氣氛圍下電離，然后由火花電源維持火花放電。由圖2逆變電源火花放電的主回路示意圖可知輸入采用直流36V電源，通過功率 管IGBT1、IGBT2和高頻變壓器T，進行DC-AC逆變轉換，然后再經(jīng)過整流橋整流后給火花放 電電容C1充電；充放電的頻率和充電電壓的高低由控制激發(fā)參數(shù)決定，通過電容C1的充電 電壓的高低連續(xù)可控，進而使火花放電的能量連續(xù)可控；高壓引燃電路和火花放電電路的 輸出接到分析間隙A。
權利要求
一種全數(shù)字能量可調的火花光源，包括激發(fā)控制系統(tǒng)、火花能量可調的電源電路、高壓引燃電路、氬氣控制電路以及控制系統(tǒng)和USB接口控制電路；其特征在于計算機通過控制軟件，經(jīng)USB接口傳輸?shù)浇涌陔娐?，接口電路與激發(fā)控制電路相連，由激發(fā)控制系統(tǒng)發(fā)出控制脈沖，控制火花電源電路的電壓高低，從而控制火花放電的能量大小，激發(fā)時先由高壓引燃電路將分析間隙電離，再通過火花電源電路進行火花放電；激發(fā)時激發(fā)控制系統(tǒng)同時控制氬氣的通斷；激發(fā)時采集的信號由USB接口傳輸?shù)接嬎銠C；計算機發(fā)出控制信號，將激發(fā)頻率和火花能量的百分數(shù)作為激發(fā)參數(shù)；火花光源電源電路采用IGBT逆變電路輸入采用直流電源，通過IGBT功率管和高頻變壓器，進行DC-AC逆變轉換，然后再經(jīng)過整流后給火花放電電容充電；充放電的頻率和充電電壓的高低由控制激發(fā)參數(shù)決定，充電電壓的高低連續(xù)可控，進而使火花放電的能量連續(xù)可控；高壓引燃電路和火花放電電路的輸出接到激發(fā)電極和待分析樣品之間，兩者采用耐高壓快速恢復二極管組隔離；控制信號和采集信號均通過USB接口與計算機進行傳輸；在激發(fā)控制電路與電源電路之間采用光纖連接，脈沖信號是通過光信號進行傳輸?shù)模綦x了控制電路和電源電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的火花光源，其特征是，激發(fā)頻率實現(xiàn)連續(xù)調整，調整范圍為 1Hz 1500Hz，作為控制光源激發(fā)的參數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的火花光源，其特征是，火花激發(fā)能量連續(xù)可調，火花激發(fā)能量 從8mJ 800mJ連續(xù)可調，激發(fā)能量的連續(xù)可調是通過火花放電電壓從4V 400V的連續(xù) 實現(xiàn)的，作為控制光源激發(fā)的參數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的火花光源，其特征是，實現(xiàn)火花放電電壓的連續(xù)可調是通過 調整控制脈沖的占空比實現(xiàn)的。
5.根據(jù)權利要求1所述的火花光源，其特征是，火花光源電源電路采用IGBT逆變技術 輸入采用直流電源，通過IGBT功率管和高頻變壓器，進行DC-AC逆變轉換，然后再經(jīng)過整流 后給火花放電電容充電。
6.根據(jù)權利要求1所述的火花光源，其特征是，控制信號和采集信號均通過USB接口與 計算機進行傳輸，連接非常方便；在激發(fā)控制電路與電源電路之間采用光纖連接，脈沖信號 是通過光信號進行傳輸?shù)?，隔離了控制電路和電源電路，有效防止了電磁干擾。
全文摘要
一種全數(shù)字能量可調的火花光源，屬光譜分析技術領域。該火花光源包括激發(fā)控制系統(tǒng)、火花能量可調的電源電路、高壓引燃電路、氬氣控制電路以及控制系統(tǒng)和USB接口控制電路。計算機通過控制軟件，經(jīng)USB接口傳輸?shù)浇涌陔娐?，接口電路與激發(fā)控制電路相連，由激發(fā)控制系統(tǒng)發(fā)出控制脈沖，控制火花電源電路的電壓高低，從而控制火花放電的能量大小，激發(fā)時先由高壓引燃電路將分析間隙電離，再通過火花電源電路進行火花放電；激發(fā)時激發(fā)控制系統(tǒng)同時控制氬氣的通斷；激發(fā)時采集的信號由USB接口傳輸?shù)接嬎銠C。優(yōu)點在于，激發(fā)放電頻率、火花放電能量可在軟件上進行連續(xù)設定，有利于分析性質不同材料的化學成分，采用了光導纖維來傳送激發(fā)控制信號，抗干擾能力很強。
文檔編號G01N21/62GK101799415SQ201010118150
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月4日 優(yōu)先權日2010年3月4日
發(fā)明者常麗莉, 張秀鑫, 張勝坤, 楊新生, 王輝, 胡畔, 袁良經(jīng) 申請人:北京納克分析儀器有限公司