專利名稱：一種雙向激發(fā)的高重復(fù)頻率火花光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其適合應(yīng)用于專用的直讀火花光譜儀器。
背景技術(shù)：
高重復(fù)頻率火花光源具備電弧光源的高靈敏度以及火花光源的高精密度優(yōu)點(diǎn)，在直接分析和現(xiàn)場(chǎng)分析應(yīng)用中仍然具有應(yīng)用價(jià)值。目前國產(chǎn)儀器產(chǎn)生高重復(fù)頻率火花放電的方法主要有兩種:經(jīng)典的方法和現(xiàn)代的數(shù)字化能量可調(diào)火花光源。經(jīng)典的方法主要缺點(diǎn)是弓I燃火花放電的極性是單向的，在交流低壓火花放電應(yīng)用中限制了其可靠性；并且其高壓變壓器直接耦合到分析間隙，放電速度存在限制，不能滿足更高重復(fù)頻率的要求；且引燃火花能量無法確保穩(wěn)定，進(jìn)一步限制其應(yīng)用范圍?，F(xiàn)代的數(shù)字化能量可調(diào)光源雖然可以根據(jù)具體樣品的性質(zhì)精確控制火花放電能量，但是仍屬于單向火花放電，其光源的分析性能不如雙向火花放電。同時(shí)，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，不適合在相對(duì)惡劣的環(huán)境下運(yùn)行，在現(xiàn)場(chǎng)分析應(yīng)用中受到一定的限制。除此之外，目前絕大多數(shù)火花光源系統(tǒng)與外部控制器通過直接信號(hào)連接，而火花光源電路本身是一個(gè)嚴(yán)重的電磁干擾源，因此對(duì)控制電路存在干擾的可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠工作的高重復(fù)頻率交流低壓火花光源，應(yīng)用于直讀火花光譜儀器的雙向激發(fā)的高重復(fù)頻率火花光源。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案:一種雙向激發(fā)的高重復(fù)頻率火花光源，包括高重復(fù)頻率雙向火花引燃電路，所述高重復(fù)頻率雙向火花引燃電路包括與主控制電路連接的光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路，雙脈沖系列產(chǎn)生電路和雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路，所述光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路一端與交流電源輸入端電連接，另一端與雙脈沖系列產(chǎn)生電路電連接，光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路用于接受外部控制器控制并驅(qū)動(dòng)雙脈沖系列產(chǎn)生電路,雙脈沖系列產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生重復(fù)頻率固定的可控硅觸發(fā)脈沖,雙脈沖系列產(chǎn)生電路另一端與所述雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路電連接，所述雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路輸出端分別接地及與高壓端電連接。進(jìn)一步的，所述光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路包括光導(dǎo)纖維耦合器、第一二極管、第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻、電解電容、第一三極管、光耦合可控硅和變壓器，所述光導(dǎo)纖維耦合器的第三輸出端與交流電源輸入端的第二輸出端連接，光導(dǎo)纖維耦合器的第二輸出端連接電解電容的正極，電解電容的負(fù)極連接交流電源輸入端的第二輸出端，第一二極管的正極連接交流電源輸入端的第二輸出端、負(fù)極通過第二電阻和第一電阻與電解電容的負(fù)極連接，第三電阻的一端與電解電容的負(fù)極連接、另一端與光稱合可控娃的輸入正極連接，光耦合可控硅的輸入負(fù)極與第一三極管的集電極連接，第一三極管的發(fā)射極接光導(dǎo)纖維耦合器的第三輸出端、基極通過第四電阻接光導(dǎo)纖維耦合器的第一輸出端，光耦合可控硅的輸出端一端與第一三極管的發(fā)射極連接、另一端通過變壓器的原線圈連接到第一二極管的正極。所述雙脈沖系列產(chǎn)生電路包括上下對(duì)稱的兩部分電路，分別為輸入交流電正、負(fù)半周輸出頻率穩(wěn)定的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路。進(jìn)一步的，所述上部分電路包括第二二極管、第五電阻、第七電阻、第九電阻、第一穩(wěn)壓二極管、第一電容、第二三極管、第十一電阻，所述第二二極管正極接變壓器第一副線圈一端，負(fù)極通過第五電阻、第七電阻、第一電容接變壓器第一副線圈另一端，所述第一穩(wěn)壓二極管的負(fù)極接第五電阻和第七電阻之間、正極接變壓器第一副線圈另一端，所述第九電阻一端接第一穩(wěn)壓二極管的負(fù)極，另一端接第二三極管的第一發(fā)射極，第二三極管的基極接第七電阻和第一電容之間，第二三極管的第二發(fā)射極接第十一電阻的一端，第十一電阻另一端接變壓器第一副線圈另一端。所述雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路包括第十三電阻、第十四電阻、第一可控硅、第二可控硅、第四二極管、第五二極管、高壓變壓器、第三電容、限流電阻，所述第一可控硅的陽極和第四二極管的負(fù)極連接后通過第十三電阻接交流電源輸入端的第一輸出端，第一可控硅的陰極和第四二極管的正極連接后接高壓變壓器的原線圈一端，第一可控硅的控制極接雙脈沖系列產(chǎn)生電路的上部分電路，所述第十四電阻、第二可控硅、和第五二極管分別為與第十三電阻、第一可控硅和第四二極管相對(duì)稱的連接結(jié)構(gòu)，所述高壓變壓器的副線圈一端通過限流電阻接高壓端，另一端接地。還包括高壓放電電容，其一端接限流電阻，另一端接地。高重復(fù)頻率雙向火花引燃電路位于分析放電間隙和輔助放電間隙之間，并在輔助間隙旁設(shè)風(fēng)扇。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):輸入采用光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口、頻率固定的雙脈沖系列產(chǎn)生電路以及能量穩(wěn)定的雙向高壓火花引燃電路。有效消除火花激發(fā)電路對(duì)系統(tǒng)控制電路的干擾；雙向激發(fā)方式特別適合交流火花得激發(fā)，有助于提高引燃的可靠性；高壓變壓器輸出側(cè)電容的使用能夠穩(wěn)定引燃火花能量，有助于提高光源的分析精密度。


圖1為本發(fā)明火花光源電路的整體原理圖；圖2為高重復(fù)頻率雙向火花引燃電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例:請(qǐng)參閱圖1所示，一種雙向激發(fā)的高重復(fù)頻率火花光源，包括高重復(fù)頻率雙向火花引燃電路1，高重復(fù)頻率雙向火花引燃電路I包括與主控制電路連接的光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路2，雙脈沖系列產(chǎn)生電路3和雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路4，光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路2 —端與交流電源輸入端Jl電連接，另一端與雙脈沖系列產(chǎn)生電路3電連接，光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路2用于接受外部控制器控制并驅(qū)動(dòng)雙脈沖系列產(chǎn)生電路3，雙脈沖系列產(chǎn)生電路3用于產(chǎn)生重復(fù)頻率固定的可控硅觸發(fā)脈沖，雙脈沖系列產(chǎn)生電路3另一端與雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路4電連接，所述雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路4輸出端分別接地及與高壓端HV電連接。雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路4的特點(diǎn)是雙向觸發(fā)、弓丨燃能量穩(wěn)定。請(qǐng)參閱圖2所示，光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路2包括光導(dǎo)纖維耦合器J2、第一二極管D1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4、電解電容Cl、第一三極管Q1、光率禹合可控娃OPTl和變壓器Tl,光導(dǎo)纖維稱合器J2的第三輸出端與交流電源輸入端Jl的第二輸出端連接，光導(dǎo)纖維耦合器J2的第二輸出端連接電解電容Cl的正極，電解電容Cl的負(fù)極連接交流電源輸入端Jl的第二輸出端，第一二極管Dl的正極連接交流電源輸入端Jl的第二輸出端、負(fù)極通過第二電阻R2和第一電阻Rl與電解電容Cl的負(fù)極連接，第三電阻R3的一端與電解電容Cl的負(fù)極連接、另一端與光耦合可控硅OPTl的輸入正極連接，光耦合可控硅OPTl的輸入負(fù)極與第一三極管Ql的集電極連接，第一三極管Ql的發(fā)射極接光導(dǎo)纖維耦合器J2的第三輸出端、基極通過第四電阻(R4)接光導(dǎo)纖維耦合器J2的第一輸出端，光稱合可控娃OPTl的輸出端一端與第一三極管Ql的發(fā)射極連接、另一端通過變壓器Tl的原線圈連接到第一二極管Dl的正極。外部控制器通過光導(dǎo)纖維控制光耦合可控硅OPTl導(dǎo)通，使雙脈沖系列產(chǎn)生電路3工作。雙脈沖系列產(chǎn)生電路3包括上下對(duì)稱的兩部分電路，上半部分在輸入交流電正半周工作，產(chǎn)生頻率固定的可控硅觸發(fā)脈沖，下半部分則在輸入交流電的負(fù)半周工作，輸出另一組頻率固定的可控娃出發(fā)脈沖。上部分電路包括第二二極管D2、第五電阻R5、第七電阻R7、第九電阻R9、第一穩(wěn)壓二極管DZl、第一電容C2、第二三極管Q2、第i^一電阻RlI，第二二極管D2正極接變壓器Tl第一副線圈一端，負(fù)極通過第五電阻R5、第七電阻R7、第一電容C2接變壓器Tl第一副線圈另一端，第一穩(wěn)壓二極管DZl的負(fù)極接第五電阻R5和第七電阻R7之間、正極接變壓器Tl第一副線圈另一端，第九電阻R9 —端接第一穩(wěn)壓二極管DZl的負(fù)極，另一端接第二三極管Q2的第一發(fā)射極，第二三極管Q2的基極接第七電阻R7和第一電容C2之間，第二三極管Q2的第二發(fā)射極接第十一電阻Rll的一端，第十一電阻Rll另一端接變壓器Tl第一副線圈另一端。下部分電路包括第三二極管 D3、第六電阻R6、第八電阻R8、第十電阻R10、第二穩(wěn)壓二極管DZ2、第二電容C3、第三三極管Q3、第十二電阻R12，下部分電路的連接與上部分電路對(duì)稱，因此其連接結(jié)構(gòu)不再詳述，具體請(qǐng)見圖2。兩組脈沖的重復(fù)頻率只取決于第一穩(wěn)壓二極管DZ1、第二穩(wěn)壓二極管DZ2、第七電阻R7、第八電阻R8、第一電容C2、第二電容C3、第二三極管Q2及第三三極管Q3等元件的參數(shù)，可按照具體的應(yīng)用需要選擇這些元件的參數(shù)，可根據(jù)具體的要求合理選擇。這是高重復(fù)頻率交流火花的雙向弓I燃信號(hào)基礎(chǔ)。雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路4包括第十三電阻R13、第十四電阻R14、第一可控硅S1、第二可控硅S2、第四二極管D4、第五二極管D5、高壓變壓器T2、第三電容C4、限流電阻R15，第一可控硅SI的陽極和第四二極管D4的負(fù)極連接后通過第十三電阻R13接交流電源輸入端Jl的第一輸出端，第一可控硅SI的陰極和第四二極管D4的正極連接后接高壓變壓器T2的原線圈一端，第一可控硅SI的控制極接雙脈沖系列產(chǎn)生電路3的上部分電路，所述第十四電阻R14、第二可控硅S2、和第五二極管D5分別為與第十三電阻R13、第一可控硅SI和第四二極管D4相對(duì)稱的連接結(jié)構(gòu)，高壓變壓器T2的副線圈一端通過限流電阻R15接高壓端HV，另一端接地。該電路的特點(diǎn)是第一可控硅S1、第二可控硅S2、第四二極管D4、第五二極管D5構(gòu)成雙向激發(fā)電路，使高壓變壓器T2的次級(jí)輸出與交流電極性相同的高壓引燃脈沖。還包括高壓放電電容C5，其一端接限流電阻R15，另一端接地。因?yàn)楦邏弘娙軨5的使用，使每一個(gè)引燃脈沖能量保持穩(wěn)定。采用單向第一可控硅S1、第一可控硅S2及第四二極管D4、第五二極管D5構(gòu)成雙向激發(fā)電路，第一可控娃S1、第一可控娃S2在各自脈沖的觸發(fā)下導(dǎo)通,使第三電容C4、第四電容C5與高壓變壓器T2發(fā)生諧振，當(dāng)?shù)谌娙軨4的電壓過零時(shí)，第一可控硅SI或者第二可控硅S2截止，使存儲(chǔ)于第三電容C4上的能量全部轉(zhuǎn)移到高壓放電電容C5，并且最后在圖1所示的分析放電間隙AG上產(chǎn)生于交流電極性相同的高壓火花放電。引燃火花的能量取決于第四電容C5和如圖1所示的輔助放電間隙FG擊穿電壓決定。高重復(fù)頻率雙向火花引燃電路I位于分析放電間隙AG和輔助放電間隙FG之間，并在輔助間隙FG旁設(shè)風(fēng)扇，被專門設(shè)置的風(fēng)扇吹洗，保持其擊穿電壓穩(wěn)定。如圖2所示的電路中，高壓放電電容C5、限流電阻Rl5因體積較大，不適合安裝在電路板上，其他元件安裝在同一塊電路板中，該電路板位于與分析放電間隙AG、輔助放電間隙FG有效電磁隔離的空間內(nèi)，簡(jiǎn)單的金屬屏蔽就是有效的。分析間隙同時(shí)也是樣品采樣裝置，通常安裝在專門的樣品室里。根據(jù)應(yīng)用對(duì)火花重復(fù)頻率的要求，選擇合適的DZ1、R7、C2、Q2和DZ2、R8、C3、Q3元件參數(shù)。通常DZ1、DZ2、Q2、Q3元件參數(shù)相對(duì)固定，主要選擇R7、C2、R8、C3等四個(gè)元件的參數(shù)。根據(jù)具體分析應(yīng)用對(duì)火花能量的要求，選擇圖1中電容Cl的容量以及圖2中電解電容Cl的容量，然后，為了維持選定的放電頻率要求，選擇圖1中的電阻Rl以及圖2中的第十三電阻R13、第十四R14電阻阻值。高壓變壓器T2產(chǎn)生的最大輸出電壓為14KV。其他元件參數(shù)則以一般電子電路的要求選擇。上列詳細(xì)說明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種雙向激發(fā)的高重復(fù)頻率火花光源，包括高重復(fù)頻率雙向火花引燃電路(1)，其特征在于:所述高重復(fù)頻率雙向火花引燃電路(I)包括與主控制電路連接的光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路(2)，雙脈沖系列產(chǎn)生電路(3)和雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路(4)，所述光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路(2) —端與交流電源輸入端(Jl)電連接，另一端與雙脈沖系列產(chǎn)生電路(3)電連接，光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路(2)用于接受外部控制器控制并驅(qū)動(dòng)雙脈沖系列產(chǎn)生電路(3 )，雙脈沖系列產(chǎn)生電路(3 )用于產(chǎn)生重復(fù)頻率固定的可控硅觸發(fā)脈沖，雙脈沖系列產(chǎn)生電路(3)另一端與所述雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路(4)電連接，所述雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路(4)輸出端分別接地及與高壓端(HV)電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的雙向激發(fā)的高重復(fù)頻率火花光源，其特征在于:所述光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路(2)包括光導(dǎo)纖維稱合器(J2)、第一二極管(Dl)、第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)和第四電阻(R4)、電解電容(Cl)、第一三極管(Q1)、光耦合可控硅(OPTl)和變壓器(Tl)，所述光導(dǎo)纖維耦合器(J2)的第三輸出端與交流電源輸入端(Jl)的第二輸出端連接，光導(dǎo)纖維耦合 器(J2)的第二輸出端連接電解電容(Cl)的正極，電解電容(Cl)的負(fù)極連接交流電源輸入端(Jl)的第二輸出端，第一二極管(Dl)的正極連接交流電源輸入端(Jl)的第二輸出端、負(fù)極通過第二電阻(R2)和第一電阻(Rl)與電解電容(Cl)的負(fù)極連接，第三電阻(R3)的一端與電解電容(Cl)的負(fù)極連接、另一端與光稱合可控娃(OPTl)的輸入正極連接，光耦合可控硅(OPTl)的輸入負(fù)極與第一三極管(Ql)的集電極連接，第一三極管(Ql)的發(fā)射極接光導(dǎo)纖維耦合器(J2)的第三輸出端、基極通過第四電阻(R4)接光導(dǎo)纖維I禹合器(J2)的第一輸出端,光I禹合可控娃(OPTl)的輸出端一端與第一三極管(Ql)的發(fā)射極連接、另一端通過變壓器(Tl)的原線圈連接到第一二極管(Dl)的正極。
3.如權(quán)利要求2所述的雙向激發(fā)的高重復(fù)頻率火花光源，其特征在于:所述雙脈沖系列產(chǎn)生電路(3)包括上下對(duì)稱的兩部分電路，分別為輸入交流電正、負(fù)半周輸出頻率穩(wěn)定的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路。
4.如權(quán)利要求3所述的雙向激發(fā)的高重復(fù)頻率火花光源，其特征在于:所述上部分電路包括第二二極管(D2)、第五電阻(R5)、第七電阻(R7)、第九電阻(R9)、第一穩(wěn)壓二極管(DZ1)、第一電容(C2)、第二三極管(Q2)、第十一電阻(R11)，所述第二二極管(D2)正極接變壓器(Tl)第一副線圈一端，負(fù)極通過第五電阻(R5)、第七電阻(R7)、第一電容(C2)接變壓器(Tl)第一副線圈另一端，所述第一穩(wěn)壓二極管(DZl)的負(fù)極接第五電阻(R5)和第七電阻(R7)之間、正極接變壓器(Tl)第一副線圈另一端，所述第九電阻(R9)—端接第一穩(wěn)壓二極管(DZl)的負(fù)極，另一端接第二三極管(Q2)的第一發(fā)射極，第二三極管(Q2)的基極接第七電阻(R7)和第一電容(C2)之間，第二三極管(Q2)的第二發(fā)射極接第i^一電阻(Rll)的一端，第十一電阻(Rll)另一端接變壓器(Tl)第一副線圈另一端。
5.如權(quán)利要求4所述的雙向激發(fā)的高重復(fù)頻率火花光源，其特征在于:所述雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路(4)包括第十三電阻(R13)、第十四電阻(R14)、第一可控硅(SI)、第二可控硅(S2)、第四二極管(D4)、第五二極管(D5)、高壓變壓器(T2)、第三電容(C4)、限流電阻(R15)，所述第一可控硅(SI)的陽極和第四二極管(D4)的負(fù)極連接后通過第十三電阻(R13)接交流電源輸入端(Jl)的第一輸出端，第一可控硅(SI)的陰極和第四二極管(D4)的正極連接后接高壓變壓器(T2)的原線圈一端，第一可控硅(SI)的控制極接雙脈沖系列產(chǎn)生電路(3)的上部分電路，所述第十四電阻(R14)、第二可控硅(S2)、和第五二極管(D5)分別為與第十三電阻(R13)、第一可控硅(SI)和第四二極管(D4)相對(duì)稱的連接結(jié)構(gòu)，所述高壓變壓器(T2)的副線圈一端通過限流電阻(R15)接高壓端(HV)，另一端接地。
6.如權(quán)利要求5所述的雙向激發(fā)的高重復(fù)頻率火花光源，其特征在于:還包括高壓放電電容(C5)，其一端接限流電阻(R15)，另一端接地。
7.如權(quán)利要求1 所述的雙向激發(fā)的高重復(fù)頻率火花光源，其特征在于:高重復(fù)頻率雙向火花引燃電路(I)位于分析放電間隙(AG)和輔助放電間隙(FG)之間，并在輔助間隙(FG)芳設(shè)風(fēng)扇。
全文摘要
本發(fā)明公開了雙向激發(fā)的高重復(fù)頻率火花光源，包括與主控制電路連接的光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路，雙脈沖系列產(chǎn)生電路和雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路，所述光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路一端與交流電源輸入端電連接，另一端與雙脈沖系列產(chǎn)生電路電連接，光導(dǎo)纖維信號(hào)輸入接口電路用于接受外部控制器控制并驅(qū)動(dòng)雙脈沖系列產(chǎn)生電路，雙脈沖系列產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生重復(fù)頻率固定的可控硅觸發(fā)脈沖，雙脈沖系列產(chǎn)生電路另一端與所述雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路電連接，所述雙向激發(fā)的高壓火花引燃電路輸出端分別接地及與高壓端電連接。有效消除火花激發(fā)電路對(duì)系統(tǒng)控制電路的干擾；有助于提高引燃的可靠性；有助于提高光源的分析精密度。
文檔編號(hào)G01J3/10GK103115678SQ201310037680
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者何嘉耀, 張冠文, 劉日威, 陳江韓 申請(qǐng)人:中國廣州分析測(cè)試中心