一種能量場發(fā)生裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種能量場發(fā)生裝置及其控制方法，特別涉及能夠應(yīng)用于光譜分析儀 等精密分析儀器中的能量場發(fā)生裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電和磁是一種能量場。電場產(chǎn)生磁場，同時，磁場又產(chǎn)生電場。它們是密不可分的。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，電磁技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。微波功率發(fā)生技術(shù)目前應(yīng) 用最多的是加熱、烘干等方面，但對于精密分析技術(shù)領(lǐng)域來說，由于受現(xiàn)有技術(shù)和原材料的 限制，沒有更好地發(fā)揮它的作用。
[0003] 在專利文獻(xiàn)1中，公開了一種微波等離子體獲得裝置，其主要結(jié)構(gòu)由3個同軸金屬 管（內(nèi)管、中管和外管）構(gòu)成，微波能夠以電容耦合的方式進(jìn)入管中。工作時，載氣攜帶樣 品從下部進(jìn)入同軸金屬管的內(nèi)管，用內(nèi)管和中管瞬間短路形成的火花點燃等離子體，樣品 即可在等離子體中原子化、激發(fā)、甚至電離。該微波等離子體獲得裝置可以用來作為原子發(fā) 射和熒光光譜的光源以及原子光譜的離子源。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :中國專利號94205428. 8

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明要解決的問題
[0007] 但對于精密分析技術(shù)領(lǐng)域來說，專利文獻(xiàn)1所述微波等離子體獲得裝置在實現(xiàn)高 效的能量場的方面還存在提升空間。
[0008] 此外，只有低紋波的穩(wěn)壓電源才能產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體來滿足精密分析儀器激發(fā) 源的需要。低紋波是業(yè)界追求的目標(biāo)，目前通用的技術(shù)一般控制在0.5%左右，難以滿足精 密分析儀器激發(fā)源的需要。這也是現(xiàn)在許多大功率微波源只用于加熱、烘干等方面而在精 密分析技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用卻很少的原因之一。
[0009] 用于解決上述問題的技術(shù)手段
[0010] 如果將電磁的能量為人們服務(wù)就必須將它傳輸出來，傳輸?shù)姆绞讲煌@取的能量 就不同。在一般情況下，在一個腔體內(nèi)，同頻率、振幅的電磁波，入射波和反射波以駐波形式 傳播時，能量只在振幅為零與振幅最大間傳播而不向前推進(jìn)，并且在A/4波長的整數(shù)倍時 能量最大。在這個強大的能量場中，電場和磁場以矢量相位差/2形式同時存在。
[0011] 此外，隨著納米技術(shù)和稀土技術(shù)的發(fā)展，使磁性元件的性能大大提高，也使磁放大 器技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域得以拓展。
[0012] 本發(fā)明采用了上述技術(shù)原理設(shè)計成高能量場發(fā)生裝置并以相關(guān)控制方法實現(xiàn)其 功效。
[0013] 本發(fā)明的目的在于提供一種能量場發(fā)生裝置及能量場控制方法，其能夠產(chǎn)生能夠 高效且穩(wěn)定性高的能量場，從而滿足精密分析儀器激發(fā)源的需要。
[0014] 本發(fā)明提供一種能量場發(fā)生裝置，其應(yīng)用于檢測儀中，產(chǎn)生能夠?qū)⑼ㄟ^的介質(zhì)電 離而形成等離子體的能量場，該能量場發(fā)生裝置特征在于，包括：能量場組件，其包括A/4 同軸諧振腔和用于將外部提供的微波能導(dǎo)入到上述A/4同軸諧振腔中的能量入口端子， 上述A/4同軸諧振腔包括從內(nèi)至外依次設(shè)置在同一軸線上的內(nèi)腔、外腔和屏蔽腔；能量場 管，其作為功率器件產(chǎn)生微波能，并經(jīng)由上述能量入口端子將該微波能導(dǎo)入到上述A/4同 軸諧振腔中；能量場控制電路，其包括對電源的紋波進(jìn)行控制的磁放大器波紋控制單元。
[0015] 在本發(fā)明的能量場發(fā)生裝置中，上述能量場控制電路還包括控制上述能量場管的 功率的PWM控制單元。
[0016] 在本發(fā)明的能量場發(fā)生裝置中，上述能量場控制電路還包括控制電源的功率因數(shù) 的功率因數(shù)控制單元。
[0017] 在本發(fā)明的能量場發(fā)生裝置中，上述磁放大器紋波控制單元包括運算放大器、功 率器件和納米晶磁飽和放大器。
[0018] 在本發(fā)明的能量場發(fā)生裝置中，上述能量場管為微波磁控管，在上述微波磁控管 產(chǎn)生2450M頻率的微波的情況下，上述內(nèi)腔的內(nèi)徑取5mm，上述外腔的內(nèi)徑取10mm，上述屏 蔽腔的內(nèi)徑取35mm〇
[0019] 在本發(fā)明的能量場發(fā)生裝置中，上述能量場組件還包括同軸環(huán)，上述同軸環(huán)具有 環(huán)部和形成在上述環(huán)部上的突出部，上述環(huán)部緊固于上述外腔的外壁上，上述突出部與上 述能量入口端子連接，由此，使上述微波能導(dǎo)入到上述X/4同軸諧振腔的上述外腔中。
[0020] 在本發(fā)明的能量場發(fā)生裝置中，上述能量場組件還包括：與上述內(nèi)腔相連通的內(nèi) 腔氣體接口；與上述外腔相連通的外腔氣體接口；和與上述屏蔽腔相連通的屏蔽氣氣源接 口，上述外腔經(jīng)由上述外腔氣體接口與提供激發(fā)源氣體的激發(fā)源氣源相連通，上述激發(fā)源 氣體在上述能量場的作用下被電離而成為等離子體，上述內(nèi)腔經(jīng)由上述內(nèi)腔氣體接口與載 氣氣源相連通，上述載氣氣源提供用于將待分析的樣品帶入到上述等離子體中的載氣，上 述屏蔽腔經(jīng)由上述屏蔽氣氣源接口與屏蔽氣源相連通，上述屏蔽氣源提供用于隔離外部空 氣的屏蔽氣。
[0021] 在本發(fā)明的能量場發(fā)生裝置中，上述屏蔽氣為惰性氣體。
[0022] 本發(fā)明還涉及一種能量場控制方法，其使用能量產(chǎn)發(fā)生裝置控制能夠?qū)⑼ㄟ^的介 質(zhì)電離而形成等離子體的能量場，上述能量場發(fā)生裝置包括：能量場組件，其包括A/4同 軸諧振腔和用于將外部提供的能量導(dǎo)入到上述A/4同軸諧振腔中的能量入口端子，上述 入/4同軸諧振腔包括從內(nèi)至外依次設(shè)置在同一軸線上的內(nèi)腔、外腔和屏蔽腔；能量場管， 其作為功率器件產(chǎn)生微波能，并經(jīng)由上述能量入口端子將該微波能導(dǎo)入到上述X/4同軸 諧振腔中，上述能量場控制方法的特征在于，具有：利用磁放大器對上述能量場發(fā)生裝置的 電源的紋波進(jìn)行控制的步驟；對上述能量場管的功率進(jìn)行PWM控制的步驟；和對上述能量 場發(fā)生裝置的電源進(jìn)行功率因數(shù)控制的步驟。
[0023] 在上述能量場控制方法中，還具有氣體供給步驟，該氣體供給步驟具有：對上述 入/4同軸諧振腔的上述內(nèi)腔供給用于將待分析的樣品帶入到上述等離子體中的載氣的步 驟；對上述A/4同軸諧振腔的上述外腔供給激發(fā)源氣體的步驟，上述激發(fā)源氣體在上述能 量場的作用下被電離而成為等離子體；和對上述A/4同軸諧振腔的上述屏蔽腔供給屏蔽 氣的步驟。
[0024] 發(fā)明的效果
[0025] 本發(fā)明通過采用X/4同軸諧振腔，能夠使能量場最大化，并且通過磁放大器紋波 控制單元實現(xiàn)低波紋的穩(wěn)壓電源，產(chǎn)生穩(wěn)定性高的能量場，從而實現(xiàn)高效且穩(wěn)定性高的能 量場，滿足精密分析儀器激發(fā)源的需要。
[0026] 此外，通過PWM控制單元，使能量場管的功率發(fā)生變化，即控制功率的大小，從而 進(jìn)一步提高能量場的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。通過功率因數(shù)控制單元，能夠提高電源的利用率和 減少電網(wǎng)噪聲，實現(xiàn)更加高效的能量場。
[0027] 由此，通過本發(fā)明的能量場發(fā)生裝置及能量場控制方法，能夠提供準(zhǔn)確、高效且穩(wěn) 定性高的激發(fā)源，從而滿足精密分析儀器激發(fā)源的需要。
[0028] 此外，本發(fā)明的能量場發(fā)生裝置通過設(shè)置于上述能量場組件中的各種氣體接口來 與檢測所需的外部氣源連接，能夠使本發(fā)明進(jìn)一步作為通用的光譜分析儀器的采樣部來使 用。
【附圖說明】
[0029] 圖1為表示本發(fā)明一實施方式的能量場發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0030] 圖2為表示該能量場發(fā)生裝置的能量場組件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0031] 圖3為表示該能量場發(fā)生裝置的屏蔽腔的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0032] 圖4為表示該能量場發(fā)生裝置的能量場基體的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0033] 圖5為表示該能量場發(fā)生裝置的同軸諧振腔內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0034] 圖6為表示該能量場發(fā)生裝置的同軸諧振腔外腔的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0035] 圖7為表示該能量場發(fā)生裝置的能量入口端子的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0036] 圖8為表示該能量場發(fā)生裝置的同軸環(huán)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0037] 圖9為表示該能量場發(fā)生裝置的外腔氣體接口的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0038] 圖10為表示該能量場發(fā)生裝置的內(nèi)腔氣體接口的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0039] 圖11為該能