全数字功率可调电感耦合等离子体射频光源制造技术

一种全数字功率连续可调的电感耦合等离子体射频光源，属于无机分析仪器领域。包括：包括：ＲＦ控制电路、功率控制电路、功率电源电路、射频功率发生电路、气路控制电路、定向耦合器以及功率输出电路。计算机与ＲＦ控制电路之间采用串口连接，计算机发出控制信号，将输出功率作为参数传递给ＲＦ控制电路，控制信号经ＲＦ控制电路接入功率控制电路，功率控制电路根据控制信号的大小控制功率电源电路的输出电压，射频功率经由定向耦合器进入功率输出电路，输出功率信号进入功率控制电路进行闭环反馈。优点在于，可实现：光源点火自动化、氩气控制自动化、光源输出功率可在软件上进行连续设定，范围从６５０Ｗ－２０００Ｗ，有利于分析性质不同的材料的化学成分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属无机分析仪器领域，提供了一种全数字功率可调电感耦合等离子体射 频光源。用于电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)和电感耦合等离子体质谱仪 (ICP-MS)。
技术介绍
电感耦合等离子体射频光源是ICP-AES和ICP-MS中一个极为重要的核心部件。 它的作用是给分析试样提供蒸发、原子化的激发能量。在光谱分析时，试样的蒸发、原子化 和激发之间没有明显界限，这些过程几乎是同时进行的，而这一系列过程均直接影响谱线 的发射以及谱线的强度。不同功率的激发光源对各类样品、各种元素具有不同的激发行为。 电感耦合等离子体原子发射光谱仪和质谱仪分析的误差主要来源是光源。因此射频光源的 水平直接决定了 ICP-AES和ICP-MS的整机水平。目前国产ICP-AES配备的射频光源，输出功率和功率稳定性同国外仪器有较大 差距，导致国产仪器分析的稳定性和准确度差。同时国内没有商品化ICP-MS仪器，适合 ICP-MS的射频光源未见报道。
技术实现思路
本专利技术目的是提供全数字式功率可调的电感耦合等离子体射频光源，以获得良好 的灵敏度、稳定性和重现性。可实现光源点火自动化、氩气控制自动化、光源输出功率可在 软件上进行连续设定，范围从650W-2000W，有利于分析性质不同的材料的化学成分。本专利技术包括RF控制电路、功率控制电路、功率电源电路、射频功率发生电路、气 路控制电路、定向耦合器以及功率输出电路。其特征在于计算机与RF控制电路之间采用 串口连接，计算机发出控制信号，将输出功率作为参数传递给RF控制电路，控制信号经RF 控制电路接入功率控制电路，功率控制电路根据控制信号的大小控制功率电源电路的输出 电压，输出电压进入射频功率发生电路产生与控制信号大小相对应的射频功率，射频功率 经由定向耦合器进入功率输出电路，同时定向耦合器取得真实的输出功率信号，输出功率 信号进入功率控制电路进行闭环反馈。RF控制电路的连接RF控制电路通过串口连接计算机，接收包括光源启动、停止 信号、控制光源输出功率以及设置光源等参数；RF控制电路通过排线连接气路控制电路， 控制本光源所需的气体；RF控制电路通过同轴信号线连接功率控制电路，传递输出功率控 制量到功率控制电路；功率电源电路的连接根据上述步骤功率控制电路产生的功率控制信号，进入功 率电源电路，功率电源电路产生对应的高压直流信号；射频功率发生电路的连接上述步骤所产生的高压直流信号通过高压信号线进入 射频功率发生电路，进而产生40. 68MHz的射频信号。定向耦合器的连接上述步骤产生的射频信号，通过定向耦合器连接到功率输出电路；同时定向耦合器获取输出功率的入射功率信号和反射功率信号，入射功率信号通过 同轴信号线进入功率控制电路，进行输出功率闭环反馈；反射功率信号通过同轴信号进入 RF控制电路，进行输出阻抗自动调节；功率的输出功率输出电路输出产生的射频功率从而产生等离子体。传统的等离子体射频光源的输出功率分成几档，实际应用时根据需要选择其一， 本专利技术的输出功率可实现连续调整，调整范围为650W-2000W，输出功率作为参数由计算机 控制软件进行设定。作为光源，既能用于ICP-AWS，又可用于ICP-MS。通过定向耦合器入射信号进行输出功率闭环反馈，实现真实功率控制的。输出阻抗根据样品类型的不同，实时进行阻抗自动匹配的，通过对定向耦合器反 射信号采样实现。本专利技术原理如下功率控制电路产生控制信号使功率电源电路输出连续可调的直流高压信号，信号 进入射频功率发生电路，射频功率发生电路在直流高压的作用下产生频率为40. 68MHz的 自激震荡，转换高压直流信号为射频信号，射频信号通过定向耦合器进入功率输出电路，射 频功率通过功率输出电路产生等离子体。传统的电感耦合等离子体射频光源的输出功率分成几档，实际应用时根据需要选 择其一，属于非连续调整；本专利技术的输出功率可实现连续调整，调整范围为650W-2000W，输 出功率作为参数由计算机控制软件进行设定。通过定向耦合器取得输出功率信号和反射功率信号，功率控制板通过真实功率控 制技术实现高稳定性、宽范围的功率输出。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点1、光源的输出功率连续可调，从650W-2000W 输出功率直接影响激发样品的能 力以及激发样品的稳定性，本光源有利于找到适合于不同材料的激发条件，保证元素的充 分激发和谱线稳定性。这样提高分析精度和速度，结果的重复性好。作为光源，既能用于 ICP-AES，又可用于 ICP-MS。2、光源的输出阻抗自动调谐通过获取反射功率信号，RF控制电路自动调节射频 输出阻抗，使得功率损耗最小，提高光源效率和稳定性。3、光源工作流程自动化和自动保护功能操作流程完全有微处理器自动控制，并 实时监控仪器条件，故障自动保护。附图说明图1为本专利技术全数字式功率可调的电感耦合等离子体射频光源的系统示意图。 具体实施例方式本专利技术包括RF控制电路、功率控制电路、功率电源电路、射频功率发生电路、气 路控制电路、定向耦合器以及功率输出电路；其特征在于计算机与RF控制电路之间采用 串口连接，计算机发出控制信号，将输出功率作为参数传递给RF控制电路，控制信号经RF 控制电路接入功率控制电路，功率控制电路根据控制信号的大小控制功率电源电路的输出电压，输出电压进入射频功率发生电路产生与控制信号大小相对应的射频功率，射频功率 经由定向耦合器进入功率输出电路，同时定向耦合器取得真实的输出功率信号，输出功率 信号进入功率控制电路进行闭环反馈。RF控制电路通过排线连接气路控制电路，控制本光源所需的气体；RF控制电路通 过同轴信号线连接功率控制电路，传递输出功率控制量到功率控制电路。功率输出电路输出产生的射频功率产生等离子体。将本光源应用于北京纳克分析仪器有限公司生产的PlasmalOOO型电感耦合等离 子体发射光谱仪，对Ar光谱的420. 068nm谱线进行连续测试，工作条件光源功率1150W， 冷却气15L/min，辅助气0. 5L/min，载气0. 2MPa，泵速20RPM，测试谱线强度结果如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全数字功率可调电感耦合等离子体射频光源，包括：ＲＦ控制电路、功率控制电路、功率电源电路、射频功率发生电路、气路控制电路、定向耦合器以及功率输出电路；其特征在于：计算机与ＲＦ控制电路之间采用串口连接，计算机发出控制信号，将输出功率作为参数传递给ＲＦ控制电路，控制信号经ＲＦ控制电路接入功率控制电路，功率控制电路根据控制信号的大小控制功率电源电路的输出电压，输出电压进入射频功率发生电路产生与控制信号大小相对应的射频功率，射频功率经由定向耦合器进入功率输出电路，同时定向耦合器取得真实的输出功率信号，输出功率信号进入功率控制电路进行闭环反馈；ＲＦ控制电路通过排线连接气路控制电路，控制本光源所需的气体；ＲＦ控制电路通过同轴信号线连接功率控制电路，传递输出功率控制量到功率控制电路；功率输出电路输出产生的射频功率产生等离子体。

【技术特征摘要】
1.一种全数字功率可调电感耦合等离子体射频光源，包括RF控制电路、功率控制电 路、功率电源电路、射频功率发生电路、气路控制电路、定向耦合器以及功率输出电路；其特 征在于计算机与RF控制电路之间采用串口连接，计算机发出控制信号，将输出功率作为 参数传递给RF控制电路，控制信号经RF控制电路接入功率控制电路，功率控制电路根据控 制信号的大小控制功率电源电路的输出电压，输出电压进入射频功率发生电路产生与控制 信号大小相对应的射频功率，射频功率经由定向耦合器进入功率输出电路，同时定向耦合 器取得真实的输出功率信号，输出功率信号进入功率控制电路进行闭环反馈；RF控制电路通过排线连接气路控制电路，控制本光源所需的气体；RF控制电路通过同 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏伟，赵英飞，罗剑秋，周伟，陈永彦，
申请(专利权)人：北京纳克分析仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]