专利名称：全数字能量可调的火花光源的制作方法
技术领域：
本发明属光谱分析技术领域，提供了一种全数字能量可调的火花光源。用于直读 火花光谱分析仪器。
背景技术：
激发光源是火花光谱分析仪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。 不同能量的激发光源对各类样品、各种元素具有不同的蒸发行为。火花光谱分析的误差主 要来源是光源。因此激发光源的水平直接决定了火花光谱仪的整机水平。目前国产火花光谱仪配备的火花激发光源，激发能量无法根据材料的不同而灵活 调整，导致分析的稳定性和准确度差。

发明内容
本发明目的在于提供一种全数字能量可调的火花光源，是研制出能够适应各种不 同材料的全数字式能量可调的火花光源，获得了良好的灵敏度、稳定性和重现性。本发明包括激发控制系统、火花能量可调的电源电路、高压引燃电路、氩气控制电 路以及控制系统和USB接口控制电路；计算机通过控制软件，经USB接口传输到接口电路， 接口电路与激发控制电路相连，由激发控制系统发出控制脉冲，控制火花电源电路的电压 高低，从而控制火花放电的能量大小，激发时先由高压引燃电路将分析间隙电离，再通过火 花电源电路进行火花放电；由于在氩气氛围下容易电离，因此激发时激发控制系统同时控 制氩气的通断；激发时采集的信号由USB接口传输到计算机。其特征在于计算机发出控 制信号，将激发频率和火花能量的百分数作为激发参数；火花光源电源电路采用IGBT逆变 电路输入采用直流电源，通过IGBT功率管和高频变压器，进行DC-AC逆变转换，然后再经 过整流后给火花放电电容充电；充放电的频率和充电电压的高低由控制激发参数决定，充 电电压的高低连续可控，进而使火花放电的能量连续可控；高压引燃电路和火花放电电路 的输出接到激发电极和待分析样品之间，两者采用耐高压快速恢复二极管组(其反向恢复 时间< 65ns)隔离；控制信号和采集信号均通过USB接口与计算机进行传输，连接非常方 便；在激发控制电路与电源电路之间采用光纤连接，脉冲信号是通过光信号进行传输的，隔 离了控制电路和电源电路，有效防止了电磁干扰。传统的火花光源的激发频率分成几档，实际应用时根据需要选择其一，本发明的 激发频率可实现连续调整，调整范围为1Hz 1500Hz，激发频率作为参数由计算机控制软 件进行设定。传统的火花光源的激发能量分成几档，实际应用时根据需要进行选择，本发明 的火花激发能量从8mJ 800mJ连续可调，激发能量的连续可调是通过火花放电电压(从 4V 400V)的连续可调实现的，作为控制光源激发的参数，由计算机控制软件进行设定。实 现火花放电电压的连续可调是通过调整控制脉冲的占空比实现的。
火花光源电源电路采用IGBT逆变电路输入采用直流电源，通过IGBT功率管和高 频变压器，进行DC-AC逆变转换，然后再经过整流后给火花放电电容充电。高压引燃电路和火花放电电路的输出接到激发电极和待分析样品之间，两者采用 耐高压快速恢复二极管组(其反向恢复时间< 65ns)隔离。控制信号和采集信号均通过USB接口与计算机进行传输，连接非常方便；在激发 控制电路与电源电路之间采用光纤连接，脉冲信号是通过光信号进行传输的，隔离了控制 电路和电源电路，有效防止了电磁干扰。本发明全数字能量可调的火花光源的激发频率和火花激发能量连续可调，激发频 率为1Hz 1500Hz连续可调，火花激发能量(从8mJ 800mJ)的连续可调是通过火花放 电电压(从4V 400V)的连续可调实现的，作为控制光源激发的参数，由计算机控制软件 进行设定。所述的高压引燃电路中点火器的输入信号来自于逆变电源整流后得到的，每引燃 一次就有一次火花放电，高压引燃的频率的控制信号和火花电源的控制信号是同步的。本发明与现有技术相比具有如下优点1、光源的放电频率连续可调，从1Hz到1500Hz 光源放电频率直接影响激发点的 大小，以及单位面积上的能量密度，找到适合于某种材料的激发频率，有利于元素的充分激 发和缩短预燃所需的时间。这样提高分析精度和速度，结果的重复性好。2、光源的激发能量连续可调通过电压从4V到400V的连续调节，从而实现能量 从8mJ 800mJ的连续可调。用此种光源有以下几个优点用此种光源有以下几个优点 (1)光源在预燃期间选用高能量、产生大的电流脉冲、预燃能量较高使分析试样以气体状态 蒸发出来，并使气态原子进而激发这一过程时间缩短。(2)可以克服某些样品因冶金组织的 差异(即不均质)而引起的基本效应。采用高能预燃能使不均质样品(如灰铸铁)在局部 区域表面进行充分熔融而均质化，提高样品分析结果的准确性。(3)积分期间采用小能量工 作，得到低电流脉冲，有利于减小背景，而不影响激发状态，获得的谱线强度稳定，有利于提 高测量的精度和准确度。


附图1为本发明火花光源的系统示意图。附图2为本发明所述的逆变电源火花放电的主回路示意图。其中，Ed 输入电源；C1 火花充放电电容；T 高频升压变压器；L :电感；A 分析间 隙；VL 续流二极管。
具体实施例方式本发明包括激发控制系统、火花能量可调的电源电路、高压引燃电路、氩气控制电 路以及控制系统和USB接口控制电路；计算机通过控制软件，经USB接口传输到接口电路， 接口电路与激发控制电路相连，由激发控制系统发出控制脉冲，控制火花电源电路的电压 高低，从而控制火花放电的能量大小，激发时先由高压引燃电路将分析间隙电离，再通过火 花电源电路进行火花放电；由于在氩气氛围下容易电离，因此激发时激发控制系统同时控 制氩气的通断；激发时采集的信号由USB接口传输到计算机。其特征在于计算机发出控
4制信号，将激发频率和火花能量的百分数作为激发参数；火花光源电源电路采用IGBT逆变 技术输入采用直流电源，通过IGBT功率管和高频变压器，进行DC-AC逆变转换，然后再经 过整流后给火花放电电容充电；充放电的频率和充电电压的高低由控制激发参数决定，充 电电压的高低连续可控，进而使火花放电的能量连续可控；高压引燃电路和火花放电电路 的输出接到激发电极和待分析样品之间，两者采用耐高压快速恢复二极管组(其反向恢复 时间< 65ns)隔离；控制信号和采集信号均通过USB接口与计算机进行传输，连接非常方 便；在激发控制电路与电源电路之间采用光纤连接，脉冲信号是通过光信号进行传输的，隔 离了控制电路和电源电路，有效防止了电磁干扰。由图1所示的火花光源的系统示意图可知，计算机控制软件发出控制信号，控制 信号包括控制氩气充气阀的信号、控制光源激发频率、激发光源能量百分比的信号，产生的 控制信号经USB接口，接到光源的控制电路；输入到光源的激发控制电路，经过计数器，产 生与控制信号相对应的频率和占空比的脉宽可调的脉冲信号；脉冲信号经过三极管驱动电 路，作为控制高频开关管IGBT的控制信号，控制IGBT的通断，使直流36V电源逆变为交流， 经过升压变压器升压，再进行整流，整流后经过电感给电容充电，电容上充电的电压值与控 制信号的占空比成正比，与计算机控制信号的能量百分比相对应，电容上电压的大小，也就 决定了单次火花放电的能量的大小。由单稳态电路和点火线圈组成的高压引燃电路，产生 高压使电极与样品之间在氩气氛围下电离，然后由火花电源维持火花放电。由图2逆变电源火花放电的主回路示意图可知输入采用直流36V电源，通过功率 管IGBT1、IGBT2和高频变压器T，进行DC-AC逆变转换，然后再经过整流桥整流后给火花放 电电容C1充电；充放电的频率和充电电压的高低由控制激发参数决定，通过电容C1的充电 电压的高低连续可控，进而使火花放电的能量连续可控；高压引燃电路和火花放电电路的 输出接到分析间隙A。
权利要求
一种全数字能量可调的火花光源，包括激发控制系统、火花能量可调的电源电路、高压引燃电路、氩气控制电路以及控制系统和USB接口控制电路；其特征在于计算机通过控制软件，经USB接口传输到接口电路，接口电路与激发控制电路相连，由激发控制系统发出控制脉冲，控制火花电源电路的电压高低，从而控制火花放电的能量大小，激发时先由高压引燃电路将分析间隙电离，再通过火花电源电路进行火花放电；激发时激发控制系统同时控制氩气的通断；激发时采集的信号由USB接口传输到计算机；计算机发出控制信号，将激发频率和火花能量的百分数作为激发参数；火花光源电源电路采用IGBT逆变电路输入采用直流电源，通过IGBT功率管和高频变压器，进行DC-AC逆变转换，然后再经过整流后给火花放电电容充电；充放电的频率和充电电压的高低由控制激发参数决定，充电电压的高低连续可控，进而使火花放电的能量连续可控；高压引燃电路和火花放电电路的输出接到激发电极和待分析样品之间，两者采用耐高压快速恢复二极管组隔离；控制信号和采集信号均通过USB接口与计算机进行传输；在激发控制电路与电源电路之间采用光纤连接，脉冲信号是通过光信号进行传输的，隔离了控制电路和电源电路。
2.根据权利要求1所述的火花光源，其特征是，激发频率实现连续调整，调整范围为 1Hz 1500Hz，作为控制光源激发的参数。
3.根据权利要求1所述的火花光源，其特征是，火花激发能量连续可调，火花激发能量 从8mJ 800mJ连续可调，激发能量的连续可调是通过火花放电电压从4V 400V的连续 实现的，作为控制光源激发的参数。
4.根据权利要求1所述的火花光源，其特征是，实现火花放电电压的连续可调是通过 调整控制脉冲的占空比实现的。
5.根据权利要求1所述的火花光源，其特征是，火花光源电源电路采用IGBT逆变技术 输入采用直流电源，通过IGBT功率管和高频变压器，进行DC-AC逆变转换，然后再经过整流 后给火花放电电容充电。
6.根据权利要求1所述的火花光源，其特征是，控制信号和采集信号均通过USB接口与 计算机进行传输，连接非常方便；在激发控制电路与电源电路之间采用光纤连接，脉冲信号 是通过光信号进行传输的，隔离了控制电路和电源电路，有效防止了电磁干扰。
全文摘要
一种全数字能量可调的火花光源，属光谱分析技术领域。该火花光源包括激发控制系统、火花能量可调的电源电路、高压引燃电路、氩气控制电路以及控制系统和USB接口控制电路。计算机通过控制软件，经USB接口传输到接口电路，接口电路与激发控制电路相连，由激发控制系统发出控制脉冲，控制火花电源电路的电压高低，从而控制火花放电的能量大小，激发时先由高压引燃电路将分析间隙电离，再通过火花电源电路进行火花放电；激发时激发控制系统同时控制氩气的通断；激发时采集的信号由USB接口传输到计算机。优点在于，激发放电频率、火花放电能量可在软件上进行连续设定，有利于分析性质不同材料的化学成分，采用了光导纤维来传送激发控制信号，抗干扰能力很强。
文档编号G01N21/62GK101799415SQ201010118150
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月4日 优先权日2010年3月4日
发明者常丽莉, 张秀鑫, 张胜坤, 杨新生, 王辉, 胡畔, 袁良经 申请人:北京纳克分析仪器有限公司