一種雙向激發的高重複頻率火花光源的製作方法

2023-09-24 01:03:50 1

專利名稱：一種雙向激發的高重複頻率火花光源的製作方法
技術領域：
本發明屬於光譜分析技術領域，尤其適合應用於專用的直讀火花光譜儀器。
背景技術：
高重複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點，在直接分析和現場分析應用中仍然具有應用價值。目前國產儀器產生高重複頻率火花放電的方法主要有兩種:經典的方法和現代的數位化能量可調火花光源。經典的方法主要缺點是弓I燃火花放電的極性是單向的，在交流低壓火花放電應用中限制了其可靠性；並且其高壓變壓器直接耦合到分析間隙，放電速度存在限制，不能滿足更高重複頻率的要求；且引燃火花能量無法確保穩定，進一步限制其應用範圍。現代的數位化能量可調光源雖然可以根據具體樣品的性質精確控制火花放電能量，但是仍屬於單向火花放電，其光源的分析性能不如雙向火花放電。同時，這種系統結構複雜，可靠性低，不適合在相對惡劣的環境下運行，在現場分析應用中受到一定的限制。除此之外，目前絕大多數火花光源系統與外部控制器通過直接信號連接，而火花光源電路本身是一個嚴重的電磁幹擾源，因此對控制電路存在幹擾的可能。

發明內容
本發明的目的在於提供提供一種結構簡單、可靠工作的高重複頻率交流低壓火花光源，應用於直讀火花光譜儀器的雙向激發的高重複頻率火花光源。為實現以上目的，本發明採取了以下的技術方案:一種雙向激發的高重複頻率火花光源，包括高重複頻率雙向火花引燃電路，所述高重複頻率雙向火花引燃電路包括與主控制電路連接的光導纖維信號輸入接口電路，雙脈衝系列產生電路和雙向激發的高壓火花引燃電路，所述光導纖維信號輸入接口電路一端與交流電源輸入端電連接，另一端與雙脈衝系列產生電路電連接，光導纖維信號輸入接口電路用於接受外部控制器控制並驅動雙脈衝系列產生電路,雙脈衝系列產生電路用於產生重複頻率固定的可控矽觸發脈衝,雙脈衝系列產生電路另一端與所述雙向激發的高壓火花引燃電路電連接，所述雙向激發的高壓火花引燃電路輸出端分別接地及與高壓端電連接。進一步的，所述光導纖維信號輸入接口電路包括光導纖維耦合器、第一二極體、第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻、電解電容、第一三極體、光耦合可控矽和變壓器，所述光導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，電解電容的負極連接交流電源輸入端的第二輸出端，第一二極體的正極連接交流電源輸入端的第二輸出端、負極通過第二電阻和第一電阻與電解電容的負極連接，第三電阻的一端與電解電容的負極連接、另一端與光稱合可控娃的輸入正極連接，光耦合可控矽的輸入負極與第一三極體的集電極連接，第一三極體的發射極接光導纖維耦合器的第三輸出端、基極通過第四電阻接光導纖維耦合器的第一輸出端，光耦合可控矽的輸出端一端與第一三極體的發射極連接、另一端通過變壓器的原線圈連接到第一二極體的正極。所述雙脈衝系列產生電路包括上下對稱的兩部分電路，分別為輸入交流電正、負半周輸出頻率穩定的觸發脈衝產生電路。進一步的，所述上部分電路包括第二二極體、第五電阻、第七電阻、第九電阻、第一穩壓二極體、第一電容、第二三極體、第十一電阻，所述第二二極體正極接變壓器第一副線圈一端，負極通過第五電阻、第七電阻、第一電容接變壓器第一副線圈另一端，所述第一穩壓二極體的負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壓二極體的負極，另一端接第二三極體的第一發射極，第二三極體的基極接第七電阻和第一電容之間，第二三極體的第二發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、第一可控矽、第二可控矽、第四二極體、第五二極體、高壓變壓器、第三電容、限流電阻，所述第一可控矽的陽極和第四二極體的負極連接後通過第十三電阻接交流電源輸入端的第一輸出端，第一可控矽的陰極和第四二極體的正極連接後接高壓變壓器的原線圈一端，第一可控矽的控制極接雙脈衝系列產生電路的上部分電路，所述第十四電阻、第二可控矽、和第五二極體分別為與第十三電阻、第一可控矽和第四二極體相對稱的連接結構，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。高重複頻率雙向火花引燃電路位於分析放電間隙和輔助放電間隙之間，並在輔助間隙旁設風扇。本發明與現有技術相比，具有如下優點:輸入採用光導纖維信號輸入接口、頻率固定的雙脈衝系列產生電路以及能量穩定的雙向高壓火花引燃電路。有效消除火花激發電路對系統控制電路的幹擾；雙向激發方式特別適合交流火花得激發，有助於提高引燃的可靠性；高壓變壓器輸出側電容的使用能夠穩定引燃火花能量，有助於提高光源的分析精密度。


圖1為本發明火花光源電路的整體原理圖；圖2為高重複頻率雙向火花引燃電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明的內容做進一步詳細說明。實施例:請參閱圖1所示，一種雙向激發的高重複頻率火花光源，包括高重複頻率雙向火花引燃電路1，高重複頻率雙向火花引燃電路I包括與主控制電路連接的光導纖維信號輸入接口電路2，雙脈衝系列產生電路3和雙向激發的高壓火花引燃電路4，光導纖維信號輸入接口電路2 —端與交流電源輸入端Jl電連接，另一端與雙脈衝系列產生電路3電連接，光導纖維信號輸入接口電路2用於接受外部控制器控制並驅動雙脈衝系列產生電路3，雙脈衝系列產生電路3用於產生重複頻率固定的可控矽觸發脈衝，雙脈衝系列產生電路3另一端與雙向激發的高壓火花引燃電路4電連接，所述雙向激發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。雙向激發的高壓火花引燃電路4的特點是雙向觸發、弓丨燃能量穩定。請參閱圖2所示，光導纖維信號輸入接口電路2包括光導纖維耦合器J2、第一二極體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、第一三極體Q1、光率禹合可控娃OPTl和變壓器Tl,光導纖維稱合器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的負極連接交流電源輸入端Jl的第二輸出端，第一二極體Dl的正極連接交流電源輸入端Jl的第二輸出端、負極通過第二電阻R2和第一電阻Rl與電解電容Cl的負極連接，第三電阻R3的一端與電解電容Cl的負極連接、另一端與光耦合可控矽OPTl的輸入正極連接，光耦合可控矽OPTl的輸入負極與第一三極體Ql的集電極連接，第一三極體Ql的發射極接光導纖維耦合器J2的第三輸出端、基極通過第四電阻(R4)接光導纖維耦合器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體Ql的發射極連接、另一端通過變壓器Tl的原線圈連接到第一二極體Dl的正極。外部控制器通過光導纖維控制光耦合可控矽OPTl導通，使雙脈衝系列產生電路3工作。雙脈衝系列產生電路3包括上下對稱的兩部分電路，上半部分在輸入交流電正半周工作，產生頻率固定的可控矽觸發脈衝，下半部分則在輸入交流電的負半周工作，輸出另一組頻率固定的可控娃出發脈衝。上部分電路包括第二二極體D2、第五電阻R5、第七電阻R7、第九電阻R9、第一穩壓二極體DZl、第一電容C2、第二三極體Q2、第i^一電阻RlI，第二二極體D2正極接變壓器Tl第一副線圈一端，負極通過第五電阻R5、第七電阻R7、第一電容C2接變壓器Tl第一副線圈另一端，第一穩壓二極體DZl的負極接第五電阻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 —端接第一穩壓二極體DZl的負極，另一端接第二三極體Q2的第一發射極，第二三極體Q2的基極接第七電阻R7和第一電容C2之間，第二三極體Q2的第二發射極接第十一電阻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體 D3、第六電阻R6、第八電阻R8、第十電阻R10、第二穩壓二極體DZ2、第二電容C3、第三三極體Q3、第十二電阻R12，下部分電路的連接與上部分電路對稱，因此其連接結構不再詳述，具體請見圖2。兩組脈衝的重複頻率只取決於第一穩壓二極體DZ1、第二穩壓二極體DZ2、第七電阻R7、第八電阻R8、第一電容C2、第二電容C3、第二三極體Q2及第三三極體Q3等元件的參數，可按照具體的應用需要選擇這些元件的參數，可根據具體的要求合理選擇。這是高重複頻率交流火花的雙向弓I燃信號基礎。雙向激發的高壓火花引燃電路4包括第十三電阻R13、第十四電阻R14、第一可控矽S1、第二可控矽S2、第四二極體D4、第五二極體D5、高壓變壓器T2、第三電容C4、限流電阻R15，第一可控矽SI的陽極和第四二極體D4的負極連接後通過第十三電阻R13接交流電源輸入端Jl的第一輸出端，第一可控矽SI的陰極和第四二極體D4的正極連接後接高壓變壓器T2的原線圈一端，第一可控矽SI的控制極接雙脈衝系列產生電路3的上部分電路，所述第十四電阻R14、第二可控矽S2、和第五二極體D5分別為與第十三電阻R13、第一可控矽SI和第四二極體D4相對稱的連接結構，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。該電路的特點是第一可控矽S1、第二可控矽S2、第四二極體D4、第五二極體D5構成雙向激發電路，使高壓變壓器T2的次級輸出與交流電極性相同的高壓引燃脈衝。還包括高壓放電電容C5，其一端接限流電阻R15，另一端接地。因為高壓電容C5的使用，使每一個引燃脈衝能量保持穩定。採用單向第一可控矽S1、第一可控矽S2及第四二極體D4、第五二極體D5構成雙向激發電路，第一可控娃S1、第一可控娃S2在各自脈衝的觸發下導通,使第三電容C4、第四電容C5與高壓變壓器T2發生諧振，當第三電容C4的電壓過零時，第一可控矽SI或者第二可控矽S2截止，使存儲於第三電容C4上的能量全部轉移到高壓放電電容C5，並且最後在圖1所示的分析放電間隙AG上產生於交流電極性相同的高壓火花放電。引燃火花的能量取決於第四電容C5和如圖1所示的輔助放電間隙FG擊穿電壓決定。高重複頻率雙向火花引燃電路I位於分析放電間隙AG和輔助放電間隙FG之間，並在輔助間隙FG旁設風扇，被專門設置的風扇吹洗，保持其擊穿電壓穩定。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，該電路板位於與分析放電間隙AG、輔助放電間隙FG有效電磁隔離的空間內，簡單的金屬屏蔽就是有效的。分析間隙同時也是樣品採樣裝置，通常安裝在專門的樣品室裡。根據應用對火花重複頻率的要求，選擇合適的DZ1、R7、C2、Q2和DZ2、R8、C3、Q3元件參數。通常DZ1、DZ2、Q2、Q3元件參數相對固定，主要選擇R7、C2、R8、C3等四個元件的參數。根據具體分析應用對火花能量的要求，選擇圖1中電容Cl的容量以及圖2中電解電容Cl的容量，然後，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產生的最大輸出電壓為14KV。其他元件參數則以一般電子電路的要求選擇。上列詳細說明是針對本發明可行實施例的具體說明，該實施例並非用以限制本發明的專利範圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均應包含於本案的專利範圍中。
權利要求
1.一種雙向激發的高重複頻率火花光源，包括高重複頻率雙向火花引燃電路(1)，其特徵在於:所述高重複頻率雙向火花引燃電路(I)包括與主控制電路連接的光導纖維信號輸入接口電路(2)，雙脈衝系列產生電路(3)和雙向激發的高壓火花引燃電路(4)，所述光導纖維信號輸入接口電路(2) —端與交流電源輸入端(Jl)電連接，另一端與雙脈衝系列產生電路(3)電連接，光導纖維信號輸入接口電路(2)用於接受外部控制器控制並驅動雙脈衝系列產生電路(3 )，雙脈衝系列產生電路(3 )用於產生重複頻率固定的可控矽觸發脈衝，雙脈衝系列產生電路(3)另一端與所述雙向激發的高壓火花引燃電路(4)電連接，所述雙向激發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.如權利要求1所述的雙向激發的高重複頻率火花光源，其特徵在於:所述光導纖維信號輸入接口電路(2)包括光導纖維稱合器(J2)、第一二極體(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)、第一三極體(Q1)、光耦合可控矽(OPTl)和變壓器(Tl)，所述光導纖維耦合器(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)的負極連接交流電源輸入端(Jl)的第二輸出端，第一二極體(Dl)的正極連接交流電源輸入端(Jl)的第二輸出端、負極通過第二電阻(R2)和第一電阻(Rl)與電解電容(Cl)的負極連接，第三電阻(R3)的一端與電解電容(Cl)的負極連接、另一端與光稱合可控娃(OPTl)的輸入正極連接，光耦合可控矽(OPTl)的輸入負極與第一三極體(Ql)的集電極連接，第一三極體(Ql)的發射極接光導纖維耦合器(J2)的第三輸出端、基極通過第四電阻(R4)接光導纖維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體(Ql)的發射極連接、另一端通過變壓器(Tl)的原線圈連接到第一二極體(Dl)的正極。
3.如權利要求2所述的雙向激發的高重複頻率火花光源，其特徵在於:所述雙脈衝系列產生電路(3)包括上下對稱的兩部分電路，分別為輸入交流電正、負半周輸出頻率穩定的觸發脈衝產生電路。
4.如權利要求3所述的雙向激發的高重複頻率火花光源，其特徵在於:所述上部分電路包括第二二極體(D2)、第五電阻(R5)、第七電阻(R7)、第九電阻(R9)、第一穩壓二極體(DZ1)、第一電容(C2)、第二三極體(Q2)、第十一電阻(R11)，所述第二二極體(D2)正極接變壓器(Tl)第一副線圈一端，負極通過第五電阻(R5)、第七電阻(R7)、第一電容(C2)接變壓器(Tl)第一副線圈另一端，所述第一穩壓二極體(DZl)的負極接第五電阻(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)—端接第一穩壓二極體(DZl)的負極，另一端接第二三極體(Q2)的第一發射極，第二三極體(Q2)的基極接第七電阻(R7)和第一電容(C2)之間，第二三極體(Q2)的第二發射極接第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.如權利要求4所述的雙向激發的高重複頻率火花光源，其特徵在於:所述雙向激發的高壓火花引燃電路(4)包括第十三電阻(R13)、第十四電阻(R14)、第一可控矽(SI)、第二可控矽(S2)、第四二極體(D4)、第五二極體(D5)、高壓變壓器(T2)、第三電容(C4)、限流電阻(R15)，所述第一可控矽(SI)的陽極和第四二極體(D4)的負極連接後通過第十三電阻(R13)接交流電源輸入端(Jl)的第一輸出端，第一可控矽(SI)的陰極和第四二極體(D4)的正極連接後接高壓變壓器(T2)的原線圈一端，第一可控矽(SI)的控制極接雙脈衝系列產生電路(3)的上部分電路，所述第十四電阻(R14)、第二可控矽(S2)、和第五二極體(D5)分別為與第十三電阻(R13)、第一可控矽(SI)和第四二極體(D4)相對稱的連接結構，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.如權利要求5所述的雙向激發的高重複頻率火花光源，其特徵在於: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.如權利要求1 所述的雙向激發的高重複頻率火花光源，其特徵在於:高重複頻率雙向火花引燃電路(I)位於分析放電間隙(AG)和輔助放電間隙(FG)之間，並在輔助間隙(FG)芳設風扇。
全文摘要
本發明公開了雙向激發的高重複頻率火花光源，包括與主控制電路連接的光導纖維信號輸入接口電路，雙脈衝系列產生電路和雙向激發的高壓火花引燃電路，所述光導纖維信號輸入接口電路一端與交流電源輸入端電連接，另一端與雙脈衝系列產生電路電連接，光導纖維信號輸入接口電路用於接受外部控制器控制並驅動雙脈衝系列產生電路，雙脈衝系列產生電路用於產生重複頻率固定的可控矽觸發脈衝，雙脈衝系列產生電路另一端與所述雙向激發的高壓火花引燃電路電連接，所述雙向激發的高壓火花引燃電路輸出端分別接地及與高壓端電連接。有效消除火花激發電路對系統控制電路的幹擾；有助於提高引燃的可靠性；有助於提高光源的分析精密度。
文檔編號G01J3/10GK103115678SQ201310037680
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者何嘉耀, 張冠文, 劉日威, 陳江韓 申請人:中國廣州分析測試中心