应用于直读光谱仪的电弧激发电路的制作方法

本实用新型涉及光谱分析领域，特别涉及一种应用于直读光谱仪的电弧激发电路。

背景技术：

直读光谱仪正常工作时，首先需要在激发电极两端加载十几千伏的高压，然后同步的在电极上加载交流来完成样品激发，并且想要得到良好的激发光谱，必须在样品激发过程中控制激发电流大小。目前的直读光谱仪通常采用在电极一端串联一个大功率电阻箱(最大功率可达5KW)，并通过手动切换大功率电阻箱阻值的方式来达到控制激发电流的目的，但该方法在实际操作中存在以下缺陷：

1、手动切换大功率电阻箱阻值，不仅操作繁琐，而且对操作人员具有一定的危险性；

2、激发电流可达二十多安，使得大部分电能耗散在此功率电阻上，电阻箱发热严重，散热存在问题；

3、大功率电阻箱的加入使得整个直读光谱仪体积庞大，不利于运输与安装。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供了一种减小光谱仪体积、降低电能损耗，且安全可靠、电弧激发方式可选择的应用于直读光谱仪的电弧激发电路。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种应用于直读光谱仪的电弧激发电路，所述电弧激发电路包括：

第一整流电路，所述第一整流电路连接市电输入端和逆变电路的输入端；

逆变电路，所述逆变电路的输出端连接激发电极，所述逆变电路输出幅值、频率可调的交流电压；

DSP控制电路，所述DSP控制电路连接所述逆变电路的输出端并与所述逆变电路形成闭环回路；所述逆变电路的输出端与所述DSP控制电路之间设有电压传感器，所述逆变电路与激发电极形成的回路上设有电流传感器；

辅助电源，所述辅助电源连接所述市电输入端，为所述DSP控制电路供电；

高压产生电路，所述高压产生电路的输出端连接所述激发电极。

根据上述的电弧激发电路，优选地，所述市电输入端连接输入滤波电路，市电经所述输入滤波电路滤波后输入第一整流电路。

根据上述的电弧激发电路，可选地，所述逆变电路的输出端与激发电极之间设有第二整流电路。

根据上述的电弧激发电路，优选地，所述逆变电路的输出端与激发电极之间设有电阻，用于短路和过流保护。

根据上述的电弧激发电路，优选地，所述高压产生电路输出幅值与激发相位可调的高压。

根据上述的电弧激发电路，优选地，高压产生电路输出的高压脉冲经变压器副边输出、RC电路滤波后加载至激发电极，逆变电路输出的交流电压经共模扼流圈和差模电感组成的滤波电路滤波后加载至激发电极。

根据上述的电弧激发电路，可选地，所述滤波电路为双π型滤波器。

根据上述的电弧激发电路，可选地，所述第一整流电路为功率因素校正电路。

根据上述的电弧激发电路，优选地，所述逆变电路包括H桥和LC滤波电路。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：

1、本实用新型采用DSP控制电路与逆变电路实时闭环控制的方式对激发电流进行控制，免去了大功率电阻箱的使用，减小了光谱仪的体积，便于安装运输；同时大大降低了大功率电阻上电能的损耗，节约使用成本。

2、本实用新型的高压产生电路输出幅值与激发相位可调的高压，可根据不同样品输出不同幅值的高压，同时可以在交流电压的一个正弦波周期内随意调节高压输出点，提高光谱仪的样品适用范围以及样品的激发效率、激发效果。

3、本实用新型的逆变电路输出端与激发电极的电流回路上设有小功率电阻，在高压激发样品导通瞬间或电路电流过大时进行过流保护，保证操作人员的安全。

4、本实用新型的逆变电路输出端与激发电极之间设有第二整流电路，可将逆变电路输出的交流电压转变为直流电压，也即转换成直流激发模式，因此，本实用新型的电弧激发方式可选择，适用范围广，模块扩展性强。

5、本实用新型交流电压的产生电路采用的拓扑为双π型滤波器、功率因数校正电路与H桥，其中，双π型滤波器拓扑可以很好的滤除电网杂波并且减弱产生的高压脉冲对电网的影响，功率因数校正电路能够达到更高的功率因数。

附图说明

参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：

图1是本实用新型实施例1的电弧激发电路的电路结构简图；

图2是本实用新型实施例1的交流电压和高压脉冲激发示意图。

具体实施方式

图1-2以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本实用新型的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1

图1示意性地给出了本实施例的电弧激发电路的电路结构简图，图2示意性地给出了本实施例交流电压的正弦波与高压激发相位点的关系示意图；如图1、2所示，所述电弧激发电路包括：

第一整流电路，所述第一整流电路连接市电输入端和逆变电路的输入端；

逆变电路，所述逆变电路的输出端连接激发电极，所述逆变电路输出幅值、频率可调的交流电压；

DSP控制电路，所述DSP控制电路连接所述逆变电路的输出端并与所述逆变电路形成闭环回路；所述逆变电路的输出端与所述DSP控制电路之间设有电压传感器，所述逆变电路与激发电极形成的回路上设有电流传感器；

辅助电源，所述辅助电源连接所述市电输入端，为所述DSP控制电路供电；

高压产生电路，所述高压产生电路的输出端连接所述激发电极。

所述第一整流电路、逆变电路、DSP控制电路和高压产生电路的具体电路结构均为现有技术，在此不再赘述。

市电输入会因为不同地域、电量使用情况等因素发生变化，且市电中会包含一些杂波，故：

进一步地，所述市电输入端连接输入滤波电路，市电经所述输入滤波电路滤除杂波后输入第一整流电路。

在高压激发样品导通瞬间或其他瞬时压力过高等情形下，会使得电路电流过大，可能危害到操作人员的安全，故：

进一步地，所述逆变电路的输出端与激发电极之间设有电阻，用于短路和过流保护，保障安全。同时，本实用新型的交流电压幅值可调，一般控制在几伏到十几伏，不同于现有技术中直接采用市电电压，因此在保证激发电流的情况下，所述电阻的发热功率远小于现有技术中的大功率电阻箱，电能损耗大大降低。

对于不同的样品，其所需的激发电流会发生变化，为了提高光谱仪的样品适用范围以及样品的激发效率、激发效果，故：

进一步地，所述高压产生电路输出幅值与激发相位可调的高压，增加一个正弦波周期内的有效激发时间。

本实施例的高压与交流电压同时施加于激发电极两端，高压的输出频率高并且幅值大，相当于具有很强能量的群脉冲，若是和交流电压直接叠加在激发电极两端则会干扰电网，出现DSP控制电路复位等问题，故：

进一步地，高压产生电路输出的高压脉冲经变压器副边输出、RC电路滤波后加载至激发电极，逆变电路输出的交流电压经共模扼流圈和差模电感组成的滤波电路滤波后加载至激发电极。

本实施例还提供一种采用闭环控制激发电流的电弧激发方法，所述电弧激发方法包括：

(A1)高压产生电路输出高压加载于激发电极两端，样品被激发使得电路导通；所述高压的幅值与激发相位可调；

(A2)逆变电路输出交流电压加载于激发电极两端，样品被持续激发；所述交流电压由市电输入，并经整流、逆变后获得，所述交流电压的频率与幅值可调；

(A3)DSP控制电路接收逆变电路输出的电压值和电流值，并控制所述逆变电路实时调整其输出电压幅值，维持激发过程中电流稳定。

为了获得更好的波形，滤除杂波，故：

进一步地，所述交流电压由市电输入，并经滤波、整流、逆变后获得。

为提高检测的准确性，保障样品检测的可靠性，因而需要在样品激发前对仪器状态进行检测，故：

进一步地，所述电弧激发方法进一步包括：

(B1)仪器自检，若自检通过则进入下一步骤；若提示报警，则检查电路、排除故障；

(B2)DSP控制电路接收逆变电路输出的电压值并进行判断：

若电压值在预设范围内，则进入(A1)步骤；

若电压值超出预设范围，则进入(B1)步骤。

为了提高激发效率，故：

进一步地，所述交流电压的每个周期内至少存在一个高压激发相位。

为了提高激发的有效率，保证样品的持续激发，故：

进一步地，所述至少一个高压激发相位位于每个交流电压的π/4周期内。

本实施例的益处在于：1、采用DSP控制电路与逆变电路实时闭环控制的方式对激发电流进行控制，免去了大功率电阻箱的使用，体积减小、电能损耗降低、节约成本；2、高压的幅值与激发相位可调，提高光谱仪可激发样品的范围；交流电压的幅值与频率可调，在控制较低电压的情况下保证了激发电流的稳定，降低损耗；3、激发回路上设有用于过流保护的小功率电阻，安全可靠。

实施例2

本实施例提供一种应用于直读光谱仪的电弧激发电路，与实施例1不同的是：所述逆变电路的输出端与激发电极之间设有第二整流电路，所述第二整流电路将交流电压转变为直流电压后加载于激发电极两端，实现直流电弧激发，增加模块扩展性，扩大使用范围。

本实施例还提供一种应用于直读光谱仪的电弧激发方法，与实施例1不同的是：(A2)步骤中，逆变电路输出的交流电压经整流后加载于激发电极两端，进行直流电弧的激发，使得电弧激发方式多样化。

实施例3

本实施例为本实用新型实施例1的电弧激发电路在直读光谱仪光谱分析领域的应用例。

在该应用例中，滤波电路为双π型滤波器，第一整流电路为功率因素校正电路，逆变电路包括H桥和LC滤波电路，所述逆变电路输出理想正弦波形的交流电压；电压传感器为霍尔电压传感器，电流传感器为霍尔电流传感器；逆变电路输出的预设电压值为30VAC±5％；所述交流电压的每个周期内存在二个高压激发相位，一个高压激发相位位于π/3，另一个高压激发相位位于(4/3)π。

脉冲高压和交流电压耦合电路设置如下：高压产生电路输出的高压脉冲输出端经变压器副边输出、RC电路滤波后加载至激发电极，逆变电路输出的交流电压经共模扼流圈和差模电感组成的滤波电路滤波后加载至激发电极。

通过差模电感、滤波电容及共模扼流圈的设置，使得变压器输出的高压脉冲全部消耗在激发电极上，而逆变电路两端处于高阻状态，不会有高压经过，避免干扰电网；同时待激发电极被高压击穿后，逆变电路输出端电压已形成回路，如此便完成了高压和交流电压的理想耦合。

上述电弧激发电路应用于直读光谱仪上的电弧激发方法，工作流程如下：

S1.仪器自检：DSP控制电路接收霍尔电压传感器监测到的市电电压，若市电电压正常，则自检通过进入下一步骤；若提示报警，则检查电路、排除故障；

S2.DSP控制电路接收逆变电路输出的电压值并进行判断：

若电压值在预设范围内，则进入下一步骤；

若电压值超出预设范围，则返回自检步骤；

S3.高压产生电路输出高压加载于激发电极两端，样品被激发使得电路导通；

S4.逆变电路输出交流电压加载于激发电极两端，样品被持续激发；

S5.DSP控制电路接收逆变电路输出的电压值和电流值，并控制所述逆变电路实时调整其输出电压幅值，维持激发过程中电流稳定(如将激发电流稳定在5A、10A、15A)。