专利名称：发光分析装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用火花放电的发光分析装置。
背景技术：
在火花放电型的发光分析装置中，将电容器积蓄的能量给与放电电 极，从而在该电极和金属试料之间产生火花放电，使金属试料中的元素蒸 发，同时还利用放电等离子体激发该元素。由于在等离子体中激发的元素， 以特有的波长发光，所以对该发出的光进行分光后测量该波长的光强度， 能够对该元素进行定量。另外，含有元素不明时，取得规定波长范围的发 光光谱，调查线光谱存在的波长后，还能够进行定性分析。 一般地说，以 几十 几百Hz左右的周期，进行反复火花放电，对与各放电对应地获得 的测光值进行累计处理，以便提高测量精度。
在这种发光分析装置中，为了进行火花放电，需要在比较短的时间内。 将电容器充电到几百V左右的电压。因此，近几年来，开关方式的电容器 充电电路得到广泛利用(例如参照专利文献1)。图3是现有技术的使用开 关方式的电容器充电电路的发光分析装置的方框结构图。
在该发光分析装置中，发光部由电容器充电电路1、电容器电路2、 点火器电路3及发光座4构成。电容器充电电路l，包含直流电源ll、具 有初级线圈和次级线圈的回扫变压器12、 FET等开关元件13、驱动该开关 元件13的充电控制部14。电容器电路2，包含整流二极管21、为了放电 而积蓄电能的放电用电容器22以及检出放电用电容器22的充电电压的充 电电压检出部23。点火器电路3，包含具有初级线圈和次级线圈的点火器变压器31及旨在使点火器变压器31的次级线圈产生高电压的点火器驱动
部32。另外，发光座4包含放电电极41及被分析物——试料(通常为金 属)42。
在电容器充电电路1中，回扫变压器12的初级线圈和开关元件13， 与直流电源11的两端串联，在充电控制部14的作用下，开关元件13接 通(导通)后，直流电流就流入回扫变压器12的初级线圈，使回扫变压 器12积蓄励磁能量。充电控制部14只在预先规定的时间接通开关元件13， 开关元件13被断开时，在回扫变压器12的次级线圈中产生反电动势。这 样，刚才被回扫变压器12积蓄的励磁能量就在电容器电路2中，通过整 流二极管21，供给放电用电容器22，使放电用电容器22充电。
如图3所示地接通/断开控制开关元件13，开关元件13每次断开时， 在刚才被回扫变压器12积蓄的励磁能量的作用下，放电用电容器22的充 电电压阶跃状地上升。充电电压检出部23监视放电用电容器22的充电电 压，充电控制部14根据该监视值，判定充电电压是否超过规定电压V1。 直到充电电压超过规定电压VI为止，充电控制部14反复进行开关元件13 的接通/断开控制，充电电压超过规定电压VI时，停止开关元件13的接 通动作，停止放电用电容器22的充电。
这样，因为充电完毕，所以以后在点火器电路3中，在点火器驱动部 32的作用下，点火器变压器31中产生高电压后，在放电电极41和金属试 料42之间就产生火花放电。这时，金属试料42的表面局部性地成为高温， 该金属试料42的表面存在的元素被蒸发。与此同时，被回扫变压器12积 蓄的能量向放电电极41和金属试料42之间(间隙)移动，形成等离子体， 上述蒸发的元素被等离子体中的电子激发。然后，被激发的元素恢复稳定 的状态时，发出相当于其能量差的波长的光。包含分光器及光检出器等的 测光部5，测量具有该元素特有的波长的发光，收集有关金属试料42的含 有元素的信息。综上所述，在现有技术的使用开关方式的电容器充电电路l中，采用 放电用电容器22的充电电压超过规定电压V1后就停止充电的方法，在放
电用电容器22中积蓄必要的电能。
可是，在上述那种电容器充电电路l中，存在着下述问题。就是说， 由于接通开关元件13的时间一定，所以直流电源ll的电压变动后，控制 开关元件13在每个接通/断开动作中的励磁能量的积蓄量就要变化。另外， 其静电电容在放电用电容器22的温度上升等的作用下而变动。这样，回 扫变压器12中的励磁能量的积蓄量及放电用电容器22的静电电容变动 后，为了将放电用电容器22充电到某个一定电压VI为止所需的开关元件 13的接通/断开动作的次数就要变化。于是，如图5所示，放电用电容器 22的充电电压超过阈值电压V1的时刻产生离差，停止充电时的放电用电 容器22的充电电压最大产生相当于开关元件13 —次接通/断开动作的电 压的离差。这样，放电用电容器22积蓄的能量变动。
另外，由于用放电用电容器22的充电电压的监视值进行停止放充电 的控制，所以如上所述，放电用电容器22本身的静电电容变动后，即使 最终的充电电压一定，该放电用电容器22保持的能量也要变化。
在进行火花放电之际，如果放电用电容器22积蓄的能量不一定，那 么放电时等离子体的发生状态就要变化。这样，即使金属试料42包含的 元素量一定，发光强度也要产生离差，它有可能成为分析精度及再现性下 降的原因。
专利文献l: JP特开2004 — 333323号公报(段落0004 — 0007，图5)
就是说，在火花放电型的发光分析装置中，尽管为了提高分析精度及 再现性，把即将放电的电容器积蓄的能量维持成为一定至关重要，但是在 现有技术的装置中，却难以把该能量维持成为一定。
发明内容
本发明就是针对上述情况研制的，其目的在于提供提高旨在产生火花 放电的放电用电容器积蓄的能量的稳定性、使目的元素伴随着放电的发光 稳定化的发光分析装置。
为了达到上述目的，本发明的发光分析装置，其特征在于在具备放 电电极(该放电电极和试料之间被用规定的间隙配置)、点火器电路(该 点火器电路与上述放电电极连接)、电容器(该电容器积蓄放电用的电能)、 电容器充电电路(该电容器充电电路将上述电容器充电)的发光分析装置 中，所述电容器充电电路，具备
a) 直流电源；
b) 回扫变压器，该回扫变压器的初级线圈与上述直流电源连接，由次 级线圈想所述电容器供给电能；
C)开关单元，该开关单元接通/断开控制由所述直流电源供给所述回 扫变压器的初级线圈的励磁电流；
d) 电流检出单元，该电流检出单元检出所述励磁电流的电流值；
e) 控制单元，该控制单元控制所述开关单元的动作，以便使所述开 关单元在规定的时间间隔中，将下述接通/断开动作反复进行规定的次数 使所述开关单元动作，然后在所述电流检出单元检出的电流值达到规定值 时，再使所述开关单元断开。
在采用本发明的发光分析装置中，控制单元使开关单元接通后，在供 给回扫变压器的初级线圈的励磁电流成为某一定值的时刻，使应该暂时停 止其供给的开关单元断开。由于被回扫变压器积蓄的励磁能量与流入回扫 变压器的线圈的电流值息息相关，所以励磁电流达到一定的规定值时，停 止供给该电流地进行控制后，控制单元在每个接通/断开动作中积蓄的励 磁能量就与直流电源的电压没有关系地成为一定。进而，由于控制单元只 反复进行规定次数的开关单元的接通/断开动作，从而使电容器充电(就 是使回扫变压器积蓄的励磁能量转移到电容器中)，所以在停止充电的时 刻，电容器保持的能量也成为一定。
另外，由于规定了开关元件的接通/断开动作的反复次数和时间间隔 (开关元件的一次接通/断开动作的所需时间)，所以从开始充电到结束充 电的时刻为止的时间成为一定。而且，如果从结束充电的时刻到使点火器 电路动作为止的时间成为一定，那么从开始充电到使点火器电路动作的时 间也成为一定，例如检出电容器的充电电压的电路等导致的能量的消耗量 (损失量)也成为一定。这样，使点火器电路动作、即将引起火花放电的 电容器的积蓄能量就成为一定。
此外，由于放电时电容器的积蓄能量与开关单元的接通/断开动作的 反复次数息息相关，所以可以采用能够从外部设定该反复次数的结构。另 外，为了使开关元件断开，还可以采用能够从外部设定判定励磁电流的电 流值的规定值的结构。
采用本发明涉及的发光分析装置后，可以不受直流电源的电压变动及 电容器的静电电容的变动等的影响，能够使进行火花放电之际的放电用电 容器积蓄的能量一定。这样，能够始终稳定地而且以大致相同的条件地进 行利用放电产生等离子体。而且，能够提高发光分析的精度及再现性。
图l是将采用本发明的一种实施例的发光分析装置的发光部作为中心 的结构方框图。
图2是采用本实施例的发光分析装置的发光部中的主要的时序图。 图3是将现有技术的发光分析装置的发光部作为中心的结构方框图。 图4是现有技术的发光分析装置的发光部中的主要部位的波形图。 图5是现有技术的发光分析装置的发光部中的充电电压的离差的说明图。
符号说明
1"-电容器充电电路11.-直流电源
12'-回扫变压器
13--开关元件15.-励磁电流检出部16.-充电控制部2.. 电容器电路
21'-整流二极管
22--放电用电容器23.-充电电压检出部3..'点火器(igniter)电路31.-点火器变压器32.-点火器驱动部4..*发光座41.-放电电极
42--金属试料
5.'-测光部
具体实施例方式
下面，参照附图，讲述本发明涉及的发光分析装置的实施方式。图1 是将采用本实施例的发光分析装置的发光部作为中心的结构方框图，图2 是主要的时序图。对于和在图3中讲述的现有技术的发光分析装置相同的 构成要素，赋予相同的符号，不再赘述。
采用本实施例的发光分析装置的发光部，在电容器充电电路l中，励 磁电流检出部15与回扫变压器12的初级线圈及开关元件13串联，被该 励磁电流检出部15检出的电流值输入充电控制部16。充电控制部16取代 来自充电电压检出部23的电压检出值，根据来自励磁电流检出部15的电 流检出值，决定开关元件13的接通/断开动作的时刻。此外，虽然在图1中也具备充电电压检出部23,但这例如是为了检查放电用电容器22是否 被正常充电，或者防止过充电，或者检知完全进行了放电而设置的。
下面，按照顺序，讲述上述发光部的动作。开关元件13被充电控制 部16接通后，直流的励磁电流就从直流电源11流入回扫变压器12的初 级线圈，励磁能量被回扫变压器12积蓄。这时，励磁电流如图2所示， 在开关元件13的接通期间中，大致直线性地增加。该励磁电流的电流值 被励磁电流检出部15时时刻刻地检出，充电控制部16判定该电流值是否 达到预先决定的阈值il。检知励磁电流的电流值达到阈值il时，充电控 制部16就迅速断开驱动开关元件13。这样，励磁电流的供给就被遮断。 开关元件13断开时，在回扫变压器12的次级线圈中产生反电动势。这样， 刚才被回扫变压器12积蓄的励磁能量就被供给放电用电容器22，使放电 用电容器22充电。
在充电控制部16中，预先设定开关元件13在一个接通/断开动作的 期间的长度(将开关元件13接通后，到下一个接通为止的时间间隔)和 接通/断开动作的反复次数。因此，充电控制部16用该接通/断开动作的 期间的长度，执行该反复次数的开关元件13的接通/断开动作后，停止充 电。
直流电源11的电压变动后，接通开关元件13时的励磁电流的增加的 斜率就要变化。例如在图2中，由于与(A)相比，(B)的直流电源ll的 电压低，所以励磁电流的增加的斜率变得平缓。与此相应，由于直到该励 磁电流达到阈值il为止，开关元件13被一直接通，所以开关元件13的 接通时间就不一定，励磁电流的增加的斜率平缓时，开关元件13的接通 时间就变长。但是如前所述，由于一个接通/断开动作的期间的长度已经 决定(不变动)，所以接通时间变长时，断开时间就相应地变短。
由于被回扫变压器12积蓄的励磁能量E，对于线圈电感L、励磁电流 I而言，成为
9E= (1/2) L I2
所以励磁电流I 一定时，励磁能量也一定。这样，开关元件13每次 断开时，相同量的励磁能量就从回扫变压器12移动到放电用电容器22。 而且，由于开关元件13的接通/断开动作的次数也被决定，所以停止充电 时，被放电用电容器22积蓄的励磁能量也成为一定。
这样，放电用电容器22的充电完毕后，在未图示的控制电路的控制 之下，在点火器电路3中，点火器驱动部32使点火器变压器31产生高电 压，从而在发光座4的放电电极41和试料42之间产生火花放电。这样， 金属试料42的表面存在的元素被蒸发，在放电电极41和金属试料42之 间形成的等离子体中，产生上述元素引起的发光。
由于开关元件13在一个接通/断开动作的期间的长度及其反复次数一 定(至少在一个试料的分析中不变更)，所以从开始充电到结束充电为止 的所需时间一定。充电电压检出部23与放电用电容器22并联，而且除此 以外，虽然没有图示，但是为了确保安全，泄漏电阻也与放电用电容器22 并联。它们虽然使放电用电容器22保持的电荷泄漏，就是说消耗积蓄的 电能的极少的一部分，但是如上所述，因为所需时间一定，所以该消耗能 量的量也成为一定。进而，由于从开始充电起就进行放电，即直到使点火 器电路3动作为止的时间也一定，所以能够使放电时被放电用电容器22 积蓄的电能成为一定。
这样，例如周期性地反复执行火花放电时，能够在放电电极41和试 料42之间进行火花放电，以及满足等离子体中的发光的条件，能够抑制 无用的测光值的离差，提高分析精度及再现性。
此外，由以上所述可知变更开关元件13的接通/断开动作的反复次 数后，放电执行时被放电用电容器22积蓄的电能不同。因此，例如希望 根据试料的种类及放电气氛的差异等变更放电条件时，可以变更接通/断 开动作的反复次数。
另外，上述实施方式是本发明的一个例子，毫无疑问，即使在本发明 的宗旨的范围内进行适当的变形、追加、修正，也被本发明的《权利要求 书》所包含。
权利要求
1、一种发光分析装置，具备放电电极，该放电电极与试料之间以规定的间隙配置；点火器电路，该点火器电路与所述放电电极连接；电容器，该电容器积蓄放电用的电能；和电容器充电电路，该电容器充电电路对所述电容器充电，其特征在于所述电容器充电电路，具备a)直流电源；b)回扫变压器，该回扫变压器的初级线圈与所述直流电源连接，由次级线圈向所述电容器供给电能；c)开关单元，该开关单元对由所述直流电源供给所述回扫变压器的初级线圈的励磁电流进行通断控制；d)电流检出单元，该电流检出单元检出所述励磁电流的电流值；和e)控制单元，该控制单元控制所述开关单元的动作，以便使所述开关单元在规定的时间间隔中，将下述接通/断开动作反复进行规定的次数使所述开关单元接通后，当由所述电流检出单元检出的电流值达到规定值时，使所述开关单元断开。
2、 如权利要求1所述的发光分析装置，其特征在于能从外部设定 所述开关单元的接通/断开动作的反复次数。
全文摘要
一种发光分析装置，使开关元件(13)接通后，充电控制部(16)判断由励磁电流检出(15)检出的电流检出值是否到达规定值，到达时断开开关元件(13)。励磁电流控制为一定时回扫变压器(12)值积蓄的励磁能量也恒定，每次开关元件(13)断开时恒定的能量积蓄到电容器(22)中。充电控制部(16)以规定的时间间隔规定的反复次数使开关元件(13)通断动作反复到充电停止。因此，充电停止时恒定的能量保存在电容器(22)中，充电开始至充电结束的时间也一定。这样，反复进行火花放电时的条件统一，提高了分析精度和再现性。
文档编号G01N21/62GK101558291SQ20068005662
公开日2009年10月14日 申请日期2006年12月13日 优先权日2006年12月13日
发明者长治生 申请人:株式会社岛津制作所