专利名称：新型火花光电直读光谱分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光谱分析仪，具体是一种采用高频率火花光源和光电倍增管
自动调压技术的新型火花光电直读光谱分析仪。
背景技术：
每个元素是确定钢铁及有色金属产品规格和质量的重要因素。而火花光电直读光谱分析仪由于其分析精度高，操作方便，受到越来越多的用户青睐。但现有技术中的分析仪普遍存在以下缺陷 1.由于光源频率低，所以相应的预然、激发时间都相对比较长，在样品的损耗较大，特别是成品样品损耗越小越好，电极损耗、激发后的灰尘也较大，激发间距也相应的变大，从而激发能量就有一定的变化，稳定性与精度相应的减少。 2.光电倍增管电压不是自动调节，当一个元素含量超出光电管的接收量后就无法测量，必需重复关掉仪器重新调整一直到调好为止，也有的为了减少调整而多装几个通道这样增加了不少成本，同时有的含量在光电管的接收旁边勉强做了，相应的灵敏度下降了，准确度相应的减少了。
实用新型内容为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提出 一种新型火花光电直读光谱分析仪，具体技术方案如下 —种新型火花光电直读光谱分析仪，包括光源、光室、光电倍增管和计算机；在光
室中，所述光源通过入射狭缝，经过光栅分光后经出射狭缝射出，再照射到光电培增管上，
光电培增管将光信号转换电信号并通过积分电路后经串口传送到计算机中， 其特征是光电倍增管的电压自动调节电路包括依次连接的交流电输入电路、多谐
振荡器、稳压调压电路和升压整形电路；所述电源输入电路是交/直流变换电路，在交/直
流变换电路和升压整形电路之间设有变压器进行耦合；所述稳压调压电路是开关控制电
路，该电路的控制端连接基准电压端和升压整形电路的输出端；开关控制电路的输出端连
接控制变压器初级侧电路的通断。 所述多谐振荡器是以运算放大器N1为核心，连接相应的外围电阻和电容构成的振荡电路。 所述开关控制电路包括可变基准电压电路、比较电路和开关管；所述交/直流变
换电路的输出端连接可变基准电压电路，可变基准电压电路的输出端连接比较电路的一个
比较输入端；所述比较电路另一个比较输入端经采样电阻后连接升压整形电路的输出端；
比较电路的输出端连接所述开关管的控制端，开关管输出端即为开关控制电路的输出端。 所述升压整形电路是倍压整流电路，倍压整流电路接在变压器次级侧；倍压整流
电路是由多个并联的二极管和电容依次连接构成；所述倍压整流电路应用环氧树脂胶封固。[0011] 所述光源是频率为lKHz的火花光源，该光源的激发控制装置，包括lKHz频率点火 脉冲发生电路和点火电路；点火脉冲发生电路的脉冲输出端连接点火电路的触发端，点火 电路的电源输入端连接电源。 点火脉冲发生电路是以555集成电路为核心，配以相应的外围电容、电阻构成的 方波多谐振荡器。 所述点火电路包括高压火花点火电路和低压火花点火电路，高、低压火花点火电 路的电源输入端连接到稳压电源的输出端；高、低压火花点火电路的点火输出端连接点火 间隙。 所述高压火花点火电路包括点火控制电路，开关点火控制电路的触发端连接所述 脉冲输出端，点火控制电路的输入端连接所述到稳压电源的输出端；所述点火控制电路的 输出端连接升压电路的低压端，升压的高压端连接点火间隙G2。与所述点火间隙G2串联连 接有点火间隙G1。 所述低压火花点火电路包括点火控制电路、比较电路、参考电源和充电电路；所述 点火控制电路的触发端连接所述脉冲输出端，点火控制电路的输入端连接所述到稳压电源 的输出端； 所述比较电路的输入端连接参考电源和点火控制电路的输出端连接，比较电路的 输出端连接有降压电路，降压电路连接点火控制电路的输入端； 所述充电电路的输出端连接点火控制电路的输出端，充电电路的输出端连接所述 点火间隙G1。 本实用新型光电倍增管电压自动调节装置采用光电培增管自动调压技术，使光电 培增管达到最佳的接收状态。取代了手动调整的繁锁，同时也取代了一个元素多个通道的 形式。从而提高了仪器的可操作性和准确度，并节约了相当可观的成本。另外，高频率火花 光源装置采用高频率lKHz火花光源系统(国内同行采用的是500Hz以内)，采用多谐振荡 产生lKHz方波，形成可控硅的点火脉冲，产生lKHz的火花放电，这样分析速度加快2-3倍， 电极损耗减少，可以减少校正工作曲线的次数，少换电极，少清理火花室，也将有助于仪器 的使用率，准确度提高。
图1是本实用新型整机的原理框图。 图2是高频率火花光源装置原理图。 图3是光电倍增管电压自动调节装置原理图
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。 —种新型火花光电直读光谱分析仪，包括光源、光室、光电倍增管和计算机；在光 室中，所述光源通过入射狭缝，经过光栅分光后经出射狭缝射出，再照射到光电培增管上， 光电培增管将光信号转换电信号并通过积分电路后通串口传送到计算机中，光电倍增管的 电压自动调节电路包括依次连接的交流电输入电路、多谐振荡器、稳压调压电路和升压整 形电路；所述电源输入电路是交/直流变换电路，在交/直流变换电路和升压整形电路之间设有变压器进行耦合；所述稳压调压电路是开关控制电路，该电路的控制端连接基准电压
端和升压整形电路的输出端；开关控制电路的输出端连接控制变压器初级侧电路的通断。
所述光源是频率为lKHz的火花光源，该光源的激发控制装置，包括lKHz频率点火脉冲发生
电路和点火电路；点火脉冲发生电路的脉冲输出端连接点火电路的触发端，点火电路的电
源输入端连接电源。 本例中，具体如下 本光谱仪的高频率火花光源装置的结构及工作原理参见图2 : 由555集成电路及R72、 R82、 C62、 C72组成的多谐振荡器产生1KHZ方波，用以形
成可控硅的点火脉冲。其中多谐振荡器的输出端还并联一个反相器，这样，多谐振荡器输出
一个相反的电压V0和V01，其中V0连接可控硅Kl和K3的控制极，V01连接可控硅K2的控制极。 当方波前沿到来后K1、K3导通，150-300V电源通过K1向电容C22充电，C22上电 压按串联谐振曲线上升，充电电流随之减小，当小于Kl的维持电流时Kl关；然后待方波后 沿到来触发K2后，C22通过变压器T放电，T次级上形成2万伏高压火花将G2间隙击穿， G2引起放电的同时G1也被击穿放电，其中G2固定的间隙起到放电稳定的作用。 另一面，方波前沿将K3触发后，300V电压通过K3向C12充电，C12电压同样按揩 振曲线上升，这个电压取样后与参考电压比较，如大于参考电压，比较器LM393输出高电平 将K4金触发导通，使K3突然失去阳极电压失去，C12充电结束；在G1间隙上，等待方波后沿 高压引燃后激发出一些电子形成一个导电通道，C12通过限流电阻R42向G1间隙放电形成 低压火花，C12放电结束火花熄灭，下一个方波到来再产生第二个为花，这样就形成了 1KHZ 的高频率光源。 本光谱仪的光电倍增管电压自动调节工作原理框图参见图3 : 该高压直流稳压电源电路由电源输人电路、多谐振荡器、稳压调压电路和升压电 路组成。电源输人电路由电源开关S、熔断器FU、电源变压器Tl、整流桥堆UR、稳压二极管 VS1和滤波电容器C1组成。多谐振荡器电路由运算放大器集成电路IC(N1、N2)内部的N1、 电阻器R4-R7和电容器C3组成。稳压调压电路由电位器RP、电阻器R1-R3、R9-RI2、电容器 C2、发光二极管VL、稳压二极管VS2和IC内部的N2组成。升压电路由电阻器R8、场效应开 关管VF、升压脉冲变压器T2、整流二极管VD1-VD5、电容器C4-C8组成。接通S，交流220V 电压经Tl降压、UR整流、VS1稳压及Cl滤波后，为多谐振荡器和稳压调压电路提供+9V工 作电源。多谐振荡器通电工作后产生的方波振荡信号经VF放大及T2升压处理后，在T2的 二次绕组上产生极性相反的脉冲波。该脉冲波经C4-C8和VD1-VD5组成的5倍压整流电路 进一步升压处理后，产生0-2kV的百流高压。+9V电压经RP、R1-R3、VL、VS2等分压后，为N2 的正相输入端(IC的5脚)提供可变基准电压。输出端的直流高压经Rg-R12分压后产生 的取样电压加至N2反相输大端(IC的6脚)。当N2第6脚的取样电压高于5脚的基准电 压时，N2输出低电平，使VF的导通时间变短，输出电压降为正常值；当N2第6脚的取压电 压低于5脚的基准电压时，N2输出高电平，便VF的导通时间变长，输出电压升为正常值，从 而使输出电压保持稳定。c4-c8均选调整RP的阻值，可改变N2第5脚基准电压的大小，从 而调节输出电压的高低。 电路中高，压部分(倍压整流电路)应用环氧树脂胶封固，以免产生高压打火。[0032] 元器件选择 Rl-R7均选用1/4W金属膜电阻器，R8-R12均选用1/2W金属膜电阻器，RP选用电 子电位器。 C1和C2均选用耐压值为16V的铝电解电容器；C3选用高频瓷介电容器；用耐压值 为630V的CBB电容器。 VD1-VD5均选用RF107型快恢复整流二极管。 VS1选用1W、9. IV的硅稳压二极管，例如1N4739等型号；VS2选用1/2W、4. 7V的硅
稳压二极管，例如1N5230、1N5992B等型号。 VL选用小3mm或小5mm的普通发光二极管。 UR选用2A、50V的整流桥堆。 VF选用BUE71A(50V、12A)型场效应晶体管。 IC选用LM393型双运放集成电路。 Tl选用10-20W、二次电压为gV的电源变压器； T2用截面积为1. 2cm的E型磁心和漆包线制作一次绕组用小O. 51mm的漆包线 绕21匝。二次绕组用小O. 19mm的漆包线绕12层，每层55匝(绕制时先绕二次绕组，然后 再绕一次绕组)。 本光谱仪的其他部分，均有成熟的电路和结构，可以直接选用。 参见图l，本光谱仪的工作原理如下 试样经打摩后，将打摩的一面对准激发台上的电极。氩气经减压稳压后送入激发 室中排空氧气，根据控制装置冲氩15S，预燃6-12S，激发4-6S。试样激发的过程会产生很强 光源，经过透镱聚光后，再经过入射狭缝去背景，再送到光栅分光，它将一束复合光分成有 规律排列的单色光，然后经出射狭缝到光电倍增管，光电倍增管将此光信号转变成电流信 号送到电学系统的检测部分进行积分放大，传送到计算机进行运算处理，处理后的碳硫含 量数据由显示屏显示或打印输出算。
权利要求一种新型火花光电直读光谱分析仪，包括光源、光室、光电倍增管和计算机；在光室中，所述光源通过入射狭缝，经过光栅分光后经出射狭缝射出，再照射到光电培增管上，光电培增管将光信号转换电信号并通过积分电路后经串口传送到计算机中，其特征是光电倍增管的电压自动调节电路包括依次连接的交流电输入电路、多谐振荡器、稳压调压电路和升压整形电路；所述电源输入电路是交/直流变换电路，在交/直流变换电路和升压整形电路之间设有变压器进行耦合；所述稳压调压电路是开关控制电路，该电路的控制端连接基准电压端和升压整形电路的输出端；开关控制电路的输出端连接控制变压器初级侧电路的通断。
2. 根据权利要求1所述的新型火花光电直读光谱分析仪，其特征是所述多谐振荡器是以运算放大器N1为核心，连接相应的外围电阻和电容构成的振荡电路。
3. 根据权利要求1所述的新型火花光电直读光谱分析仪，其特征是所述开关控制电路包括可变基准电压电路、比较电路和开关管；所述交/直流变换电路的输出端连接可变基准电压电路，可变基准电压电路的输出端连接比较电路的一个比较输入端；所述比较电路另一个比较输入端经采样电阻后连接升压整形电路的输出端；比较电路的输出端连接所述开关管的控制端，开关管输出端即为开关控制电路的输出端。
4. 根据权利要求1所述的新型火花光电直读光谱分析仪，其特征是所述升压整形电路是倍压整流电路，倍压整流电路接在变压器次级侧；倍压整流电路是由多个并联的二极管和电容依次连接构成；所述倍压整流电路应用环氧树脂胶封固。
5. 根据权利要求1或2或3或4所述的新型火花光电直读光谱分析仪，其特征是所述光源是频率为lKHz的火花光源，该光源的激发控制装置，包括lKHz频率点火脉冲发生电路和点火电路；点火脉冲发生电路的脉冲输出端连接点火电路的触发端，点火电路的电源输入端连接电源。
6. 根据权利要求5所述的新型火花光电直读光谱分析仪，其特征是点火脉冲发生电路是以555集成电路为核心，配以相应的外围电容、电阻构成的方波多谐振荡器。
7. 根据权利要求6所述的新型火花光电直读光谱分析仪，其特征是所述点火电路包括高压火花点火电路和低压火花点火电路，高、低压火花点火电路的电源输入端连接到稳压电源的输出端；高、低压火花点火电路的点火输出端连接点火间隙。
8. 根据权利要求7所述的新型火花光电直读光谱分析仪，其特征是所述高压火花点火电路包括点火控制电路，开关点火控制电路的触发端连接所述脉冲输出端，点火控制电路的输入端连接所述到稳压电源的输出端；所述点火控制电路的输出端连接升压电路的低压端，升压的高压端连接点火间隙G2。
9. 根据权利要求8所述的新型火花光电直读光谱分析仪，其特征是与所述点火间隙G2串联连接有点火间隙G1。
10. 根据权利要求9所述的新型火花光电直读光谱分析仪，其特征是所述低压火花点火电路包括点火控制电路、比较电路、参考电源和充电电路；所述点火控制电路的触发端连接所述脉冲输出端，点火控制电路的输入端连接所述到稳压电源的输出端；所述比较电路的输入端连接参考电源和点火控制电路的输出端连接，比较电路的输出端连接有降压电路，降压电路连接点火控制电路的输入端；所述充电电路的输出端连接点火控制电路的输出端，充电电路的输出端连接所述点火间隙Gl。
专利摘要一种新型火花光电直读光谱分析仪，包括光源、光室、光电倍增管和计算机；光电倍增管的电压自动调节电路包括依次连接的交流电输入电路、多谐振荡器、稳压调压电路和升压整形电路；所述电源输入电路是交/直流变换电路，在交/直流变换电路和升压整形电路之间设有变压器进行耦合；所述稳压调压电路是开关控制电路，该电路的输入端连接基准电压端和升压整形电路的输出端；开关控制电路的输出端连接控制变压器初级侧电路的通断。本分析仪的可操作性和准确度高，节约了成本。分析速度加快，电极损耗减少，可以减少校正工作曲线的次数，少换电极，少清理火花室，也将有助于仪器的使用率，准确度提高。
文档编号G01N21/64GK201477035SQ20092023087
公开日2010年5月19日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者徐斌, 曹峰, 陈天水 申请人:南京麒麟分析仪器有限公司