专利名称：一种双向激发的高重复频率火花光源的制作方法
技术领域：
本发明属于光谱分析技术领域，尤其适合应用于专用的直读火花光谱仪器。
背景技术：
高重复频率火花光源具备电弧光源的高灵敏度以及火花光源的高精密度优点，在直接分析和现场分析应用中仍然具有应用价值。目前国产仪器产生高重复频率火花放电的方法主要有两种:经典的方法和现代的数字化能量可调火花光源。经典的方法主要缺点是弓I燃火花放电的极性是单向的，在交流低压火花放电应用中限制了其可靠性；并且其高压变压器直接耦合到分析间隙，放电速度存在限制，不能满足更高重复频率的要求；且引燃火花能量无法确保稳定，进一步限制其应用范围。现代的数字化能量可调光源虽然可以根据具体样品的性质精确控制火花放电能量，但是仍属于单向火花放电，其光源的分析性能不如双向火花放电。同时，这种系统结构复杂，可靠性低，不适合在相对恶劣的环境下运行，在现场分析应用中受到一定的限制。除此之外，目前绝大多数火花光源系统与外部控制器通过直接信号连接，而火花光源电路本身是一个严重的电磁干扰源，因此对控制电路存在干扰的可能。
发明内容
本发明的目的在于提供提供一种结构简单、可靠工作的高重复频率交流低压火花光源，应用于直读火花光谱仪器的双向激发的高重复频率火花光源。为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案:一种双向激发的高重复频率火花光源，包括高重复频率双向火花引燃电路，所述高重复频率双向火花引燃电路包括与主控制电路连接的光导纤维信号输入接口电路，双脉冲系列产生电路和双向激发的高压火花引燃电路，所述光导纤维信号输入接口电路一端与交流电源输入端电连接，另一端与双脉冲系列产生电路电连接，光导纤维信号输入接口电路用于接受外部控制器控制并驱动双脉冲系列产生电路,双脉冲系列产生电路用于产生重复频率固定的可控硅触发脉冲,双脉冲系列产生电路另一端与所述双向激发的高压火花引燃电路电连接，所述双向激发的高压火花引燃电路输出端分别接地及与高压端电连接。进一步的，所述光导纤维信号输入接口电路包括光导纤维耦合器、第一二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻、电解电容、第一三极管、光耦合可控硅和变压器，所述光导纤维耦合器的第三输出端与交流电源输入端的第二输出端连接，光导纤维耦合器的第二输出端连接电解电容的正极，电解电容的负极连接交流电源输入端的第二输出端，第一二极管的正极连接交流电源输入端的第二输出端、负极通过第二电阻和第一电阻与电解电容的负极连接，第三电阻的一端与电解电容的负极连接、另一端与光稱合可控娃的输入正极连接，光耦合可控硅的输入负极与第一三极管的集电极连接，第一三极管的发射极接光导纤维耦合器的第三输出端、基极通过第四电阻接光导纤维耦合器的第一输出端，光耦合可控硅的输出端一端与第一三极管的发射极连接、另一端通过变压器的原线圈连接到第一二极管的正极。所述双脉冲系列产生电路包括上下对称的两部分电路，分别为输入交流电正、负半周输出频率稳定的触发脉冲产生电路。进一步的，所述上部分电路包括第二二极管、第五电阻、第七电阻、第九电阻、第一稳压二极管、第一电容、第二三极管、第十一电阻，所述第二二极管正极接变压器第一副线圈一端，负极通过第五电阻、第七电阻、第一电容接变压器第一副线圈另一端，所述第一稳压二极管的负极接第五电阻和第七电阻之间、正极接变压器第一副线圈另一端，所述第九电阻一端接第一稳压二极管的负极，另一端接第二三极管的第一发射极，第二三极管的基极接第七电阻和第一电容之间，第二三极管的第二发射极接第十一电阻的一端，第十一电阻另一端接变压器第一副线圈另一端。所述双向激发的高压火花引燃电路包括第十三电阻、第十四电阻、第一可控硅、第二可控硅、第四二极管、第五二极管、高压变压器、第三电容、限流电阻，所述第一可控硅的阳极和第四二极管的负极连接后通过第十三电阻接交流电源输入端的第一输出端，第一可控硅的阴极和第四二极管的正极连接后接高压变压器的原线圈一端，第一可控硅的控制极接双脉冲系列产生电路的上部分电路，所述第十四电阻、第二可控硅、和第五二极管分别为与第十三电阻、第一可控硅和第四二极管相对称的连接结构，所述高压变压器的副线圈一端通过限流电阻接高压端，另一端接地。还包括高压放电电容，其一端接限流电阻，另一端接地。高重复频率双向火花引燃电路位于分析放电间隙和辅助放电间隙之间，并在辅助间隙旁设风扇。本发明与现有技术相比，具有如下优点:输入采用光导纤维信号输入接口、频率固定的双脉冲系列产生电路以及能量稳定的双向高压火花引燃电路。有效消除火花激发电路对系统控制电路的干扰；双向激发方式特别适合交流火花得激发，有助于提高引燃的可靠性；高压变压器输出侧电容的使用能够稳定引燃火花能量，有助于提高光源的分析精密度。
图1为本发明火花光源电路的整体原理图；图2为高重复频率双向火花引燃电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明的内容做进一步详细说明。实施例:请参阅图1所示，一种双向激发的高重复频率火花光源，包括高重复频率双向火花引燃电路1，高重复频率双向火花引燃电路I包括与主控制电路连接的光导纤维信号输入接口电路2，双脉冲系列产生电路3和双向激发的高压火花引燃电路4，光导纤维信号输入接口电路2 —端与交流电源输入端Jl电连接，另一端与双脉冲系列产生电路3电连接，光导纤维信号输入接口电路2用于接受外部控制器控制并驱动双脉冲系列产生电路3，双脉冲系列产生电路3用于产生重复频率固定的可控硅触发脉冲，双脉冲系列产生电路3另一端与双向激发的高压火花引燃电路4电连接，所述双向激发的高压火花引燃电路4输出端分别接地及与高压端HV电连接。双向激发的高压火花引燃电路4的特点是双向触发、弓丨燃能量稳定。请参阅图2所示，光导纤维信号输入接口电路2包括光导纤维耦合器J2、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4、电解电容Cl、第一三极管Q1、光率禹合可控娃OPTl和变压器Tl,光导纤维稱合器J2的第三输出端与交流电源输入端Jl的第二输出端连接，光导纤维耦合器J2的第二输出端连接电解电容Cl的正极，电解电容Cl的负极连接交流电源输入端Jl的第二输出端，第一二极管Dl的正极连接交流电源输入端Jl的第二输出端、负极通过第二电阻R2和第一电阻Rl与电解电容Cl的负极连接，第三电阻R3的一端与电解电容Cl的负极连接、另一端与光耦合可控硅OPTl的输入正极连接，光耦合可控硅OPTl的输入负极与第一三极管Ql的集电极连接，第一三极管Ql的发射极接光导纤维耦合器J2的第三输出端、基极通过第四电阻(R4)接光导纤维耦合器J2的第一输出端，光稱合可控娃OPTl的输出端一端与第一三极管Ql的发射极连接、另一端通过变压器Tl的原线圈连接到第一二极管Dl的正极。外部控制器通过光导纤维控制光耦合可控硅OPTl导通，使双脉冲系列产生电路3工作。双脉冲系列产生电路3包括上下对称的两部分电路，上半部分在输入交流电正半周工作，产生频率固定的可控硅触发脉冲，下半部分则在输入交流电的负半周工作，输出另一组频率固定的可控娃出发脉冲。上部分电路包括第二二极管D2、第五电阻R5、第七电阻R7、第九电阻R9、第一稳压二极管DZl、第一电容C2、第二三极管Q2、第i^一电阻RlI，第二二极管D2正极接变压器Tl第一副线圈一端，负极通过第五电阻R5、第七电阻R7、第一电容C2接变压器Tl第一副线圈另一端，第一稳压二极管DZl的负极接第五电阻R5和第七电阻R7之间、正极接变压器Tl第一副线圈另一端，第九电阻R9 —端接第一稳压二极管DZl的负极，另一端接第二三极管Q2的第一发射极，第二三极管Q2的基极接第七电阻R7和第一电容C2之间，第二三极管Q2的第二发射极接第十一电阻Rll的一端，第十一电阻Rll另一端接变压器Tl第一副线圈另一端。下部分电路包括第三二极管 D3、第六电阻R6、第八电阻R8、第十电阻R10、第二稳压二极管DZ2、第二电容C3、第三三极管Q3、第十二电阻R12，下部分电路的连接与上部分电路对称，因此其连接结构不再详述，具体请见图2。两组脉冲的重复频率只取决于第一稳压二极管DZ1、第二稳压二极管DZ2、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C2、第二电容C3、第二三极管Q2及第三三极管Q3等元件的参数，可按照具体的应用需要选择这些元件的参数，可根据具体的要求合理选择。这是高重复频率交流火花的双向弓I燃信号基础。双向激发的高压火花引燃电路4包括第十三电阻R13、第十四电阻R14、第一可控硅S1、第二可控硅S2、第四二极管D4、第五二极管D5、高压变压器T2、第三电容C4、限流电阻R15，第一可控硅SI的阳极和第四二极管D4的负极连接后通过第十三电阻R13接交流电源输入端Jl的第一输出端，第一可控硅SI的阴极和第四二极管D4的正极连接后接高压变压器T2的原线圈一端，第一可控硅SI的控制极接双脉冲系列产生电路3的上部分电路，所述第十四电阻R14、第二可控硅S2、和第五二极管D5分别为与第十三电阻R13、第一可控硅SI和第四二极管D4相对称的连接结构，高压变压器T2的副线圈一端通过限流电阻R15接高压端HV，另一端接地。该电路的特点是第一可控硅S1、第二可控硅S2、第四二极管D4、第五二极管D5构成双向激发电路，使高压变压器T2的次级输出与交流电极性相同的高压引燃脉冲。还包括高压放电电容C5，其一端接限流电阻R15，另一端接地。因为高压电容C5的使用，使每一个引燃脉冲能量保持稳定。采用单向第一可控硅S1、第一可控硅S2及第四二极管D4、第五二极管D5构成双向激发电路，第一可控娃S1、第一可控娃S2在各自脉冲的触发下导通,使第三电容C4、第四电容C5与高压变压器T2发生谐振，当第三电容C4的电压过零时，第一可控硅SI或者第二可控硅S2截止，使存储于第三电容C4上的能量全部转移到高压放电电容C5，并且最后在图1所示的分析放电间隙AG上产生于交流电极性相同的高压火花放电。引燃火花的能量取决于第四电容C5和如图1所示的辅助放电间隙FG击穿电压决定。高重复频率双向火花引燃电路I位于分析放电间隙AG和辅助放电间隙FG之间，并在辅助间隙FG旁设风扇，被专门设置的风扇吹洗，保持其击穿电压稳定。如图2所示的电路中，高压放电电容C5、限流电阻Rl5因体积较大，不适合安装在电路板上，其他元件安装在同一块电路板中，该电路板位于与分析放电间隙AG、辅助放电间隙FG有效电磁隔离的空间内，简单的金属屏蔽就是有效的。分析间隙同时也是样品采样装置，通常安装在专门的样品室里。根据应用对火花重复频率的要求，选择合适的DZ1、R7、C2、Q2和DZ2、R8、C3、Q3元件参数。通常DZ1、DZ2、Q2、Q3元件参数相对固定，主要选择R7、C2、R8、C3等四个元件的参数。根据具体分析应用对火花能量的要求，选择图1中电容Cl的容量以及图2中电解电容Cl的容量，然后，为了维持选定的放电频率要求，选择图1中的电阻Rl以及图2中的第十三电阻R13、第十四R14电阻阻值。高压变压器T2产生的最大输出电压为14KV。其他元件参数则以一般电子电路的要求选择。上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
权利要求
1.一种双向激发的高重复频率火花光源，包括高重复频率双向火花引燃电路(1)，其特征在于:所述高重复频率双向火花引燃电路(I)包括与主控制电路连接的光导纤维信号输入接口电路(2)，双脉冲系列产生电路(3)和双向激发的高压火花引燃电路(4)，所述光导纤维信号输入接口电路(2) —端与交流电源输入端(Jl)电连接，另一端与双脉冲系列产生电路(3)电连接，光导纤维信号输入接口电路(2)用于接受外部控制器控制并驱动双脉冲系列产生电路(3 )，双脉冲系列产生电路(3 )用于产生重复频率固定的可控硅触发脉冲，双脉冲系列产生电路(3)另一端与所述双向激发的高压火花引燃电路(4)电连接，所述双向激发的高压火花引燃电路(4)输出端分别接地及与高压端(HV)电连接。
2.如权利要求1所述的双向激发的高重复频率火花光源，其特征在于:所述光导纤维信号输入接口电路(2)包括光导纤维稱合器(J2)、第一二极管(Dl)、第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)、电解电容(Cl)、第一三极管(Q1)、光耦合可控硅(OPTl)和变压器(Tl)，所述光导纤维耦合器(J2)的第三输出端与交流电源输入端(Jl)的第二输出端连接，光导纤维耦合 器(J2)的第二输出端连接电解电容(Cl)的正极，电解电容(Cl)的负极连接交流电源输入端(Jl)的第二输出端，第一二极管(Dl)的正极连接交流电源输入端(Jl)的第二输出端、负极通过第二电阻(R2)和第一电阻(Rl)与电解电容(Cl)的负极连接，第三电阻(R3)的一端与电解电容(Cl)的负极连接、另一端与光稱合可控娃(OPTl)的输入正极连接，光耦合可控硅(OPTl)的输入负极与第一三极管(Ql)的集电极连接，第一三极管(Ql)的发射极接光导纤维耦合器(J2)的第三输出端、基极通过第四电阻(R4)接光导纤维I禹合器(J2)的第一输出端,光I禹合可控娃(OPTl)的输出端一端与第一三极管(Ql)的发射极连接、另一端通过变压器(Tl)的原线圈连接到第一二极管(Dl)的正极。
3.如权利要求2所述的双向激发的高重复频率火花光源，其特征在于:所述双脉冲系列产生电路(3)包括上下对称的两部分电路，分别为输入交流电正、负半周输出频率稳定的触发脉冲产生电路。
4.如权利要求3所述的双向激发的高重复频率火花光源，其特征在于:所述上部分电路包括第二二极管(D2)、第五电阻(R5)、第七电阻(R7)、第九电阻(R9)、第一稳压二极管(DZ1)、第一电容(C2)、第二三极管(Q2)、第十一电阻(R11)，所述第二二极管(D2)正极接变压器(Tl)第一副线圈一端，负极通过第五电阻(R5)、第七电阻(R7)、第一电容(C2)接变压器(Tl)第一副线圈另一端，所述第一稳压二极管(DZl)的负极接第五电阻(R5)和第七电阻(R7)之间、正极接变压器(Tl)第一副线圈另一端，所述第九电阻(R9)—端接第一稳压二极管(DZl)的负极，另一端接第二三极管(Q2)的第一发射极，第二三极管(Q2)的基极接第七电阻(R7)和第一电容(C2)之间，第二三极管(Q2)的第二发射极接第i^一电阻(Rll)的一端，第十一电阻(Rll)另一端接变压器(Tl)第一副线圈另一端。
5.如权利要求4所述的双向激发的高重复频率火花光源，其特征在于:所述双向激发的高压火花引燃电路(4)包括第十三电阻(R13)、第十四电阻(R14)、第一可控硅(SI)、第二可控硅(S2)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、高压变压器(T2)、第三电容(C4)、限流电阻(R15)，所述第一可控硅(SI)的阳极和第四二极管(D4)的负极连接后通过第十三电阻(R13)接交流电源输入端(Jl)的第一输出端，第一可控硅(SI)的阴极和第四二极管(D4)的正极连接后接高压变压器(T2)的原线圈一端，第一可控硅(SI)的控制极接双脉冲系列产生电路(3)的上部分电路，所述第十四电阻(R14)、第二可控硅(S2)、和第五二极管(D5)分别为与第十三电阻(R13)、第一可控硅(SI)和第四二极管(D4)相对称的连接结构，所述高压变压器(T2)的副线圈一端通过限流电阻(R15)接高压端(HV)，另一端接地。
6.如权利要求5所述的双向激发的高重复频率火花光源，其特征在于:还包括高压放电电容(C5)，其一端接限流电阻(R15)，另一端接地。
7.如权利要求1 所述的双向激发的高重复频率火花光源，其特征在于:高重复频率双向火花引燃电路(I)位于分析放电间隙(AG)和辅助放电间隙(FG)之间，并在辅助间隙(FG)芳设风扇。
全文摘要
本发明公开了双向激发的高重复频率火花光源，包括与主控制电路连接的光导纤维信号输入接口电路，双脉冲系列产生电路和双向激发的高压火花引燃电路，所述光导纤维信号输入接口电路一端与交流电源输入端电连接，另一端与双脉冲系列产生电路电连接，光导纤维信号输入接口电路用于接受外部控制器控制并驱动双脉冲系列产生电路，双脉冲系列产生电路用于产生重复频率固定的可控硅触发脉冲，双脉冲系列产生电路另一端与所述双向激发的高压火花引燃电路电连接，所述双向激发的高压火花引燃电路输出端分别接地及与高压端电连接。有效消除火花激发电路对系统控制电路的干扰；有助于提高引燃的可靠性；有助于提高光源的分析精密度。
文档编号G01J3/10GK103115678SQ201310037680
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者何嘉耀, 张冠文, 刘日威, 陈江韩 申请人:中国广州分析测试中心