本发明涉及金属光谱分析领域，特别涉及一种电弧源的控制电路及方法。
背景技术：
金属光谱分析仪在分析过程中，激发光谱需要通过电弧光源激发产生，为了得到稳定的光谱需要控制电源输出功率稳定。现有技术中，都是通过控制激发时间来控制输出功率，但是这种方式受样品、激发时间以及间隙影响比较大，而且随着时间的推移器件性能会发生老化，特别是大功率mosfet管的导通电阻和电解电容容值都会发生变化，电源输出功率的变化会更大。因此，为了克服上述缺陷，目前常对电路采用开环控制方式，并通过软件校正，如做相应的校正曲线弥补光源的输出能量变化带来的影响，但这种方式只能弥补短时间激发能量的变化，在更换样品过程中可能改变激发间隙，那就还会存在电源输出功率改变导致光谱信号变化，导致检测结果不准确。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种电源电压幅值、相位、频率可调，激发光谱能量稳定，样品适应性好的电弧源的控制电路及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种电弧源的控制电路，所述控制电路包括：
电源，所述电源的输出端连接引燃电路模块，输入端连接模数转换器，所述电源的输出电压幅值、相位和频率可调；
引燃电路模块，所述引燃电路模块用于输出引燃高压，激发电极；
霍尔电流检测模块，所述霍尔电流检测模块与所述电极相连，用于检测激发电流并传送至模数转换器；
电压耦合传感模块，所述电压耦合传感模块设置在电极激发时产生的电磁场的磁感应线的垂直方向，用于检测激发电压；
电场探测模块，所述电场探测模块设置在所述电极周围使得在电极激发时探测电场强度；
滤波模块，所述滤波模块将所述电场探测模块输出的电压信号滤波后传输至激发能量检测模块；所述滤波模块对所述电压耦合传感模块输出的激发电压滤波后传输至模数转换器；
激发能量检测模块，所述激发能量检测模块的输出端连接模数转换器；
模数转换器，所述模数转换器用于采集激发电流、激发电压以及激发光谱能量。
根据上述的电弧源的控制电路，优选地，所述电源进一步包括：
电压幅值调节模块、相位调节模块和频率调节模块；
mcu，所述mcu的输入端连接所述模数转换器，并对电压幅值调节模块、相位调节模块和频率调节模块进行控制；
pid算法模块，所述pid算法模块设置在mcu上，并与mcu进行数据传输；
整流模块，经电压幅值调节模块、相位调节模块和频率调节模块调节的电源电压经所述整流模块后输出。
根据上述的电弧源的控制电路，优选地，所述控制电路进一步包括：
幅值检测模块，所述幅值检测模块设置在所述模数转换器和霍尔电流检测模块、模数转换器和滤波模块之间。
根据上述的电弧源的控制电路，优选地，所述电场探测模块设置在电极激发时产生的电磁场的磁感应线的垂直方向。
根据上述的电弧源的控制电路，可选地，所述电场探测模块设置在所述电极的正下方。
根据上述的电弧源的控制电路，可选地，所述电场探测模块为天线。
根据上述任一所述电弧源控制电路的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
(a1)设定电源电压幅值、相位和频率的初始值；
(a2)引燃电路模块输出引燃高压，电极激发；
(a3)电场探测模块探测电极激发时的电场强度，将电场能量转化为电流，并进一步转化为电压后输出至激发能量检测模块；
(a4)激发能量检测模块检测获得激发光谱能量，所述激发光谱能量由模数转换器采集并传输至mcu；
(a5)mcu比较激发光谱能量和设定光谱能量，获得差值后传送至pid算法模块；所述设定光谱能量由电源电压幅值、相位和频率的初始值确定；
(a6)pid算法模块根据所述差值，计算获得电压幅值调节模块、相位调节模块和频率调节模块的调节量并传回mcu；
(a7)mcu根据所述调节量和初始值获得电压幅值、相位和频率的控制值并调节至所述控制值，使得激发光谱能量的变化值∈[0,5]mw/m2。
根据上述的控制方法，优选地，所述控制方法进一步包括：
(b1)霍尔电流检测模块检测激发电流，电压耦合传感模块检测激发电压；
(b2)模数转换器采集所述激发电流、激发电压，获得激发电流波形、激发电压波形并传送至mcu；
(b3)mcu通过傅立叶分析所述激发电流波形、激发电压波形的频谱进而获得电源输出有效功率和功率分布。
根据上述的控制方法，可选地，电压幅值调节模块、相位调节模块和频率调节模块的调节量为电压幅值、相位和频率中的至少一个。
根据上述的控制方法，优选地，激发光谱能量的变化值∈[0,3]mw/m2。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、本发明可以对脉冲电源输出电压的幅值、相位和频率进行分别控制，以此控制激发时间间隔和激发电流大小，灵活、方便地对电源输出功率进行控制。
2、本发明能实时监测激发光谱能量，并通过激发光谱能量与设定光谱能量的差值获得电源输出电压的幅值、相位和频率的控制值，对激发光谱能量进行实时性调整，保证光谱能量的稳定。
3、本发明对电源输出功率进行控制，可实现高电压小电流或者小电压大电流的切换，避免激发过程中由于短路造成电源故障；同时通过激发电流、激发电压的幅值检测和激发电流波形、激发电压波形的频谱分析，可以兼顾峰值能量和平均能量。
4、本发明通过激发电流、激发电压、电源功率和激发光谱能量的实时监测，反馈电源的工作状态，提高电源的稳定性，不受器件老化影响，不受安装尺寸和外界参数变化影响，减少结构件安装要求，提高了可装配性，同时还提高样品的适应性。
5、本发明不但可以应用在直流电弧光源中，也可以应用在交流电弧光源中。
附图说明
参照附图，本发明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发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是本发明实施例1的电弧源控制电路的电路结构示意图。
实施方式
图1和以下说明描述了本发明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发明。为了教导本发明技术方案，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发明的范围内。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发明的多个变型。由此，本发明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源控制电路的电路结构简图，如图1所示，所述电弧源的控制电路包括：
电源，所述电源的输出端连接引燃电路模块，输入端连接模数转换器，所述电源的输出电压幅值、相位和频率可调；
引燃电路模块，所述引燃电路模块用于输出引燃高压，激发电极；
霍尔电流检测模块，所述霍尔电流检测模块与所述电极相连，用于检测激发电流并传送至模数转换器；
电压耦合传感模块，所述电压耦合传感模块设置在电极激发时产生的电磁场的磁感应线的垂直方向，用于检测激发电压；
电场探测模块，所述电场探测模块设置在所述电极周围使得在电极激发时探测电场强度；
滤波模块，所述滤波模块将所述电场探测模块输出的电压信号滤波后传输至激发能量检测模块；所述滤波模块对所述电压耦合传感模块输出的激发电压滤波后传输至模数转换器；
激发能量检测模块，所述激发能量检测模块的输出端连接模数转换器；
模数转换器，所述模数转换器用于采集激发电流、激发电压以及激发光谱能量。
所述引燃电路模块、滤波模块、霍尔电流检测模块、电压耦合传感模块、激发能量检测模块、模数转换器为现有技术，在此不再赘述。
为了实现电源输出电压幅值、相位和频率的调节，故：
进一步地，所述电源包括：
电压幅值调节模块、相位调节模块和频率调节模块，所述电压幅值调节模块、相位调节模块和频率调节模块并联设置；
mcu，所述mcu的输入端连接所述模数转换器，并对电压幅值调节模块、相位调节模块和频率调节模块进行控制；
pid算法模块，所述pid算法模块设置在mcu上，与mcu进行数据传输；
整流模块，经电压幅值调节模块、相位调节模块和频率调节模块调节的电源电压经所述整流模块后输出。
通过霍尔电流检测模块对激发电流的检测，电压耦合传感模块对激发电压的检测，可以获得电源输出的有效功率，为了获得电源的最大输出功率，故：
进一步地，所述控制电路还包括：
幅值检测模块，所述幅值检测模块设置在所述模数转换器和霍尔电流检测模块、模数转换器和滤波模块之间。
在电极激发的瞬间，会产生空间电场效应，激发电极周围会产生电场分布，可进行电场强度的探测，为了准确探测电极激发的电场强度，故：
进一步地，所述电场探测模块设置在电极激发时产生的电磁场的磁感应线的垂直方向。
本实施例还提供上述电弧源控制电路的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
(a1)设定电源电压幅值、相位和频率的初始值；
(a2)引燃电路模块输出引燃高压，电极激发；
(a3)电场探测模块探测电极激发时的电场强度，将电场能量转化为电流，并进一步转化为电压后输出至激发能量检测模块；
(a4)激发能量检测模块检测获得激发光谱能量，所述激发光谱能量由模数转换器采集并传输至mcu；
(a5)mcu比较激发光谱能量和设定光谱能量，获得差值后传送至pid算法模块；所述设定光谱能量由电源电压幅值、相位和频率的初始值确定；
(a6)pid算法模块根据所述差值，计算获得电压幅值调节模块、相位调节模块和频率调节模块的调节量并传回mcu；
(a7)mcu根据所述调节量和初始值获得电压幅值、相位和频率的控制值并调节至所述控制值，使得激发光谱能量的变化值∈[0,5]mw/m2。
进一步地，激发光谱能量的变化值∈[0,3]mw/m2。
所述pid算法为现有技术中的增量控制算法，在此不再赘述。
mcu根据激发光谱能量和设定光谱能量的差值进而对电压幅值调节模块、相位调节模块和频率调节模块进行调节，在调节过程中，对电压幅值、相位和频率中至少一个进行调节即可，一般地，可对电压幅值进行调节，或者对相位和频率两者之一进行调节，但具体是调节相位还是频率，由当前的激发电流和激发电压决定，故：
进一步地，所述控制方法还包括：
(b1)霍尔电流检测模块检测激发电流，电压耦合传感模块检测激发电压；
(b2)模数转换器采集所述激发电流、激发电压，获得激发电流波形、激发电压波形并传送至mcu；
(b3)mcu通过傅立叶分析所述激发电流波形、激发电压波形的频谱进而获得电源输出有效功率和功率分布。
对上述激发电流、激发电压的检测，还可避免电源可能出现的故障，实时反馈电源的工作状态。
本实施例的益处在于：1、对电源输出电压的幅值、相位和频率进行分别控制，确保激发光谱能量的稳定；2、对激发电流、激发电压的幅值检测和激发电流波形、激发电压波形的频谱分析，实时监测电源输出功率和功率分布，反馈电源的工作状态；3、本发明维持激发光谱能量稳定的方式不受器件老化影响，不受安装尺寸和外界参数变化影响，减少结构件安装要求，提高了可装配性，同时还提高样品的适应性。
实施例2
本实施例为本发明实施例1的电弧源控制电路在直读光谱仪光谱分析领域的应用例。
在该应用例中，所述引燃电路模块为引燃电路，滤波模块为滤波电路，霍尔电流检测模块为霍尔电流传感器，电场探测模块为天线，设置在电极的正下方。