電感耦合等離子體 ICP 的形成原理

圖 8.ICP 形成原理

頻發(fā)生器的工作頻率是 27.12MHz，大輸出功率 1500W。主要作用是產(chǎn)生頻電磁場(chǎng)，供給等離子體能量。炬管是一個(gè)三層同心石英玻璃管，外層管內(nèi)通入冷卻氬氣，以避免等離子炬燒壞石英管。中層石英管出口做成喇叭形狀，通入氬氣以維持等離子體。內(nèi)層石英管的內(nèi)徑為 1mm-2mm，由載氣將試樣氣溶膠從內(nèi)管引入等離子體。

當(dāng)頻電源與圍繞在等離子炬管外的負(fù)載感應(yīng)線圈接通時(shí)，頻感應(yīng)電流流過線圈，產(chǎn)生軸向頻磁場(chǎng)。此時(shí)向炬管的外管內(nèi)切線方向通入冷卻氬氣，中層管內(nèi)軸向（或切向）通入輔助氣體氬氣，并用頻點(diǎn)火裝置激發(fā)產(chǎn)生帶電粒子，當(dāng)帶電粒子流子多至足以使氣體有足夠的導(dǎo)電率時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)方向的截面上產(chǎn)生環(huán)形渦電流。

幾百安的強(qiáng)大感應(yīng)電流瞬間將氣體加熱至 6000K-8000K，在炬管口上方形成一個(gè)火炬狀的穩(wěn)定的等離子炬。 

固態(tài)發(fā)生器及自動(dòng)匹配箱

固態(tài)發(fā)生器

ICP700T 頻發(fā)生器為蘇州博維儀器科技有限公司自主研發(fā)的全固態(tài)射頻發(fā)生器，采用它激式振蕩電路，輸出大功率為 1500W，頻率為 27.12MHz。相比于自激震蕩式電子管射頻發(fā)生器，全固態(tài)射頻發(fā)生器具有體積更小、輸出功率更、頻率功率更加穩(wěn)定、電源效率更等諸多優(yōu)點(diǎn)。

自動(dòng)匹配箱

ICP自動(dòng)匹配箱具有匹配速度快、精度等優(yōu)點(diǎn)，免去了人工匹配的諸多麻煩操作。

掃描分光器

圖 9.掃描分光儀工作原理圖

分光器由光室、入射狹縫、反光鏡、光柵、出射狹縫和光柵驅(qū)動(dòng)裝置組成。光柵刻線密度可選，規(guī)格分別為：2400l/mm、3600l/mm 或者 4320l/mm，光室焦距為 1000mm。ICP 發(fā)出的復(fù)合光經(jīng)入射狹縫射到反射鏡上， 再由反射鏡反射到光柵上衍射生成單色光。由計(jì)算機(jī)控制光柵驅(qū)動(dòng)裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)光柵將需要的光譜波長(zhǎng)反射鏡到出

射狹縫，由光電倍增管接受光信號(hào)，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，之后進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)對(duì)比。

電子測(cè)量及控制電路

電路系統(tǒng)共有通訊、氣路控制、步進(jìn)電機(jī)控制和信號(hào)采集四項(xiàng)功能。

1、通訊

采用RJ45 網(wǎng)口作為儀器和計(jì)算機(jī)之間的通訊接口。具有接口穩(wěn)定、通訊速度快、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

2、氣路控制

ICP700T 的氣路采用的 MFC（質(zhì)量流量控制器）作為控制部件，分別控制等離子氣、載氣、輔氣，控制精度，響應(yīng)速度快，流量穩(wěn)定，同時(shí)帶有流量反饋功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視各路氣體實(shí)際流量，確保進(jìn)樣系統(tǒng)工作穩(wěn)定，提儀器的重復(fù)性與穩(wěn)定性。

3、光柵馬達(dá)驅(qū)動(dòng)部分電路原理

在步進(jìn)電機(jī)四八拍（每拍 0.9°）的基礎(chǔ)上，采用電路微分技術(shù)，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周為 12800 步。根據(jù)計(jì)算機(jī)表中填的波長(zhǎng)計(jì)算出應(yīng)走的步數(shù)，再由 CPU 控制內(nèi)部接口電路，通過單片機(jī)發(fā)送脈沖數(shù)和方向來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的定位步數(shù)。

4、信號(hào)采集電路

采用精度阻抗的運(yùn)算放大器作為信號(hào)輸出的調(diào)節(jié)放大電路，由中央處理器控制放大器的放大信號(hào)。信號(hào)經(jīng)一級(jí) I/V 轉(zhuǎn)化二級(jí)信號(hào)放大后輸出到 VF 轉(zhuǎn)換芯片上，再通過 FPGA 計(jì)數(shù)后經(jīng)網(wǎng)口接到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 由線性電源提供給整個(gè)電路。