專利名稱：：輝光用高壓恒流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于金屬材料光譜分析儀器領(lǐng)域，特別是提供了一種輝光用高壓恒流源，用于金屬材料光譜分析儀器的激發(fā)供能源。
背景技術(shù)：
：在金屬分析領(lǐng)域中，輝光放電分析是濃度分析和表面分析最理想的手段。輝光放電的高壓供能源部分是輝光光譜儀的重要組成部分，輝光光譜儀的技術(shù)指標(biāo)在很大程度上受到輝光激發(fā)供能源是否穩(wěn)定的影響?，F(xiàn)今只有國外的三家公司SPECTRUMA、JY、LEC0有商品化輝光光譜儀，國內(nèi)還沒有商品化輝光光譜儀。其中SPECTRUMA和LEC0為直流供能源，其供能源為恒壓源。其采用恒壓源存在以下2點(diǎn)不足在輝光光譜儀激發(fā)過程中由于濺射下來的金屬樣品有可能沉積在陽極，這樣容易造成短路的發(fā)生，用恒壓源就需要有相對(duì)比較復(fù)雜的過流保護(hù)電路，這樣就導(dǎo)致了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度和電路成本。而恒流源本身就是電流負(fù)反饋電路，不需要復(fù)雜的過流保護(hù)電路。有研究表明電流對(duì)光譜信號(hào)強(qiáng)度的影響比電壓對(duì)光譜信號(hào)強(qiáng)度的影響要大。因此，恒流源相對(duì)恒壓源做激發(fā)源能讓光譜信號(hào)更穩(wěn)定。而且輝光用高壓恒流源的研制為國內(nèi)首臺(tái)輝光光譜儀的研制打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種輝光用高壓恒流源。此高壓恒流源能通過上位機(jī)軟件控制開始和根據(jù)軟件設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)停止激發(fā)。本發(fā)明包括激發(fā)控制系統(tǒng)、負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)和恒流控制系統(tǒng)三部分，激發(fā)控制系統(tǒng)通過2套光纖收發(fā)端子和2根光纖與負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)相連，輝光激發(fā)樣品時(shí)激發(fā)控制系統(tǒng)將激發(fā)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)后通過光纖傳給負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)；負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)與恒流控制系統(tǒng)則以4根耐5KV的高壓導(dǎo)線和1根屏蔽線直接相連。負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的直流高壓連接于輝光光源用于激發(fā)樣品。恒流控制系統(tǒng)則采樣流過輝光負(fù)載的電流做反饋信號(hào)來控制主回路電流來達(dá)到恒流。激發(fā)控制系統(tǒng)由采集速率為200KHZ的高速USB板卡、計(jì)數(shù)定時(shí)器、光纖傳輸模塊組成；USB板卡通過20針排線與計(jì)數(shù)定時(shí)器相連，計(jì)數(shù)定時(shí)器的輸出與光纖傳輸模塊相連。USB板卡通過排線給計(jì)數(shù)定時(shí)模塊發(fā)送16位的數(shù)字量，該數(shù)字量被輸入到定時(shí)計(jì)數(shù)器中產(chǎn)生一個(gè)周期為2ms，脈寬10%-90%可調(diào)節(jié)的信號(hào)。光纖傳輸模塊通過光纖與負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)相連，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)后傳送給負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)。負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)包括PWM發(fā)生電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、中頻變壓器、整流濾波電路；PWM發(fā)生電路與IGBT驅(qū)動(dòng)電路相連。PWM發(fā)生電路接收脈沖信號(hào)并將信號(hào)處理成2個(gè)相位正好相反的脈沖分別傳送到2個(gè)IGBT的柵極。中頻變壓器的2股初級(jí)線圈與IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的2個(gè)IGBT漏極分別相連，中頻變壓器的次級(jí)與整流濾波電路用耐5KV的高壓導(dǎo)線相連，將變壓器升壓產(chǎn)生的高壓傳給整流濾波系統(tǒng)產(chǎn)生直流高壓，直流高壓輸出和輝光負(fù)載串聯(lián)，給輝光負(fù)載供能。恒流控制系統(tǒng)由電流采樣電路和反饋控制電路組成；電流采樣電路與反饋控制電路用導(dǎo)線直接相連。在高壓輸出和輝光負(fù)載串聯(lián)組成的回路中串入一個(gè)采樣電阻進(jìn)行電流采樣，將采樣電阻上采到的電壓信號(hào)傳給反饋控制電路來實(shí)現(xiàn)恒流控制。Grimm型輝光放電腔體利用本發(fā)明對(duì)金屬材料進(jìn)行激發(fā)，結(jié)果激發(fā)穩(wěn)定可靠，濺射坑形貌正常。本發(fā)明電流工作范圍050mA連續(xù)可調(diào)，電壓工作范圍0-2500V，電流精度能達(dá)到1%。能通過上位機(jī)軟件控制開始和停止激發(fā)。圖1為本發(fā)明輝光用高壓恒流源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為濺射Cu基體標(biāo)樣的濺射坑形貌圖，其濺射條件為800V，30mA，濺射時(shí)間90秒。圖3為濺射Fe基體標(biāo)樣的濺射坑形貌圖，其濺射條件為800V，30mA，濺射時(shí)間90秒。具體實(shí)施例方式圖1圖3為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式。本發(fā)明包括激發(fā)控制系統(tǒng)、負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)和恒流控制系統(tǒng)三部分，激發(fā)控制系統(tǒng)通過2套光纖收發(fā)端子和2根光纖與負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)相連，輝光激發(fā)樣品時(shí)激發(fā)控制系統(tǒng)將激發(fā)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)后通過光纖傳給負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)；負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)與恒流控制系統(tǒng)則以4根耐5KV的高壓導(dǎo)線和1根屏蔽線直接相連。負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的直流高壓連接于輝光光源用于激發(fā)樣品。恒流控制系統(tǒng)則采樣主回路電流做反饋信號(hào)來控制主回路電流來達(dá)到恒流。激發(fā)控制系統(tǒng)由采集速率為200KHZ的高速USB板卡和激發(fā)控制電路組成。其中激發(fā)控制電路包括光纖傳輸和信號(hào)發(fā)生電路。USB板卡通過20針排線與激發(fā)控制電路，發(fā)送16位的數(shù)字量給定時(shí)計(jì)數(shù)模塊產(chǎn)生一個(gè)周期為2ms，脈寬10%-90%可調(diào)節(jié)的信號(hào)。激發(fā)控制電路與負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)中的IGBT驅(qū)動(dòng)電路相連，將PWM信號(hào)傳給IGBT的柵極來控制IGBT。負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)包括PWM發(fā)生電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、中頻變壓器、整流濾波電路。PWM發(fā)生電路與IGBT驅(qū)動(dòng)電路相連，PWM發(fā)生電路將信號(hào)處理成2個(gè)正好相位反相的脈沖送到IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的2個(gè)IGBT的柵極。中頻變壓器的2股初級(jí)分別與IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的2個(gè)IGBT漏極相連，中頻變壓器的次級(jí)與整流濾波電路用耐5KV的高壓導(dǎo)線相連，將變壓器升壓產(chǎn)生的高壓傳給整流濾波系統(tǒng)產(chǎn)生直流高壓，整流濾波電路與輝光負(fù)載直接相連，將整流濾波產(chǎn)生的直流高壓供給輝光負(fù)載。恒流控制系統(tǒng)由電流采樣電路和反饋控制電路組成。在高壓輸出和輝光負(fù)載串聯(lián)組成的回路中串入一個(gè)采樣電阻進(jìn)行電流采樣，電流采樣與反饋控制電路用導(dǎo)線直接相連，將采樣電阻上的電壓信號(hào)傳給反饋控制電路來實(shí)現(xiàn)恒流控制。應(yīng)用實(shí)例Grimm型輝光放電光源用本發(fā)明激發(fā)金屬樣品實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)Grimm型輝光放電腔體用本發(fā)明給Cu和Fe基體的標(biāo)準(zhǔn)樣品和不銹鋼鍍層樣品加電激發(fā)。樣品準(zhǔn)備Cu和Fe基體的標(biāo)準(zhǔn)樣品用150目的砂紙打磨后用無水乙醇擦洗干凈，不銹鋼鍍層樣品表面用無水乙醇擦洗干凈而不能用砂紙打磨，否則鍍層會(huì)被損壞。試驗(yàn)設(shè)備用本發(fā)明為供能源、Grimm型輝光放電腔體。圖2為濺射Cu基體標(biāo)樣的濺射坑形貌圖，其濺射條件為800V，30mA，濺射時(shí)間90秒。圖3為濺射Fe基體標(biāo)樣的濺射坑形貌圖，其濺射條件為800V，30mA，濺射時(shí)間90秒。以上為Grimm型輝光放電腔體用本發(fā)明激發(fā)金屬樣品實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。濺射坑型良好，能用于分析鍍層樣品。輝光啟燃過程中在不同氣壓下隨機(jī)測(cè)的電流和電壓值<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求一種輝光用高壓恒流源，包括激發(fā)控制系統(tǒng)、負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)和恒流控制系統(tǒng)三部分，其特征在于，激發(fā)控制系統(tǒng)通過2套光纖收發(fā)端子和2根光纖與負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)相連，輝光激發(fā)樣品時(shí)激發(fā)控制系統(tǒng)將激發(fā)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)后通過光纖傳給負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)；負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)與恒流控制系統(tǒng)則以4根耐5KV的高壓導(dǎo)線和1根屏蔽線直接相連。負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的直流高壓連接于輝光光源用于激發(fā)樣品；恒流控制系統(tǒng)則采樣主回路電流做反饋信號(hào)來控制主回路電流來達(dá)到恒流。2.按照權(quán)利要求1所述的恒流源，其特征在于，激發(fā)控制系統(tǒng)由USB板卡、計(jì)數(shù)定時(shí)器、光纖傳輸模塊組成；USB板卡通過20針排線與計(jì)數(shù)定時(shí)器相連，計(jì)數(shù)定時(shí)器的輸出與光纖傳輸模塊相連；USB板卡通過排線給計(jì)數(shù)定時(shí)模塊發(fā)送16位的數(shù)字量，該數(shù)字量被輸入到定時(shí)計(jì)數(shù)器中產(chǎn)生一個(gè)周期為2ms，脈寬10%-90%可調(diào)節(jié)的信號(hào)；光纖傳輸模塊通過光纖與負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)相連，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)后傳送給負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)。3.按照權(quán)利要求1所述的恒流源，其特征在于，負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)包括PWM發(fā)生電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、中頻變壓器、整流濾波電路；PWM發(fā)生電路與IGBT驅(qū)動(dòng)電路相連；PWM發(fā)生電路接收脈沖信號(hào)并將信號(hào)處理成2個(gè)相位正好相反的脈沖分別傳送到2個(gè)IGBT的柵極；中頻變壓器的2股初級(jí)線圈與IGBT驅(qū)動(dòng)電路中的2個(gè)IGBT漏極分別相連，中頻變壓器的次級(jí)與整流濾波電路用耐5KV的高壓導(dǎo)線相連，將變壓器升壓產(chǎn)生的高壓傳給整流濾波系統(tǒng)產(chǎn)生直流高壓。4.按照權(quán)利要求1所述的恒流源，其特征在于，恒流控制系統(tǒng)由電流采樣電路和反饋控制電路組成；電流采樣電路與反饋控制電路用導(dǎo)線直接相連；在高壓輸出和輝光負(fù)載串聯(lián)組成的回路中串入一個(gè)采樣電阻進(jìn)行電流采樣，將采集電阻上的電壓信號(hào)傳給反饋控制電路來實(shí)現(xiàn)恒流控制。全文摘要一種輝光用高壓恒流源，屬于金屬材料光譜分析儀器領(lǐng)域。包括激發(fā)控制系統(tǒng)、負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)和恒流控制系統(tǒng)三部分。激發(fā)控制系統(tǒng)通過2套光纖收發(fā)端子和2根光纖與負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)相連，輝光激發(fā)樣品時(shí)激發(fā)控制系統(tǒng)將激發(fā)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)后通過光纖傳給負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)；負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)與恒流控制系統(tǒng)則以4根耐5kV的高壓導(dǎo)線和1根屏蔽線直接相連。負(fù)高壓發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的直流高壓和輝光光源串聯(lián)用于激發(fā)樣品。恒流控制系統(tǒng)采樣流過輝光負(fù)載的電流送入反饋控制電路來控制電流以達(dá)到恒流。Grimm型輝光放電腔體利用本發(fā)明對(duì)金屬材料進(jìn)行激發(fā)，結(jié)果激發(fā)穩(wěn)定可靠，濺射坑形貌正常；電流工作范圍0～50mA連續(xù)可調(diào)，電壓工作范圍0～-2500V，電流精度能達(dá)到1％。文檔編號(hào)G05F1/46GK101799696SQ201010126250公開日2010年8月11日申請(qǐng)日期2010年3月15日優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日發(fā)明者余興,常麗莉,張勝坤,李宏偉,李小佳,楊新生,羅劍秋申請(qǐng)人:北京納克分析儀器有限公司