ICP中RF電源的功率控制研究.pdf

1、ICP(電感耦合等離子炬)儀器可以同時(shí)、快速地分析元素周期表上的絕大部分元素,是國(guó)際上公認(rèn)的最有效分析測(cè)量方法之一。電感耦合等離子炬是目前使用最廣的ICP光源,而RF電源作為提供等離子炬能量的裝置,是ICP儀器的核心部件,它的性能直接影響著ICP儀器的分析性能。RF電源主要有他激式與自激式,自激式由于自身特點(diǎn),功率和頻率穩(wěn)定度較差,但是它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低,易于滿足ICP儀器性能要求。因此本文基于27.12MHz的自激式RF電源,采取一定

2、的控制流程和策略,以提高其功率和頻率穩(wěn)定度。
　　 本論文主要研究自激式RF電源的功率控制,主要分為七個(gè)部分:
　　 第一部分主要介紹ICP儀器的發(fā)展歷史、RF電源的主流技術(shù)路線及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,指出了存在的部分問題,確立了本文研究土題。
　　 第二部分簡(jiǎn)介了ICP儀器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),重點(diǎn)介紹等離子炬光源以及自激式RF電源。首先從系統(tǒng)的角度介紹了ICP儀器的組成及工作原理,然后對(duì)等離子炬光源的產(chǎn)生條件及生成機(jī)理作了說

3、明,并且對(duì)其在點(diǎn)火過程中表現(xiàn)的負(fù)載特性作了分析,最后從ICP儀器的分析性能方面說明了它對(duì)RF電源的設(shè)計(jì)要求,明確RF電源的設(shè)計(jì)指標(biāo)。
　　 第三部分詳細(xì)介紹了自激式RF電源的實(shí)現(xiàn)原理。按照信號(hào)流向首先介紹了作為跟蹤等離予炬特性的振蕩源——鎖相環(huán)的原理,分別對(duì)其中的鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和驅(qū)動(dòng)電路等做了詳細(xì)介紹。然后介紹了高頻功率放大器的原理,確定了主要元件參數(shù),并介紹了適用于自激式RF電源的電路結(jié)構(gòu)。最后對(duì)阻抗匹配原理作

4、了介紹,并重點(diǎn)介紹了集中參數(shù)元件匹配網(wǎng)絡(luò)。
　　 第四部分詳細(xì)介紹了本文所做的設(shè)計(jì)工作,包含軟硬件設(shè)計(jì)。這部分仍然是按信號(hào)流向作說明,根據(jù)自激式RF電源的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),針對(duì)這幾部分選擇合適的電路結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)等設(shè)計(jì)完成鎖相環(huán)路、高效率E類推挽功率放大電路以及阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。除此之外,還包括電路中的主要信號(hào)采樣與檢測(cè)、熱設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)以及軟件部分的設(shè)計(jì)說明。
　　 第五部分對(duì)本文采取的功率控制流程與策略作詳細(xì)說明,介紹了如何

5、通過改善控制流程和控制策略以提高RF電源性能。
　　 第六部分對(duì)所設(shè)計(jì)的RF電源進(jìn)行了測(cè)試,表明本設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)指標(biāo),說明此方法的可行性與實(shí)用性,并且分析了等離子炬的負(fù)載變化過程,對(duì)RF電源的設(shè)計(jì)提供了有益的參考。
　　 第七部分作了全文總結(jié)與展望。
　　 所設(shè)計(jì)RF電源成功點(diǎn)燃等離子炬,期間通過對(duì)RF電源的測(cè)試,并在ICP-AES整機(jī)上進(jìn)行了系統(tǒng)驗(yàn)證,測(cè)試證明所設(shè)計(jì)的自激式RF電源與同類電源相比性能有所提