【摘要】：微波等離子體炬(MPT)光源自發(fā)明至今已經(jīng)30年,其兼顧了ICP與MWP兩種光源的優(yōu)勢,激發(fā)能力強,可容易地在低流量小功率條件下獲得穩(wěn)定的常壓氬、氦、氮或者甚至空氣等離子體,因此得到了國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注,并在發(fā)展過程中逐步得到完善。然而,該炬管本身的主要幾項重大改進都立足于實踐需求與試錯法實現(xiàn),關(guān)于理論探索不多,導(dǎo)致在千瓦級MPT光譜儀技術(shù)的研發(fā)過程已有的先驗知識尚不足以解決由于功率水平從百瓦級上升到千瓦級所引出的新問題�；诖�,本論文著重從理論角度出發(fā),通過建模、仿真、高速成像等多種手段對MPT技術(shù)進行分析并加以研究,最終成功的將相關(guān)研究成果應(yīng)用到了實際場合,解決了相關(guān)問題。主要取得了如下創(chuàng)新性成果：1)首次使用傳輸線理論建立起MPT結(jié)構(gòu)的等效電路模型,分析了MPT各調(diào)節(jié)機構(gòu)在阻抗匹配和調(diào)諧方面所起到的作用,該理論模型與實驗結(jié)果較為吻合,可為炬管結(jié)構(gòu)的進一步改進提供理論依據(jù)。2)使用高速成像的方法對MPT光源瞬時的時空運動特性進行了觀測,通過分析,合理地解釋了MPT相比其他微波等離子體光源所具有的獨特性能的根源�？疾炝瞬煌ぷ鳁l件對等離子體高速旋轉(zhuǎn)運動的影響,對干氣溶膠與等離子體之間的相互作用也進行了初步探索,這一工作使對MPT的認(rèn)識從宏觀尺度進入到微觀尺度。3)提出絲狀等離子體繞軸高速旋轉(zhuǎn)運動是MPT獨特噪音譜特性的根源,并建立起MPT旋轉(zhuǎn)噪音譜的數(shù)學(xué)模型,該模型可以解釋各條件下MPT噪音譜的變化情況,為光譜檢測中優(yōu)化實驗條件提供了較好的參考價值。4)通過電磁仿真對MPT冷腔內(nèi)的電磁場分布特性進行了研究,發(fā)現(xiàn)內(nèi)管與同軸墊片在電磁場分布中所起到的重要作用,并提出了一種新型的具有雙諧振結(jié)構(gòu)的MPT炬管,改進的炬管在小功率至千瓦級功率下均可獲得穩(wěn)定性極佳的等離子體,加快了高性能千瓦級MPT光譜儀研發(fā)進度。5)研發(fā)了一種新的高穩(wěn)定度高功率的微波功率源,穩(wěn)定度優(yōu)于±0.5%,在此基礎(chǔ)上通過合理的元器件選型搭建了千瓦級MPT光譜儀,并完成基本功能,首次實現(xiàn)了ArMPT的直接霧化進樣,省掉了小功率光譜儀所必須的去溶裝置,滿足了研發(fā)目標(biāo)并順利通過了國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(批準(zhǔn)號：2013YQ470781)的中期評估。
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第一章緒論逡逑和氣體流量（＞２Ｌ／ｍｉｎ）時，尊離子體的中＞公則呈亮白包而外層呈微紅色。除了逡逑Ａｒ和Ｈｅ，邋ＭＰＴ還可Ｗ形成空氣等離子體，，蘭種不同的等離子體如圖１．２所示。逡逑Ａｔ邋ＭＰＴ邐Ｈｅ邋ＭＰＴ邐Ａｉｒ邋ＭＰＴ逡逑圖１．２用ＭＰＴ在低功率（＜２００瓦）下獲得的常壓l#、氯、空氣等離子體照片逡逑１．３．２邋ＭＰＴ電崹場特性逡逑由圖１．１可見，ＭＰＴ炬管在結(jié)構(gòu)上可視為一端開放的同軸微波諧振腔體［６８］。逡逑當(dāng)微波經(jīng)傳輸線饋入到ＭＰＴ腔體內(nèi)后，在腔體軸對稱性結(jié)構(gòu)和邊界條件的限制逡逑下形成了明確固定的電場與碰場分布模式，可Ｗ說正是由于這種腔體結(jié)構(gòu)和能量逡逑的分布模式維持了邋ＭＰＴ獨特的放電結(jié)構(gòu)。李國珍［７０１和趙麗巍等均對ＭＰＴ腔逡逑體內(nèi)的電磁場分布做過初步的研究，并給出了邋ＭＰＴ腔體內(nèi)電滋場分布的直觀解逡逑釋。逡逑考慮一段長度為（１／４）人的奇數(shù)倍的同軸線，將入口端開路，出口端短路，即逡逑可構(gòu)成ＭＰＴ這種半開放的同軸諧振腔結(jié)構(gòu)。通常認(rèn)為ＭＰＴ中管和內(nèi)管是電導(dǎo)逡逑通的，可相當(dāng)于同軸線的內(nèi)導(dǎo)體，而外管則相當(dāng)于同軸線的外導(dǎo)體，反射調(diào)諧端逡逑將中管與內(nèi)管在終端短路。ＭＰＴ在設(shè)計時可確保其只傳輸同軸線結(jié)構(gòu)中的最低逡逑的橫電崹波（ＴＥＭ）模式，此時擔(dān)場和x锍≡詿浞較蟶希矗停校躍婀苤嵯叻藉義舷潁┟揮蟹至�。哉O硐氳奈弈芰克鷙淖刺

本文編號：2529846