【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(shì),激發(fā)能力強(qiáng),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(xiàng)重大改進(jìn)都立足于實(shí)踐需求與試錯(cuò)法實(shí)現(xiàn),關(guān)于理論探索不多,導(dǎo)致在千瓦級(jí)MPT光譜儀技術(shù)的研發(fā)過程已有的先驗(yàn)知識(shí)尚不足以解決由于功率水平從百瓦級(jí)上升到千瓦級(jí)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(duì)MPT技術(shù)進(jìn)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(shí)際場(chǎng)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(jī)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(shí)驗(yàn)結(jié)果較為吻合,可為炬管結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改進(jìn)提供理論依據(jù)。2)使用高速成像的方法對(duì)MPT光源瞬時(shí)的時(shí)空運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了觀測(cè),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(dú)特性能的根源�？疾炝瞬煌ぷ鳁l件對(duì)等離子體高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響,對(duì)干氣溶膠與等離子體之間的相互作用也進(jìn)行了初步探索,這一工作使對(duì)MPT的認(rèn)識(shí)從宏觀尺度進(jìn)入到微觀尺度。3)提出絲狀等離子體繞軸高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是MPT獨(dú)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(cè)中優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件提供了較好的參考價(jià)值。4)通過電磁仿真對(duì)MPT冷腔內(nèi)的電磁場(chǎng)分布特性進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)內(nèi)管與同軸墊片在電磁場(chǎng)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(jìn)的炬管在小功率至千瓦級(jí)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(jí)MPT光譜儀研發(fā)進(jìn)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(jí)MPT光譜儀,并完成基本功能,首次實(shí)現(xiàn)了ArMPT的直接霧化進(jìn)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(xiàng)(批準(zhǔn)號(hào)：2013YQ470781)的中期評(píng)估。
【圖文】：

第一章緒論逡逑和氣體流量（＞２Ｌ／ｍｉｎ）時(shí)，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(chǎng)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(duì)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(chǎng)與碰場(chǎng)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(dú)特的放電結(jié)構(gòu)。李國珍［７０１和趙麗巍等均對(duì)ＭＰＴ腔逡逑體內(nèi)的電磁場(chǎng)分布做過初步的研究，并給出了邋ＭＰＴ腔體內(nèi)電滋場(chǎng)分布的直觀解逡逑釋。逡逑考慮一段長(zhǎng)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(jì)時(shí)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(shí)擔(dān)場(chǎng)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(hào)：2529846