輝光放電光譜儀激發(fā)源用直流高壓恒流源
發(fā)布時間：2020-12-26 12:33
直流輝光放電是氣體放電現(xiàn)象中的一種重要形式,在研究等離子體特性中起到非常重要的作用,被廣泛運用于等離子體照明、材料表面改性、薄膜沉積等各個領(lǐng)域。直流輝光放電不僅能夠單獨工作,還能夠根據(jù)需要和射頻等其他放電方式組合進行工作,由于其應(yīng)用廣泛,國內(nèi)外對直流輝光放電光譜儀進行了大量的研究。Grimm型輝光放電激發(fā)源是輝光放電光譜儀中應(yīng)用最廣泛的激發(fā)源,這種激發(fā)源在上世紀(jì)60年代由Grimm提出并設(shè)計。驅(qū)動Grimm型輝光放電光源需要0100 mA連續(xù)可調(diào)的直流高壓恒流源,雖然輝光等離子體起燃后工作電壓約在0.51 kV,但起燃時需要更高的電壓,通常恒流源開路電壓達到1.5 kV方可保證可靠起燃。本文在以往研制的開路電壓為1.1 kV的直流高壓恒流源基礎(chǔ)上進行了改進。改進電路的高壓調(diào)整管采用兩支漏源擊穿電壓4.5 kV的高壓場效應(yīng)晶體管,使恒流源輸出開路電壓由1.1 kV提升到了1.5 kV。采用型號為STC8A8K64S4A12的單片機設(shè)計了數(shù)字控制系統(tǒng)電路,在恒流負反饋調(diào)整電路中加入了PID控制算法,并使用simulink對其進行仿真,仿真結(jié)果表明...
【文章來源】：河北大學(xué)河北省
【文章頁數(shù)】：59 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
我國首臺商品化“GDL750型輝光放電光譜儀”照片
第二章輝光放電激發(fā)原理52.2輝光放電光譜儀輝光放電光譜儀的工作原理為：輝光放電激發(fā)源在電源的驅(qū)動下對待測樣品進行激發(fā)，樣品表面的原子被激發(fā)產(chǎn)生特征光譜，分光系統(tǒng)將特征光譜按照波長分開，并將其送往光電檢測系統(tǒng)，光電轉(zhuǎn)換器將光譜信號轉(zhuǎn)換為電信號，再將電信號進行放大，最后數(shù)據(jù)被送往計算機[24,28]。光譜儀各個組成部分的協(xié)調(diào)配合以及數(shù)據(jù)采集均由計算機控制。通過檢測特征波長的譜線是否出現(xiàn)，可定性分析樣品中是否含有該種元素；依據(jù)檢測譜線的強度，可定量分析樣品中該元素含量的多少[29]。輝光放電光譜儀結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1輝光放電光譜儀結(jié)構(gòu)框圖輝光放電光譜儀主要具有以下幾點特征。（1）既可以分析導(dǎo)體樣品（DC/RF輝光光譜儀）又可以分析非導(dǎo)體樣品（RF輝光光譜儀）。（2）檢測樣品速度快，檢測濃度范圍廣，可對樣品表面元素進行逐層檢測。（3）可直接檢測固體樣品[30]。（4）樣品檢出限較低，如表2-1所示。（5）放電穩(wěn)定�？刂品烹姉l件可以使分析樣品放電保持良好的穩(wěn)定性。（6）基體效應(yīng)校（7）氬氣氣體消耗低。（8）樣品自清潔。輝光放電對樣品表面原子進行逐層剝離，進而減少污染。（9）特征光譜譜線簡單。在輝光放電過程中，主要產(chǎn)生原子粒子，其他粒子要少很多，因此，光譜主要是線光譜，連續(xù)背景也極低[31]。
第二章輝光放電激發(fā)原理7于或小于陰極暗區(qū)的長度（d保持在0.2mm左右），這種結(jié)構(gòu)設(shè)計大幅度提升了陰極濺射的作用。陽極筒大多是可更換的，可以根據(jù)需要進行更換[8,38-40]。圖2-2Grimm型輝光放電激發(fā)源結(jié)構(gòu)圖直流供能時，輝光放電光源需要500V~1500V的直流高壓以及連續(xù)可調(diào)的電流。放電室作為恒流源的負載，因其充入放電氣體氣壓的不斷變化，負載值也會隨之發(fā)生變化。此外，恒流源的輸入電壓也會發(fā)生不確定性變化。直流輝光放電特性由三個參數(shù)決定：氬氣氣壓、放電電流、放電電壓，三者之間的關(guān)系反映了輝光放電光源的放電性能。兩個參數(shù)是變量，另一個參數(shù)是因變量，只要其中兩個參數(shù)固定，第三個參數(shù)就確定了。在放電電流參數(shù)固定不變的條件下，放電電壓隨氬氣氣體壓力的增加而減��；在放電電壓固定不變的條件下，放電電流隨著工作氬氣壓力的增加而增大。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在輝光放電過程中，放電電流和放電電壓對其影響較大。本文設(shè)計的供能源根據(jù)輝光放電的特性，改進了以往的輝光直流恒流供能源，提升了恒流源的開路電壓，且恒流源的輸出電流更加穩(wěn)定[37,41]。2.4本章小結(jié)本章介紹了輝光放電過程及其基本原理，同時對輝光放電光譜儀進行較為詳細的介紹，其中包括輝光放電光譜儀的基本原理，結(jié)構(gòu)框圖以及其優(yōu)勢特征。本章還對直流輝光放電光譜激發(fā)源進行了簡單介紹，同時對Grimm型輝光放電激發(fā)源結(jié)構(gòu)和直流供電系統(tǒng)進行了較為詳細的闡述。本章還分析了影響直流輝光放電過程的三個參數(shù)，并對其進行簡要分析。
本文編號：2939706
【文章來源】：河北大學(xué)河北省
【文章頁數(shù)】：59 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
我國首臺商品化“GDL750型輝光放電光譜儀”照片
第二章輝光放電激發(fā)原理52.2輝光放電光譜儀輝光放電光譜儀的工作原理為：輝光放電激發(fā)源在電源的驅(qū)動下對待測樣品進行激發(fā)，樣品表面的原子被激發(fā)產(chǎn)生特征光譜，分光系統(tǒng)將特征光譜按照波長分開，并將其送往光電檢測系統(tǒng)，光電轉(zhuǎn)換器將光譜信號轉(zhuǎn)換為電信號，再將電信號進行放大，最后數(shù)據(jù)被送往計算機[24,28]。光譜儀各個組成部分的協(xié)調(diào)配合以及數(shù)據(jù)采集均由計算機控制。通過檢測特征波長的譜線是否出現(xiàn)，可定性分析樣品中是否含有該種元素；依據(jù)檢測譜線的強度，可定量分析樣品中該元素含量的多少[29]。輝光放電光譜儀結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1輝光放電光譜儀結(jié)構(gòu)框圖輝光放電光譜儀主要具有以下幾點特征。（1）既可以分析導(dǎo)體樣品（DC/RF輝光光譜儀）又可以分析非導(dǎo)體樣品（RF輝光光譜儀）。（2）檢測樣品速度快，檢測濃度范圍廣，可對樣品表面元素進行逐層檢測。（3）可直接檢測固體樣品[30]。（4）樣品檢出限較低，如表2-1所示。（5）放電穩(wěn)定�？刂品烹姉l件可以使分析樣品放電保持良好的穩(wěn)定性。（6）基體效應(yīng)校（7）氬氣氣體消耗低。（8）樣品自清潔。輝光放電對樣品表面原子進行逐層剝離，進而減少污染。（9）特征光譜譜線簡單。在輝光放電過程中，主要產(chǎn)生原子粒子，其他粒子要少很多，因此，光譜主要是線光譜，連續(xù)背景也極低[31]。
第二章輝光放電激發(fā)原理7于或小于陰極暗區(qū)的長度（d保持在0.2mm左右），這種結(jié)構(gòu)設(shè)計大幅度提升了陰極濺射的作用。陽極筒大多是可更換的，可以根據(jù)需要進行更換[8,38-40]。圖2-2Grimm型輝光放電激發(fā)源結(jié)構(gòu)圖直流供能時，輝光放電光源需要500V~1500V的直流高壓以及連續(xù)可調(diào)的電流。放電室作為恒流源的負載，因其充入放電氣體氣壓的不斷變化，負載值也會隨之發(fā)生變化。此外，恒流源的輸入電壓也會發(fā)生不確定性變化。直流輝光放電特性由三個參數(shù)決定：氬氣氣壓、放電電流、放電電壓，三者之間的關(guān)系反映了輝光放電光源的放電性能。兩個參數(shù)是變量，另一個參數(shù)是因變量，只要其中兩個參數(shù)固定，第三個參數(shù)就確定了。在放電電流參數(shù)固定不變的條件下，放電電壓隨氬氣氣體壓力的增加而減��；在放電電壓固定不變的條件下，放電電流隨著工作氬氣壓力的增加而增大。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在輝光放電過程中，放電電流和放電電壓對其影響較大。本文設(shè)計的供能源根據(jù)輝光放電的特性，改進了以往的輝光直流恒流供能源，提升了恒流源的開路電壓，且恒流源的輸出電流更加穩(wěn)定[37,41]。2.4本章小結(jié)本章介紹了輝光放電過程及其基本原理，同時對輝光放電光譜儀進行較為詳細的介紹，其中包括輝光放電光譜儀的基本原理，結(jié)構(gòu)框圖以及其優(yōu)勢特征。本章還對直流輝光放電光譜激發(fā)源進行了簡單介紹，同時對Grimm型輝光放電激發(fā)源結(jié)構(gòu)和直流供電系統(tǒng)進行了較為詳細的闡述。本章還分析了影響直流輝光放電過程的三個參數(shù)，并對其進行簡要分析。
本文編號：2939706
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