辉光放电光谱仪激发源用直流高压恒流源
发布时间：2020-12-26 12:33
直流辉光放电是气体放电现象中的一种重要形式,在研究等离子体特性中起到非常重要的作用,被广泛运用于等离子体照明、材料表面改性、薄膜沉积等各个领域。直流辉光放电不仅能够单独工作,还能够根据需要和射频等其他放电方式组合进行工作,由于其应用广泛,国内外对直流辉光放电光谱仪进行了大量的研究。Grimm型辉光放电激发源是辉光放电光谱仪中应用最广泛的激发源,这种激发源在上世纪60年代由Grimm提出并设计。驱动Grimm型辉光放电光源需要0100 mA连续可调的直流高压恒流源,虽然辉光等离子体起燃后工作电压约在0.51 kV,但起燃时需要更高的电压,通常恒流源开路电压达到1.5 kV方可保证可靠起燃。本文在以往研制的开路电压为1.1 kV的直流高压恒流源基础上进行了改进。改进电路的高压调整管采用两支漏源击穿电压4.5 kV的高压场效应晶体管,使恒流源输出开路电压由1.1 kV提升到了1.5 kV。采用型号为STC8A8K64S4A12的单片机设计了数字控制系统电路,在恒流负反馈调整电路中加入了PID控制算法,并使用simulink对其进行仿真,仿真结果表明...
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国首台商品化“GDL750型辉光放电光谱仪”照片
第二章辉光放电激发原理52.2辉光放电光谱仪辉光放电光谱仪的工作原理为：辉光放电激发源在电源的驱动下对待测样品进行激发，样品表面的原子被激发产生特征光谱，分光系统将特征光谱按照波长分开，并将其送往光电检测系统，光电转换器将光谱信号转换为电信号，再将电信号进行放大，最后数据被送往计算机[24,28]。光谱仪各个组成部分的协调配合以及数据采集均由计算机控制。通过检测特征波长的谱线是否出现，可定性分析样品中是否含有该种元素；依据检测谱线的强度，可定量分析样品中该元素含量的多少[29]。辉光放电光谱仪结构框图如图2-1所示。图2-1辉光放电光谱仪结构框图辉光放电光谱仪主要具有以下几点特征。（1）既可以分析导体样品（DC/RF辉光光谱仪）又可以分析非导体样品（RF辉光光谱仪）。（2）检测样品速度快，检测浓度范围广，可对样品表面元素进行逐层检测。（3）可直接检测固体样品[30]。（4）样品检出限较低，如表2-1所示。（5）放电稳定。控制放电条件可以使分析样品放电保持良好的稳定性。（6）基体效应校（7）氩气气体消耗低。（8）样品自清洁。辉光放电对样品表面原子进行逐层剥离，进而减少污染。（9）特征光谱谱线简单。在辉光放电过程中，主要产生原子粒子，其他粒子要少很多，因此，光谱主要是线光谱，连续背景也极低[31]。
第二章辉光放电激发原理7于或小于阴极暗区的长度（d保持在0.2mm左右），这种结构设计大幅度提升了阴极溅射的作用。阳极筒大多是可更换的，可以根据需要进行更换[8,38-40]。图2-2Grimm型辉光放电激发源结构图直流供能时，辉光放电光源需要500V~1500V的直流高压以及连续可调的电流。放电室作为恒流源的负载，因其充入放电气体气压的不断变化，负载值也会随之发生变化。此外，恒流源的输入电压也会发生不确定性变化。直流辉光放电特性由三个参数决定：氩气气压、放电电流、放电电压，三者之间的关系反映了辉光放电光源的放电性能。两个参数是变量，另一个参数是因变量，只要其中两个参数固定，第三个参数就确定了。在放电电流参数固定不变的条件下，放电电压随氩气气体压力的增加而减小；在放电电压固定不变的条件下，放电电流随着工作氩气压力的增加而增大。经研究发现，在辉光放电过程中，放电电流和放电电压对其影响较大。本文设计的供能源根据辉光放电的特性，改进了以往的辉光直流恒流供能源，提升了恒流源的开路电压，且恒流源的输出电流更加稳定[37,41]。2.4本章小结本章介绍了辉光放电过程及其基本原理，同时对辉光放电光谱仪进行较为详细的介绍，其中包括辉光放电光谱仪的基本原理，结构框图以及其优势特征。本章还对直流辉光放电光谱激发源进行了简单介绍，同时对Grimm型辉光放电激发源结构和直流供电系统进行了较为详细的阐述。本章还分析了影响直流辉光放电过程的三个参数，并对其进行简要分析。
本文编号：2939706
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国首台商品化“GDL750型辉光放电光谱仪”照片
第二章辉光放电激发原理52.2辉光放电光谱仪辉光放电光谱仪的工作原理为：辉光放电激发源在电源的驱动下对待测样品进行激发，样品表面的原子被激发产生特征光谱，分光系统将特征光谱按照波长分开，并将其送往光电检测系统，光电转换器将光谱信号转换为电信号，再将电信号进行放大，最后数据被送往计算机[24,28]。光谱仪各个组成部分的协调配合以及数据采集均由计算机控制。通过检测特征波长的谱线是否出现，可定性分析样品中是否含有该种元素；依据检测谱线的强度，可定量分析样品中该元素含量的多少[29]。辉光放电光谱仪结构框图如图2-1所示。图2-1辉光放电光谱仪结构框图辉光放电光谱仪主要具有以下几点特征。（1）既可以分析导体样品（DC/RF辉光光谱仪）又可以分析非导体样品（RF辉光光谱仪）。（2）检测样品速度快，检测浓度范围广，可对样品表面元素进行逐层检测。（3）可直接检测固体样品[30]。（4）样品检出限较低，如表2-1所示。（5）放电稳定。控制放电条件可以使分析样品放电保持良好的稳定性。（6）基体效应校（7）氩气气体消耗低。（8）样品自清洁。辉光放电对样品表面原子进行逐层剥离，进而减少污染。（9）特征光谱谱线简单。在辉光放电过程中，主要产生原子粒子，其他粒子要少很多，因此，光谱主要是线光谱，连续背景也极低[31]。
第二章辉光放电激发原理7于或小于阴极暗区的长度（d保持在0.2mm左右），这种结构设计大幅度提升了阴极溅射的作用。阳极筒大多是可更换的，可以根据需要进行更换[8,38-40]。图2-2Grimm型辉光放电激发源结构图直流供能时，辉光放电光源需要500V~1500V的直流高压以及连续可调的电流。放电室作为恒流源的负载，因其充入放电气体气压的不断变化，负载值也会随之发生变化。此外，恒流源的输入电压也会发生不确定性变化。直流辉光放电特性由三个参数决定：氩气气压、放电电流、放电电压，三者之间的关系反映了辉光放电光源的放电性能。两个参数是变量，另一个参数是因变量，只要其中两个参数固定，第三个参数就确定了。在放电电流参数固定不变的条件下，放电电压随氩气气体压力的增加而减小；在放电电压固定不变的条件下，放电电流随着工作氩气压力的增加而增大。经研究发现，在辉光放电过程中，放电电流和放电电压对其影响较大。本文设计的供能源根据辉光放电的特性，改进了以往的辉光直流恒流供能源，提升了恒流源的开路电压，且恒流源的输出电流更加稳定[37,41]。2.4本章小结本章介绍了辉光放电过程及其基本原理，同时对辉光放电光谱仪进行较为详细的介绍，其中包括辉光放电光谱仪的基本原理，结构框图以及其优势特征。本章还对直流辉光放电光谱激发源进行了简单介绍，同时对Grimm型辉光放电激发源结构和直流供电系统进行了较为详细的阐述。本章还分析了影响直流辉光放电过程的三个参数，并对其进行简要分析。
本文编号：2939706
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