專利名稱：射頻功率相位檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種射頻功率相位檢測裝置，具體地說是一種檢測射頻裝置的入 射功率、反射功率和相位差的裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代分析測試儀器中，ICP-MS、ICP-AES (OES)都是一些精密的分析測試儀器， 它可快速同時檢測周期表上幾乎所有元素，成為公認(rèn)的最有力的元素分析手段。在這一類 儀器中，射頻電源的頻率一般為27. 12MHz或40. 68MHz，功率范圍為0 3000W，由于在產(chǎn)生 并維持電感耦合等離子的過程中，負(fù)載阻抗會產(chǎn)生變化，射頻功率也會隨之而變，為了進(jìn)一 步提高這類儀器的功率穩(wěn)定度和效率，使射頻電源系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，更快速、更高精度 地檢測這類儀器的射頻功率和相位是非常必要的。隨著我國資源、環(huán)境、醫(yī)藥、食品等行業(yè) 快速發(fā)展，電感耦合等離子體光譜儀需求量很大，但由于國產(chǎn)儀器的性能不高，目前市場上 仍以進(jìn)口儀器為主。如果能發(fā)明一種射頻功率相位檢測裝置，能夠快速、精確的檢測射頻 裝置的射頻功率和相位差，對進(jìn)一步提高國產(chǎn)電感耦合等離子體光源的功率穩(wěn)定度非常重 要，必將有力地提高國產(chǎn)儀器的性能，增加市場占有率。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為解決上述問題，而提供的一種射頻功率相位檢測裝置，能 快速、精確和有效地檢測出功率在O 3000W，頻率在3 50MHz的射頻裝置的入射功率、反 射功率和角度相位差。本實用新型為了達(dá)到上述目的，采取的措施是提供一種射頻功率相位檢測裝置， 包括有調(diào)理檢測單元和數(shù)值分析單元，調(diào)理檢測單元含有采樣變壓器、功率合成器和射頻 相位增益檢測器，數(shù)值分析單元含有A/D轉(zhuǎn)換器和微處理器，所述采樣變壓器中的電壓采 樣模塊與電流采樣模塊分別與功率合成器和射頻相位增益檢測器連接，功率合成器和射頻 相位增益檢測器分別與數(shù)值分析單元的A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接。本實用新型所述的調(diào)理檢測單元的功率合成器采用ADP-2-1W，射頻相位增益檢測 器采用AD8302，數(shù)值分析單元的微處理器選用PIC16F877A。檢測調(diào)理單元通過對射頻信號 的調(diào)理，利用功率合成器ADP-2-1W得到射頻信號電壓電流的功率合成信號，采用射頻相位 增益檢測器AD8302得到電壓、電流的電壓相位差和幅度比的信號；數(shù)值分析單元，用于模 數(shù)轉(zhuǎn)換，并通過微處理器對信號進(jìn)行分析和計算處理。本實用新型的射頻功率相位檢測裝置，所述的調(diào)理檢測單元的射頻相位增益檢測 器檢測的功率范圍為O 3000W，角度相位差范圍為0° 180°、檢測精度達(dá)到士 1°。在對射頻裝置進(jìn)行檢測時，將本實用新型的射頻功率相位檢測裝置連接在 射頻電源和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)之間，檢測調(diào)理單元使用采樣變壓器提取出射頻信號的電 壓值U和電流值I，經(jīng)信號調(diào)理電路處理后，輸出電壓信號和電流信號的電壓相位差
3■F,'、幅度比Fssfle.和功率合成信號；數(shù)值分析單元對上述三路信號依次進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并通
psi,
過微處理器對信號進(jìn)行分析以及計算處理，完成對射頻信號的入射功率、反射功率、角度相 位差和功率合成信號數(shù)值的計算，同時為阻抗匹配裝置的控制和射頻電源的功率控制和保 護(hù)提供參考數(shù)據(jù)。本實用新型所述的數(shù)值分析單元通過微處理器對信號進(jìn)行分析以及計算處理，其 計算是根據(jù)檢測到的射頻信號的電壓值U和電流值I，電壓和電流的幅度比FsaE.、電壓相位
差·。通過如下的公式計算出角度相位差Φ、功率合成信號巧，入射功率&和反射功率
的數(shù)值。
IOOOxiLS-Fsfa ι廣、
Φ =-色(ι) 一
10
Pv =WTf(2)
V P2
^mag(3)
V Ps
Paut = Ul sill Φ = mai v sm Φ(4 )本射頻功率相位檢測裝置由微處理器通過預(yù)設(shè)上述4個公式的軟件自動計算，最 后輸出角度相位差Φ、功率合成信號巧、入射功率仏和反射功率/L的數(shù)值，精確和快速地 完成射頻功率相位檢測。本實用新型射頻功率相位檢測裝置具有以下的優(yōu)點1、本實用新型射頻功率相位檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。使用時只需將本裝置 接在射頻電源和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)之間，檢測裝置會自動將檢測到的信號送至微處理器中進(jìn)行 分析和計算，微處理器PIC16F877A通過預(yù)設(shè)的軟件，分別按相關(guān)的公式計算并輸出射頻信 號的入射功率、反射功率和角度相位差的數(shù)值，實現(xiàn)射頻功率和相位的檢測。2、本實用新型射頻功率相位檢測裝置具有檢測精度高、速度快的優(yōu)點，適用于檢 測射頻裝置的入射功率、反射功率和角度相位差，檢測角度相位差精度達(dá)到士 1°，同時為阻 抗匹配裝置的控制和射頻電源的功率控制和保護(hù)提供參考數(shù)據(jù)。

圖1為本實用新型射頻功率相位檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2本實用新型的檢測裝置進(jìn)行檢測時與射頻裝置的連接示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的射頻功率相位檢測裝置作進(jìn)一步說明。
4[0017]實施例1 本實用新型的射頻功率相位檢測裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括有調(diào)理檢測 單元和數(shù)值分析單元，調(diào)理檢測單元含有采樣變壓器、功率合成器和射頻相位增益檢測器， 功率合成器采用ADP-2-1W，射頻相位增益檢測器采用AD8302，數(shù)值分析單元含有A/D轉(zhuǎn)換 器和微處理器，微處理器采用PIC16F877A。所述采樣變壓器中的電壓采樣模塊與電流采樣 模塊分別與功率合成器和射頻相位增益檢測器連接，功率合成器和射頻相位增益檢測器分 別與數(shù)值分析單元的A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接。實施例2 應(yīng)用本實用新型的檢測裝置對在3MHz 50MHz的頻率條件下，功率范 圍為0 3000W，角度相位差范圍為0° 180°的射頻裝置進(jìn)行檢測。按圖2所示方式連接， 即將本檢測裝置連接在射頻電源和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中間。檢測時，調(diào)理檢測單元通過采樣變 壓器將射頻信號的電壓值U和電流值I提取出來，經(jīng)信號調(diào)理接到功率合成器和相位增益 檢測器的輸入端，利用功率合成器ADP-2-1W得到射頻信號電壓電流的功率合成信號，采用
射頻相位增益檢測器AD8302得到電壓、電流的電壓相位差F/和幅度比的信號；三信
號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送至微處理器中進(jìn)行分析和計算，PIC16F877A微處理器通過 預(yù)設(shè)的軟件，分別按上述(1)、(2)、(3)、(4)公式計算并輸出射頻信號的角度相位差Φ、功 率合成信號巧、入射功車昃和反射功率iL的數(shù)值，實現(xiàn)射頻功率和相位的檢測，角度相位 差Φ檢測精度達(dá)到士 1°，同時為阻抗匹配裝置的控制和射頻電源的功率控制和保護(hù)提供參 考數(shù)據(jù)。本實用新型的檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，適用于檢測射頻裝置的入射功率、反 射功率和角度相位差，可為阻抗匹配裝置的控制和射頻電源的功率控制和保護(hù)提供參考數(shù) 據(jù)，本檢測裝置對進(jìn)一步提高國產(chǎn)電感耦合等離子體光源的功率穩(wěn)定度具有重要的意義， 將有力地提高國產(chǎn)儀器的性能，增加市場占有率。
權(quán)利要求1.一種射頻功率相位檢測裝置，其特征在于包括有調(diào)理檢測單元和數(shù)值分析單元， 調(diào)理檢測單元含有采樣變壓器、功率合成器和射頻相位增益檢測器，數(shù)值分析單元含有A/D 轉(zhuǎn)換器和微處理器，所述采樣變壓器中的電壓采樣模塊與電流采樣模塊分別與功率合成器 和射頻相位增益檢測器連接，功率合成器和射頻相位增益檢測器分別與數(shù)值分析單元的A/ D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻功率相位檢測裝置，其特征在于所述的調(diào)理檢測單元 的功率合成器采用ADP-2-1W，射頻相位增益檢測器采用AD8302，數(shù)值分析單元的微處理器 選用 PIC16F877A。
專利摘要本實用新型涉及一種射頻功率相位檢測裝置，包括調(diào)理檢測單元和數(shù)值分析單元，調(diào)理檢測單元通過采樣變壓器將射頻信號的電壓值和電流值提取出來，接到功率合成器和相位增益檢測器輸出電壓和電流的電壓相位差、幅度比和功率合成信號；三路信號送至數(shù)值分析單元，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換后，送到微處理器中進(jìn)行分析和處理，計算出射頻信號的入射功率、反射功率和角度相位差。本裝置在3M～50MHz的頻率條件下，實現(xiàn)射頻功率和相位的檢測，檢測功率范圍為0～3000W，相位差范圍00～1800，精度±10，適用于檢測射頻功率裝置的入射功率、反射功率和角度相位差，同時為阻抗匹配裝置的控制和射頻電源的功率控制和保護(hù)提供參考數(shù)據(jù)。
文檔編號G01R21/133GK201788226SQ20102054096
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者王超, 石寶松, 金星 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)