一種分析電源、礦粉分析裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大功率等離子分析電源，包括：電源，所述電源給磁阻提供電流；磁阻，所述磁阻具有輸出端；磁阻驅(qū)動(dòng)，所述磁阻驅(qū)動(dòng)控制所述磁阻的電感；脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器輸出高壓脈沖；控制單元，所述控制單元控制所述電源、磁阻驅(qū)動(dòng)和脈沖發(fā)生器工作。本發(fā)明還公開了一種礦粉分析裝置及方法。本發(fā)明具有可靠性、穩(wěn)定性、可重復(fù)性高、可控制范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種分析電源、礦粉分析裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分析電源、分析裝置及方法，尤其是一種大功率等離子分析電源、礦粉分析裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對礦物進(jìn)行高精度的光譜分析，目前市面上有兩種儀器，一種是采用化學(xué)分析方法的ICP-OES或ICP-MS，一種是將礦粉離子化的直讀光譜分析儀。
[0003]其中，采用化學(xué)分析方法的ICP-OES或ICP-MS，需對固體礦物樣品進(jìn)行采樣、消解等一系列前處理過程，將礦物樣品轉(zhuǎn)化成可供ICP-OES或ICP-MS檢測的樣品形態(tài)，這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)礦物檢測，但其制樣時(shí)間長，且，僅適用于弱酸性物質(zhì)，不適用堿性物質(zhì)；同時(shí)，對有些元素的檢測限不高，對檢測對象有限制，不能滿足現(xiàn)場采礦和復(fù)雜的礦樣礦粉快速準(zhǔn)確分析的場合。
[0004]而直讀光譜分析儀，無需對樣品進(jìn)行前處理，能夠?qū)ΦV物進(jìn)行快速、直接的高精度光譜分析。直讀光譜分析儀的工作過程如下:首先對樣品進(jìn)行均勻等離子化，由于大多數(shù)礦物不是導(dǎo)體，無法直接進(jìn)行電處理，需要用高壓對樣品進(jìn)行激化，同時(shí)加上適當(dāng)?shù)拇箅娏?，在一定的時(shí)間里，樣品轉(zhuǎn)化成等離子，在適當(dāng)且穩(wěn)定的等離子化下，將產(chǎn)生電子躍遷，不同的物質(zhì)將發(fā)射不同波長的特征譜線，發(fā)射出的特征光譜的強(qiáng)度與其含量成比例。
[0005]在這種分析方法中，高壓且受控的大電流的等離子電源的性能會(huì)直接影響最終的分析結(jié)果。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)一般利用工頻變壓器對市電進(jìn)行隔離，利用可控硅控制電流，利用串聯(lián)電容和電感，用干簧管高壓繼電器通斷產(chǎn)生高壓，作用在礦粉上，使礦粉等離子化。
[0007]這種方法雖能初步實(shí)現(xiàn)分析，但有以下缺點(diǎn):
[0008]1、穩(wěn)定性差
[0009]由于采用的是可控硅的續(xù)流特性實(shí)現(xiàn)大電流的供應(yīng)，在外部市電供電影響下，難以保證高電壓及大電流的穩(wěn)定供應(yīng)；
[0010]2、無法實(shí)現(xiàn)智能控制
[0011]無法實(shí)現(xiàn)可控硅提供的大電流的智能精細(xì)控制，使得礦物樣品無法達(dá)到最佳等離子化；
[0012]3、體積龐大、能效底
[0013]可控硅及電源控制體積龐大、重量高，檢測效率低下；
[0014]4、可靠性及安全性差
[0015]高壓繼電器中的機(jī)械切換容易產(chǎn)生損傷，造成觸點(diǎn)粘接，使得分析儀器的可靠性及安全性差；
[0016]采用高壓二極管串聯(lián)達(dá)到高壓，成本高，同時(shí)受到高壓半導(dǎo)器件限制，其反向恢復(fù)時(shí)間長，且能源損耗大。
[0017]5、電流工作范圍受到限制
[0018]電流工作范圍受到限制，一方面，是受高壓繼電器等器件的限制，電流只能工作在20A以下；另一方面，高壓二極管的工作電流需在30A以內(nèi)。
[0019]綜上，目前市場上現(xiàn)有的礦粉分析儀，不符合儀器高精、靈巧、穩(wěn)定使用方便的潮流。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0020]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供了一種高可靠性、低成本、高性能的、靈活配置適合各種類型礦粉分析的大功率等離子分析電源，便于集成到礦粉分析儀中。
[0021]一種分析電源，包括:
[0022]電源，所述電源給磁阻提供電流；
[0023]磁阻，所述磁阻具有輸出端；
[0024]磁阻驅(qū)動(dòng)，所述磁阻驅(qū)動(dòng)控制所述磁阻的電感；
[0025]脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器輸出高壓脈沖；
[0026]控制單元，所述控制單元控制所述電源、磁阻驅(qū)動(dòng)和脈沖發(fā)生器工作。
[0027]進(jìn)一步，所述控制單元按照以下時(shí)序控制電源、磁阻驅(qū)動(dòng)和脈沖發(fā)生器:
[0028]控制電源輸出；
[0029]控制磁阻驅(qū)動(dòng)，使磁阻飽和；
[0030]控制脈沖發(fā)生器，使脈沖發(fā)生器無輸出；
[0031]控制電源關(guān)閉；
[0032]控制磁阻驅(qū)動(dòng)，使磁阻復(fù)位；
[0033]控制脈沖發(fā)生器，使脈沖發(fā)生器輸出高壓脈沖，返回電源輸出。
[0034]作為優(yōu)選，所述控制單元為數(shù)字信號(hào)處理器。
[0035]作為優(yōu)選，所述電源為等離子分析電源。
[0036]進(jìn)一步，所述電源為數(shù)字電源。
[0037]進(jìn)一步，所述數(shù)字電源的電流輸出范圍為O?200A。
[0038]本發(fā)明還提供了一種礦粉分析裝置，包括分析電源、激發(fā)單元和分析單元，所述分析電源的輸出端與激發(fā)單元相連，所述分析電源輸出高壓脈沖和大電流作用到激發(fā)單元上，使激發(fā)單元內(nèi)的礦粉元素發(fā)出光譜；所述分析單元接收激發(fā)單元的光譜并對光譜進(jìn)行分析。
[0039]進(jìn)一步，所述分析電源為等離子分析電源，所述激發(fā)單元為等離子激發(fā)單元。
[0040]進(jìn)一步，所述分析電源為上述任一所述的分析電源。
[0041]本發(fā)明還提供了一種礦粉分析方法，包括以下步驟:
[0042]A、分析電源輸出高壓脈沖和大電流作用到激發(fā)單元上，使激發(fā)單元內(nèi)的礦粉元素發(fā)出光譜；
[0043]B、分析單元接收激發(fā)單元的光譜并對光譜進(jìn)行分析。
[0044]進(jìn)一步，在步驟A中，設(shè)定高壓脈沖及大電流輸出切換時(shí)間。
[0045]進(jìn)一步，采用上述任一所述的礦粉分析裝置進(jìn)行分析。
[0046]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0047]1、無需高壓機(jī)械切換、也無需大量高壓整流管，產(chǎn)生高壓激化脈沖。使整機(jī)響應(yīng)速度快、效率高、高壓切換達(dá)到微秒級(jí)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
[0048]2、智能化程度高，適應(yīng)性能，可產(chǎn)同時(shí)產(chǎn)生電弧和火花，并可交替進(jìn)行，并且可數(shù)字配置電弧和火花等離子化曲線。
[0049]3、可靠性、穩(wěn)定性、可重復(fù)性高、可控制范圍寬。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0050]圖1為實(shí)施例2中的礦粉分析裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖2是電源及磁阻高壓切換控制時(shí)序示意圖；
[0052]圖3是電源及磁阻高壓切換流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0053]實(shí)施例1
[0054]一種分析電源，包括:
[0055]電源，所述電源給磁阻提供電流；
[0056]磁阻，所述磁阻具有輸出端；
[0057]磁阻驅(qū)動(dòng)，所述磁阻驅(qū)動(dòng)控制所述磁阻的電感；
[0058]脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器具有輸出端輸出高壓脈沖，與所述磁阻的輸出端共同作為大功率等離子分析電源的總輸出端；
[0059]控制單元，所述控制單元控制所述電源、磁阻驅(qū)動(dòng)和脈沖發(fā)生器工作。
[0060]所述電源能夠輸出大電流，給后續(xù)器件提供電弧能量。
[0061]作為優(yōu)選，所述電源為等離子電源。
[0062]作為優(yōu)選，所述電源為數(shù)字電源。
[0063]數(shù)字電源可以為按照一定的組合頻率進(jìn)行多路脈沖輸出，只要有脈沖輸出時(shí)，電源輸出即為高，沒有脈沖輸出時(shí)相當(dāng)于關(guān)閉電源，此時(shí)電源輸出應(yīng)該為低。
[0064]進(jìn)一步，所述數(shù)字電源的電流輸出范圍為O?200A。
[0065]所述電源能夠輸出大范圍電流，其電流輸出的過程如下:220或者110VAC的市電輸入至電源，在電源內(nèi)部分成兩路，其中一路到輔助電源，產(chǎn)生整機(jī)所需的各種輔電，另一路經(jīng)EMI整流濾波到PFC功率電路模塊；PFC功率電路模塊，在所述控制單元的控制下，把電源輸入轉(zhuǎn)化成固定的380V直流高壓供給大功率模塊，使電源的功率因素達(dá)99%以上；大功率模塊產(chǎn)生各種驅(qū)動(dòng)波形，經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)大功率橋式諧振電路，產(chǎn)生0-200A，持續(xù)時(shí)長0-2min可調(diào)，并隨時(shí)動(dòng)態(tài)可設(shè)輸出大功率等離子電流；
[0066]進(jìn)一步，所述控制單元按照以下時(shí)序控制電源、磁阻驅(qū)動(dòng)和脈沖發(fā)生器:
[0067]控制電源輸出；
[0068]控制磁阻驅(qū)動(dòng)，使磁阻飽和；
[0069]控制脈沖發(fā)生器，使脈沖發(fā)生器無輸出；
[0070]控制電源關(guān)閉；
[0071]控制磁阻驅(qū)動(dòng)，使磁阻復(fù)位；
[0072]控制脈沖發(fā)生器，使脈沖發(fā)生器輸出高壓脈沖，返回電源輸出。
[0073]在電源輸出大功率等離子電流時(shí)，控制單元控制磁阻驅(qū)動(dòng)，使得磁阻電感接近0，即磁阻飽和；此時(shí)，控制單元控制脈沖發(fā)生器，使得脈沖發(fā)生器無輸出；
[0074]在電源關(guān)閉時(shí)，控制單元控制磁阻驅(qū)動(dòng)，使得磁阻電感達(dá)到2H以上，產(chǎn)生1M歐以上的感抗，即使磁阻復(fù)位；此時(shí)，控制單元控制脈沖發(fā)生器，使得脈沖發(fā)生器輸出高壓脈沖，再返回電源輸出大電流。在電源關(guān)閉時(shí)，磁阻產(chǎn)生的高阻抗，使得脈沖發(fā)生器輸出的高壓脈沖不能通過磁阻再返回電源。
[0075]控制單元只要能實(shí)現(xiàn)上述控制功能即可，對其是具體電路結(jié)構(gòu)還是軟件模塊不加限制；
[0076]作為優(yōu)選，所述控制單元為數(shù)字信號(hào)處理器。
[0077]控制單元還包括風(fēng)冷、水冷、以及環(huán)境相關(guān)的控制，以保障電源的穩(wěn)定性和可靠性，此為本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0078]上述分析電源能夠輸出大電流和高壓脈沖，可以將其應(yīng)用至礦粉分析裝置中。
[0079]本發(fā)明還提供了一種礦粉分析裝置，包括分析電源、激發(fā)單元和分析單元，所述分析電源的輸出端與激發(fā)單元相連，所述分析電源輸出高壓脈沖和大電流作用到激發(fā)單元上，使激發(fā)單元內(nèi)的礦粉元素發(fā)出光譜；所述分析單元接收激發(fā)單元的光譜并對光譜進(jìn)行分析。
[0080]高壓脈沖輸出后，作用到激發(fā)單元內(nèi)的礦粉上，使其電離，高壓脈沖為瞬間輸出，輸出后即變?yōu)闊o輸出，電源輸出大電流，磁阻飽和，能夠?qū)⒋箅娏髯饔玫降V粉上，使礦粉熔化并等離子化，產(chǎn)生與礦粉元素相關(guān)的特征光譜被分析單元接收并分析。
[0081]進(jìn)一步，所述分析電源為本實(shí)施例中所述的分析電源。
[0082]進(jìn)一步，所述電源為等離子分析電源，所述激發(fā)單元為等離子激發(fā)單元。
[0083]本發(fā)明還提供了一種礦粉分析方法，包括以下步驟:
[0084]A、分析電源輸出高壓脈沖和大電流作用到激發(fā)單元上，使激發(fā)單元內(nèi)的礦粉元素發(fā)出光譜；
[0085]B、分析單元接收激發(fā)單元的光譜并對光譜進(jìn)行分析。
[0086]進(jìn)一步，在步驟A中，根據(jù)需要設(shè)定高壓脈沖及大電流輸出切換時(shí)間。
[0087]進(jìn)一步，采用上述任一所述的礦粉分析裝置進(jìn)行分析。
[0088]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0089]無需高壓機(jī)械切換、也無需大量高壓整流管，產(chǎn)生高壓激化脈沖。使整機(jī)響應(yīng)速度快、效率高、高壓切換達(dá)到微秒級(jí)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
[0090]智能化程度高，適應(yīng)性能，可產(chǎn)同時(shí)產(chǎn)生電弧和火花，并可交替進(jìn)行，并且可數(shù)字配置電弧和火花等離子化曲線。
[0091]可靠性、穩(wěn)定性、可重復(fù)性高、可控制范圍寬。
[0092]實(shí)施例2
[0093]本實(shí)施例為實(shí)施例1的應(yīng)用例。
[0094]本實(shí)施例提供了一種分析電源，應(yīng)用到礦粉分析中。
[0095]請參閱圖1，一種大功率等離子分析電源，包括:
[0096]電源1，所述電源I為等離子分析電源，所述電源I與磁阻2和控制單元3相連；
[0097]磁阻2及磁阻驅(qū)動(dòng)4，所述磁阻驅(qū)動(dòng)4與所述磁阻2和控制單元3相連；
[0098]脈沖發(fā)生器5，所述脈沖發(fā)生器5與所述控制單元3相連，所述脈沖發(fā)生器5的輸出端與所述磁阻2的輸出端同時(shí)作為大功率等離子分析電源的總輸出端10 ；
[0099]控制單元3，所述控制單元3控制所述電源I給所述磁阻2提供電流，控制所述磁阻驅(qū)動(dòng)進(jìn)而控制磁阻的電感，控制所述脈沖發(fā)生器輸出高壓脈沖。
[0100]所述電源I為數(shù)字電源，所述電源I的電流輸出范圍為O?200A。
[0101]所述電源I能夠輸出大范圍電流，其電流輸出的過程如下:220或者110VAC的市電輸入至電源，在電源內(nèi)部分成兩路，其中一路到輔助電源，產(chǎn)生整機(jī)所需的各種輔電，另一路經(jīng)EMI整流濾波到PFC功率電路模塊；PFC功率電路模塊，在所述控制單元的控制下，把電源輸入轉(zhuǎn)化成固定的380V直流高壓供給大功率模塊，使電源的功率因素達(dá)99%以上；大功率模塊產(chǎn)生各種驅(qū)動(dòng)波形，經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)大功率橋式諧振電路，產(chǎn)生0-200A，持續(xù)時(shí)長0-2min可調(diào)，并隨時(shí)動(dòng)態(tài)可設(shè)輸出大功率等離子電流；
[0102]請參閱圖2、圖3，設(shè)定高壓脈沖及大電流輸出切換時(shí)間，本實(shí)施例的控制單元按照以下時(shí)序控制電源、磁阻驅(qū)動(dòng)和脈沖發(fā)生器:
[0103]控制電源輸出；
[0104]控制磁阻驅(qū)動(dòng)，使磁阻飽和；
[0105]控制脈沖發(fā)生器，使脈沖發(fā)生器無輸出；
[0106]控制電源關(guān)閉；
[0107]控制磁阻驅(qū)動(dòng)，使磁阻復(fù)位；
[0108]控制脈沖發(fā)生器，使脈沖發(fā)生器輸出高壓脈沖，返回電源輸出。
[0109]從電源關(guān)閉到高壓脈沖發(fā)出時(shí)間大于2uS;磁阻復(fù)位到高壓脈沖發(fā)出時(shí)間大于IuS,高壓脈沖的脈沖寬度小于0.5uS,完成以后立即輸出電源，同時(shí)磁阻開關(guān)轉(zhuǎn)為飽和狀態(tài)，完成一次激發(fā)，即:
[0110]在電源輸出大功率等離子電流時(shí)，控制單元控制磁阻驅(qū)動(dòng)，使得磁阻電感接近0，即磁阻飽和；此時(shí)，控制單元控制脈沖發(fā)生器，使得脈沖發(fā)生器無輸出；
[0111]在電源關(guān)閉時(shí)，控制單元控制磁阻驅(qū)動(dòng)，使得磁阻電感達(dá)到2H以上，產(chǎn)生1M歐以上的感抗，即使磁阻復(fù)位；此時(shí)，控制單元控制脈沖發(fā)生器，使得脈沖發(fā)生器輸出高壓脈沖，再返回電源輸出大電流。在電源關(guān)閉時(shí)，磁阻產(chǎn)生的高阻抗，使得脈沖發(fā)生器輸出的高壓脈沖不能通過磁阻再返回電源。
[0112]所述控制單元為數(shù)字信號(hào)處理器。
[0113]請參閱圖1，本實(shí)施例還提供了一種礦粉分析裝置，包括等離子分析電源、等離子激發(fā)單元6和分析單元(未在圖中標(biāo)出)，所述等離子分析電源的輸出端與等離子激發(fā)單元6相連，所述等離子分析電源輸出高壓脈沖和大電流作用到等離子激發(fā)單元6上，使等離子激發(fā)單元6內(nèi)的礦粉元素發(fā)出光譜；所述分析單元接收等離子激發(fā)單元的光譜并對光譜進(jìn)行分析。
[0114]高壓脈沖輸出后，作用到等離子激發(fā)單元內(nèi)的礦粉上，使其電離，高壓脈沖為瞬間輸出，輸出后即變?yōu)闊o輸出，電源輸出大電流，磁阻飽和，能夠?qū)⒋箅娏髯饔玫降V粉上，使礦粉熔化并等離子化，產(chǎn)生與礦粉元素相關(guān)的特征光譜被分析單元接收并分析。
[0115]進(jìn)一步，所述等離子分析電源為本實(shí)施例中所述的大功率等離子分析電源。
[0116]本發(fā)明還提供了一種礦粉分析方法，包括以下步驟:
[0117]A、等離子分析電源輸出高壓脈沖和大電流作用到等離子激發(fā)單元上，使等離子激發(fā)單元內(nèi)的礦粉元素發(fā)出光譜；
[0118]B、分析單元接收等離子激發(fā)單元的光譜并對光譜進(jìn)行分析。
[0119]進(jìn)一步，在步驟A中，設(shè)定高壓脈沖及大電流輸出切換時(shí)間。根據(jù)需要設(shè)定
[0120]進(jìn)一步，采用上述任一所述的礦粉分析裝置進(jìn)行分析。
[0121]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0122]無需高壓機(jī)械切換、也無需大量高壓整流管，產(chǎn)生高壓激化脈沖。使整機(jī)響應(yīng)速度快、效率高、高壓切換達(dá)到微秒級(jí)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
[0123]智能化程度高，適應(yīng)性能，可產(chǎn)同時(shí)產(chǎn)生電弧和火花，并可交替進(jìn)行，并且可數(shù)字配置電弧和火花等離子化曲線。
[0124]可靠性、穩(wěn)定性、可重復(fù)性高、可控制范圍寬。
[0125]上述實(shí)施方式不應(yīng)理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本發(fā)明的關(guān)鍵是:分析電源能夠分時(shí)輸出高壓脈沖和大電流。在不脫離本發(fā)明精神的情況下，對本發(fā)明做出的任何形式的改變均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種分析電源,包括: 電源，所述電源給磁阻提供電流； 磁阻，所述磁阻具有輸出端； 磁阻驅(qū)動(dòng)，所述磁阻驅(qū)動(dòng)控制所述磁阻的電感； 脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器輸出高壓脈沖； 控制單元，所述控制單元控制所述電源、磁阻驅(qū)動(dòng)和脈沖發(fā)生器工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析電源，其特征在于:所述控制單元按照以下時(shí)序控制電源、磁阻驅(qū)動(dòng)和脈沖發(fā)生器: 控制電源輸出； 控制磁阻驅(qū)動(dòng)，使磁阻飽和； 控制脈沖發(fā)生器，使脈沖發(fā)生器無輸出； 控制電源關(guān)閉； 控制磁阻驅(qū)動(dòng)，使磁阻復(fù)位； 控制脈沖發(fā)生器，使脈沖發(fā)生器輸出高壓脈沖，返回電源輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分析電源，其特征在于:所述控制單元為數(shù)字信號(hào)處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析電源，其特征在于:所述電源為數(shù)字電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分析電源，其特征在于:所述數(shù)字電源的電流輸出范圍為O ?200A。
6.一種礦粉分析裝置，包括分析電源、激發(fā)單元和分析單元，所述分析電源的輸出端與激發(fā)單元相連，所述分析電源輸出高壓脈沖和大電流作用到等離子激發(fā)單元上，使激發(fā)單元內(nèi)的礦粉元素發(fā)出光譜；所述分析單元接收激發(fā)單元的光譜并對光譜進(jìn)行分析。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦粉分析裝置，其特征在于:所述分析電源為權(quán)利要求1?5任一所述的分析電源。
8.一種礦粉分析方法，包括以下步驟: A、分析電源輸出高壓脈沖和大電流作用到激發(fā)單元上，使激發(fā)單元內(nèi)的礦粉元素發(fā)出光譜； B、分析單元接收激發(fā)單元的光譜并對光譜進(jìn)行分析。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的礦粉分析方法，其特征在于:在步驟A中，設(shè)定高壓脈沖及大電流輸出切換時(shí)間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的礦粉分析方法，其特征在于:采用權(quán)利要求6?7任一所述的礦粉分析裝置進(jìn)行分析。
【文檔編號(hào)】H05H1/24GK104363689SQ201410657137
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】鄭新平, 喻正寧, 張濤, 王蘇彥, 李銀碧 申請人:聚光科技(杭州)股份有限公司