可自調(diào)諧的磁控管微波源mpt、自調(diào)諧裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種可自調(diào)諧的磁控管微波源MPT、自調(diào)諧裝置及控制方法，MPT包括耦合天線（5）、調(diào)節(jié)件（6），裝置包括磁控管微波源，控制模塊（2），傳動裝置（3）。所述磁控管微波源與所述耦合天線（5）相連，調(diào)節(jié)件（6）與所述傳動裝置（3）相連，所述傳動裝置（3）與控制模塊（2）相連，所述控制模塊（2）與所述磁控管微波源相連。其中，所述微波源產(chǎn)生微波電磁場為MPT提供微波能，同時從耦合天線（5）獲取MPT的反饋信息，磁控管微波源將反饋信息中的反射功率值提取出來并反饋給控制模塊（2），控制模塊依據(jù)反射功率值以及預設的參數(shù)關系曲線向所述傳動裝置（3）發(fā)出控制信號，傳動裝置（3）帶動調(diào)節(jié)件（6）移動。
【專利說明】可自調(diào)諧的磁控管微波源MPT、自調(diào)諧裝置及控制方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及化學測量【技術領域】，具體地，涉及一種可自調(diào)諧的磁控管微波源MPT、自調(diào)諧裝置及控制方法。

【背景技術】
[0002]微波等離子體炬(MPT)為金欽漢教授于1985年所發(fā)明，對應申請專利號為CN
94205428.8。目前微波等離子體炬(MPT)已經(jīng)商業(yè)化應用于順序掃描型光譜儀、全譜直讀型光譜儀等。然而，在這些MPT光譜儀的使用過程中，一旦系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生變化，就需要對炬管反射端面進行調(diào)節(jié)。如工作氣體的變化、分析物成分和濃度的變化、流量的變化、功率的變化等等，或系統(tǒng)阻抗無法匹配，均使得工作狀態(tài)下的MPT的反射功率處于非最優(yōu)狀態(tài)，能量得不到有效的利用，因此需要對炬管反射端面的位置進行調(diào)節(jié)，以便使其工作在最優(yōu)狀態(tài)下。
[0003]傳統(tǒng)的MPT炬管是以手動調(diào)節(jié)實現(xiàn)的，屬于開環(huán)控制，有以下不足:(1)需要操作者的經(jīng)驗；(2)為調(diào)節(jié)炬管頻繁開關MPT光譜儀，操作繁瑣，不利于儀器保護；(3)人工調(diào)節(jié)時儀器處于不封閉狀態(tài)，易造成微波泄漏；(4)在一些非最佳工作狀態(tài)時，MPT炬管自身發(fā)熱給操作者帶來了不便。
[0004]基于上述原因，亟需一種能夠?qū)崿F(xiàn)微波等離子體炬自調(diào)諧的裝置和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種可自調(diào)諧的磁控管微波源MPT、自調(diào)諧裝置及控制方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明提供的一種磁控管微波源MPT自調(diào)諧裝置，所述微波等離子體炬(4)包括耦合天線(5)、調(diào)節(jié)件(6)，其特征在于，所述裝置包括磁控管微波源，控制模塊(2)，傳動裝置(3)；
所述微波源與所述耦合天線(5)相連，所述調(diào)節(jié)件(6)與所述傳動裝置(3)相連，所述傳動裝置(3)與所述控制模塊(2)相連，所述控制模塊(2)與所述磁控管微波源相連；
其中，所述磁控管微波源用以:
產(chǎn)生微波電磁場，從而為微波等離子體炬(4)提供微波能；
從耦合天線(5)獲取微波等離子體炬(4)的反饋信息，將反饋信息中的反射功率值提取出來并反饋給控制模塊(2);
所述控制模塊用以依據(jù)所述反射功率值以及預設的參數(shù)關系曲線向所述傳動裝置(3)發(fā)出控制信號，
所述傳動裝置(3)用以根據(jù)所述控制信號帶動調(diào)節(jié)件(6)移動。
[0007]進一步地，所述磁控管微波源包含磁控管(8)、激勵波導(9)、衰減器(12)、檢波器(13 )、轉(zhuǎn)接模塊(15 );所述磁控管(8 )、激勵波導(9 )、轉(zhuǎn)接模塊(15 )、耦合天線(5 )依次相連；所述轉(zhuǎn)接模塊(15)、衰減器(12)、檢波器(13)、控制模塊(2)也依次相連；所述磁控管(8)發(fā)射的微波電磁場經(jīng)由激勵波導(9)、轉(zhuǎn)接模塊(15)、親合天線(5)依次傳輸，從而為所述微波等離子體炬(4)提供微波能；所述反饋信息經(jīng)耦合天線(5)、轉(zhuǎn)接模塊(15)衰減器(12)、檢波器(13)依次傳輸，所述檢波器(13)用以提取該反射功率值并反饋給控制模塊(2)。
[0008]進一步地，所述轉(zhuǎn)接模塊(15)包含定向耦合器(10)和波導同軸轉(zhuǎn)接器(11);所述定向耦合器(10)分別與所述激勵波導(9)、波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)、衰減器(12)連接；所述波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)與耦合天線(5)連接，所述波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)用以將定向耦合器(10)的矩形場微波能轉(zhuǎn)換成同軸電磁場模式；
所述磁控管(8)發(fā)射的微波電磁場經(jīng)由激勵波導(9)、定向耦合器(10)、波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)、耦合天線(5)依次傳輸；所述反饋信息經(jīng)由耦合天線(5)、波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)、定向耦合器(10)、衰減器(12)、檢波器(13)依次傳輸。
[0009]進一步地，所述轉(zhuǎn)接模塊(15)包含三端口環(huán)形器(14);所述三端口環(huán)形器(14)的第一端口與所述激勵波導(9)相連，所述三端口環(huán)形器(14)的第二端口與所述耦合天線
(5)相連，所述三端口環(huán)形器(14)的第三端口與所述衰減器(12)相連；
所述磁控管(8)發(fā)射的微波電磁場經(jīng)由所述激勵波導(9)、三端口環(huán)形器(14)的第一端口、三端口環(huán)形器(14)的第二端口、耦合天線(5)依次傳輸；所述反饋信息經(jīng)由耦合天線
(5)、三端口環(huán)形器(14)的第二端口、三端口環(huán)形器(14)的第三端口、衰減器(12)、檢波器
(13)依次傳輸。
[0010]進一步地，所述傳動裝置(3)包括電機和聯(lián)動裝置，所述電機分別與所述控制模塊(2)和聯(lián)動裝置連接，所述聯(lián)動裝置與所述調(diào)節(jié)件連接；
所述電機用以根據(jù)控制模塊(2)輸出的控制信號轉(zhuǎn)動，并通過聯(lián)動裝置帶動調(diào)節(jié)件
(6)移動。
[0011]進一步地，所述控制模塊(2)為單片機。
[0012]進一步地，所述控制模塊(2)為計算機。
[0013]本發(fā)明還提供一種可自調(diào)諧的磁控管微波源MPT，其特征在于，包括上述磁控管微波源MPT自調(diào)諧裝置及等離子體炬(4)。
[0014]本發(fā)明還提供一種磁控管微波源MPT自調(diào)諧控制方法，其特征在于，包含以下步驟:
S1:設置反射功率系數(shù)的閾值；
52:獲取實時反射端面距離；
53:讀取實時反射功率作為第一反射功率值，對所述實時反射功率值求取第一反射功率系數(shù)；
S4:判斷所述第一反射功率系數(shù)是否大于所述閾值，是，則進入步驟S5，否，則返回步驟S3 ；
55:根據(jù)所述預先獲取的反射端面距離和反射功率系數(shù)的關系曲線和所述實時反射功率系數(shù)確定反射端面的移動方向；
56:根據(jù)所述移動方向控制端面距離的增大或減小反射，返回步驟S2。
[0015]進一步地，所述步驟S6具體為:
S601:根據(jù)電機轉(zhuǎn)速、聯(lián)動裝置參數(shù)計算出反射端面距離與所述傳動裝置(3)的傳動距離之間的機械移位關系；
5602:根據(jù)所述機械移位關系、步驟S2中的實時反射端面距離、預先獲取反射端面距離和反射功率系數(shù)的關系曲線、閾值，計算出將所述第一反射功率系數(shù)降低到閾值所需要的所述傳動距離；
5603:根據(jù)所述傳動距離發(fā)送控制信號增大或減小反射端面距離；
5604:返回步驟S2。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
本發(fā)明用于控制MPT光譜儀中的微波等離子體炬，本發(fā)明可有效實現(xiàn)微波等離子體炬的自調(diào)諧，無需進行人工調(diào)諧，從而降低了對MPT光譜儀使用者的經(jīng)驗要求，且在儀器自調(diào)諧過程中儀器一直處于閉環(huán)狀態(tài)，無需頻繁開關MPT光譜儀就能自調(diào)節(jié)，有利于儀器的保護，也有效避免微波的泄漏，提高MPT光譜儀的可操作性及使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
圖1為一種磁控管微波源MPT自調(diào)諧裝置示意圖；
圖2為一種包含定向耦合器的磁控管微波源MPT自調(diào)諧裝置示意圖；
圖3為一種包含三端口環(huán)形器的磁控管微波源MPT自調(diào)諧裝置示意圖；
圖4為反射功率系數(shù)與反射端面距離的關系擬合曲線；
圖5為一種微波等離子體炬自調(diào)諧控制方法的流程圖。
[0018]上圖中序號為:1_磁控管微波源；2_控制模塊；3_傳動裝置；4_微波等離子體炬；5-親合天線；6_調(diào)節(jié)件；7_反射端面；8_磁控管；9_激勵波導；10_定向親合器；11-波導同軸轉(zhuǎn)接器；12_衰減器；13-檢波器；14_三端口環(huán)形器；15-轉(zhuǎn)接模塊。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖以具體實施例的方式對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0020]實施例1:
如圖1所示的一種磁控管微波源MPT自調(diào)諧裝置，所述微波等離子體炬(4)包括耦合天線(5)、調(diào)節(jié)件(6)，其特征在于，所述裝置包括磁控管微波源(I)，控制模塊(2)，傳動裝置(3)；
所述磁控管微波源與所述耦合天線(5)相連，所述調(diào)節(jié)件(6)與所述傳動裝置(3)相連，所述傳動裝置(3)與所述控制模塊(2)相連，所述控制模塊(2)與所述磁控管微波源相連；
其中，所述磁控管微波源(I)產(chǎn)生微波電磁場為微波等離子體炬(4)提供微波能，同時從耦合天線(5)獲取微波等離子體炬(4)的反饋信息，磁控管微波源將反饋信息中的反射功率值提取出來并反饋給控制模塊(2)，控制模塊依據(jù)所述反射功率值以及預設的參數(shù)關系曲線向所述傳動裝置(3)發(fā)出控制信號，傳動裝置(3)根據(jù)所述控制信號帶動調(diào)節(jié)件(6)移動。
[0021]本實施例中磁控管微波源用于為微波等離子體炬(4)提供微波能，以及提取微波等離子體炬(4)的反饋信息中的反射功率值，反饋給控制模塊(2)?？刂颇K(2)用于通過傳動裝置(3)控制所述調(diào)節(jié)件(6)的位置。所述調(diào)節(jié)件(6)用于調(diào)節(jié)所述反射端面(7)的位置。如圖1所示，反射端面(7)沿外管(16)到耦合天線(5)的距離為反射端面距離L1，通過對L1的控制可以實現(xiàn)對所述微波等離子體炬(4)的調(diào)諧。
[0022]本實施例所述微波源為磁控管微波源，用于為微波等離子體炬(4)提供微波能，以及從耦合天線(5)獲得反饋信息，提取所述反饋信息中的反射功率值，反饋給控制模塊(2)。由控制模塊(2)進行分析判斷后控制所述傳動裝置(3)工作，所述傳動裝置(3)帶動所述調(diào)節(jié)件(6)沿圖1中所示外管(16)移動。通過控制調(diào)節(jié)件(6)的移動速度和位置實現(xiàn)對微波等離子體炬的調(diào)諧。
[0023]本實施例所述傳動裝置(3)包括電機和聯(lián)動裝置，所述電機分別與所述控制模塊
(2)和聯(lián)動裝置連接，所述聯(lián)動裝置與所述調(diào)節(jié)件連接。所述電機用以根據(jù)控制模塊(2)輸出的控制信號轉(zhuǎn)動，并通過聯(lián)動裝置帶動調(diào)節(jié)件(6 )移動。
[0024]本發(fā)明所述控制模塊(2)可以是計算機，也可以是單片機，只要能滿足本發(fā)明所需要的比較判斷功能即可，不局限于本實施例。
[0025]本發(fā)明所述聯(lián)動裝置可采用導軌、齒輪傳動(蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)、傘形齒輪結(jié)構(gòu)等)、皮帶輪等結(jié)構(gòu)，只要能滿足本發(fā)明所需要的機械傳動功能即可，不局限于本實施例。
[0026]本實施例中微波源采用磁控管微波源，控制模塊(2)采用計算機，傳動裝置(3)采用齒輪傳動。
[0027]本實施例所述磁控管微波源為以磁控管為信號源的微波源，可附加其他相關信號處理器件用于對信號的優(yōu)化。
[0028]本實施例中的磁控管微波源作為功率源為微波等離子體炬(4)提供微波能，在供能的同時也會獲得微波等離子體炬(4)的反饋信息，反饋信息中包含有反射功率值，反射功率值與反射端面距離L1的關系如圖4所示。磁控管微波源具有提取反射功率值的功能，將提取獲得的反射功率值反饋給計算機，計算機根據(jù)反射功率值和圖4所示的關系曲線作出分析判斷，給電機發(fā)送動作電信號，電機根據(jù)接收的電信號帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪機械連動調(diào)節(jié)件(6)沿外管(16)上下移動。調(diào)節(jié)件(6)移動導致反射端面距離L1的變化，反饋信息也發(fā)生變化，計算機根據(jù)接收到的反饋信息對微波等離子體炬(4)的工作狀態(tài)進行實時控制，實現(xiàn)微波等離子體炬的自調(diào)諧。
[0029]本實施例還提供一種包含上述磁控管微波源MPT自調(diào)諧裝置及等離子體炬(4)的可自調(diào)諧的磁控管微波源MPT。通過所述磁控管微波源MPT自調(diào)諧裝置來實現(xiàn)磁控管微波源MPT的自調(diào)諧功能。
[0030]實施例2:
如圖2所示，本實施例中微波源采用的是一種包含定向耦合器的磁控管微波源，其中包含磁控管(8)、激勵波導(9)、衰減器(12)、檢波器(13)、轉(zhuǎn)接模塊(15)。所述磁控管(8)順序與激勵波導(9)、轉(zhuǎn)接模塊(15)、耦合天線(5)相連，為微波等離子體炬(4)提供微波能的同時接收微波等離子體炬(4)的反饋信息；同時，轉(zhuǎn)接模塊(15)順序與衰減器(12)、檢波器(13)相連，用于將反饋信息的衰減和傳輸；檢波器(13)與所述控制模塊(2)相連，用于對所述反饋信息提取反射功率值傳輸給控制模塊(2 )。
[0031]本實施例所述轉(zhuǎn)接模塊(15)包含定向耦合器(10)和波導同軸轉(zhuǎn)接器(11);所述定向耦合器(10)分別與所述激勵波導(9)、波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)、衰減器(12)連接，在為微波等離子體炬(4)提供微波能的同時，將反饋信息傳輸給衰減器(12);波導同軸轉(zhuǎn)接器
(11)通過所述耦合天線(5 )與所述微波等離子體炬(4 )相連，所述波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)用以將定向親合器(10)的矩形場微波能轉(zhuǎn)換成同軸電磁場模式。
[0032]本實施例中微波源采用包含定向耦合器的磁控管微波源，控制模塊(2)采用單片機，傳動裝置(3)米用導軌傳動。
[0033]本實施例中磁控管(8)通過與激勵波導(9)連接輸出微波電磁場，經(jīng)由順序連接的定向耦合器(10)、波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)、耦合天線(5)向微波等離子體炬(4)提供微波能。同時。從耦合天線(5)處可獲得一微波等離子體炬(4)的反饋信息，該反饋信息經(jīng)由波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)、定向耦合器(10)傳輸給衰減器(12)。衰減后的反饋信息傳輸給檢波器
(13)，由檢波器(13)提取出所需的反射功率值，將反射功率值傳輸給作為控制模塊(2)的單片機。本實施例中的單片機與與實施例1中的計算機具有同樣的功能，單片機根據(jù)反射功率值和圖4所示的關系曲線作出分析判斷，給電機發(fā)送動作電信號，電機根據(jù)接收的電信號帶動導軌工作，導軌機械連動調(diào)節(jié)件(6)沿外管(16)上下移動。調(diào)節(jié)件(6)移動導致反射端面距離L1的變化，反饋信息也發(fā)生變化，單片機根據(jù)接收到的反饋信息對微波等離子體炬(4)的工作狀態(tài)進行實時控制，實現(xiàn)微波等離子體炬的自調(diào)諧。
[0034]實施例3:
如圖3所示，本實施例中微波源采用的是一種包含三端口環(huán)形器的磁控管微波源，其中包含磁控管(8)、激勵波導(9)、衰減器(12)、檢波器(13)、三端口環(huán)形器(14)。所述磁控管(8)順序與激勵波導(9)、三端口環(huán)形器(14)、耦合天線(5)相連，為微波等離子體炬(4)提供微波能的同時接收微波等離子體炬(4)的反饋信息；同時，三端口環(huán)形器(14)順序與衰減器(12)、檢波器(13)相連，用于將反饋信息的衰減和傳輸；檢波器(13)與所述控制模塊(2)相連，用于對所述反饋信息提取反射功率值傳輸給控制模塊(2)。
[0035]所述三端口環(huán)形器(14)的I端口與所述激勵波導(9)相連，用于微波能輸入所述三端口環(huán)形器(14);所述三端口環(huán)形器(14)的2端口與所述耦合天線(5)相連，用于所述三端口環(huán)形器(14)微波能的輸出端口，為微波等離子體炬(4)提供微波能；所述三端口環(huán)形器(14)的3端口與所述衰減器(12)相連，用于將微波等離子體炬(4)的反饋信息輸出給衰減器(12)。
[0036]本實施例中微波源采用包含三端口環(huán)形器的磁控管微波源，控制模塊(2)采用單片機，傳動裝置(3)采用皮帶輪結(jié)構(gòu)。
[0037]本實施例中磁控管(8)通過與激勵波導(9)連接輸出微波電磁場，進入三端口環(huán)形器(14)的I端口，由所述三端口環(huán)形器(14)的2端口輸出給耦合天線(5)向微波等離子體炬(4 )提供微波能。從耦合天線(5 )處可獲得一微波等離子體炬(4 )的反饋信息，該反饋信息經(jīng)由三端口環(huán)形器(14)的2端口進入三端口環(huán)形器(14)，從所述三端口環(huán)形器(14)的3端口輸出給衰減器(12)。后續(xù)步驟與實施例2類似，衰減后的反饋信息傳輸給檢波器
(13)，由檢波器(13)提取出所需的反射功率值，將反射功率值傳輸給作為控制模塊(2)的單片機。本實施例中的單片機與與實施例1中的計算機具有同樣的功能，單片機根據(jù)反射功率值和圖4所示的關系曲線作出分析判斷，給電機發(fā)送動作電信號，電機根據(jù)接收的電信號帶動皮帶輪結(jié)構(gòu)工作，皮帶輪結(jié)構(gòu)機械連動調(diào)節(jié)件(6)沿外管(16)上下移動。調(diào)節(jié)件
(6)移動導致反射端面距離1^的變化，反饋信息也發(fā)生變化，單片機根據(jù)接收到的反饋信息對微波等離子體炬(4)的工作狀態(tài)進行實時控制，實現(xiàn)微波等離子體炬的自調(diào)諧。
[0038]實施例4:
如圖5所示為一種微波等離子體炬自調(diào)諧控制方法的流程圖。該磁控管微波源MPT自調(diào)諧控制方法是一種基于上述實施例中的磁控管微波源MPT的自調(diào)諧控制方法，所述控制模塊(2)預先獲取反射端面距離和反射功率系數(shù)的關系曲線后。所述控制模塊(2)中的自調(diào)諧控制方法包含以下步驟:
51:設置反射功率系數(shù)的閾值；
52:獲取實時反射端面距離；
53:讀取實時反射功率作為第一反射功率值，對所述實時反射功率值求取第一反射功率系數(shù)；
S4:判斷所述第一反射功率系數(shù)是否大于所述閾值，是，則進入步驟S5，否，則返回步驟S3 ；
55:根據(jù)所述預先獲取的反射端面距離和反射功率系數(shù)的關系曲線和所述實時反射功率系數(shù)確定反射端面的移動方向；
56:根據(jù)所述移動方向發(fā)送控制信號增大或減小反射端面距離，返回步驟S2。
[0039]其中步驟S6具體為:
5601:根據(jù)電機轉(zhuǎn)速、聯(lián)動裝置參數(shù)計算出反射端面距離與所述傳動裝置(3)的傳動距離之間的機械移位關系；
5602:根據(jù)所述機械移位關系、步驟S2中的實時反射端面距離、預先獲取反射端面距離和反射功率系數(shù)的關系曲線、閾值，計算出將所述第一反射功率系數(shù)降低到閾值所需要的所述傳動距離；
5603:根據(jù)所述傳動距離發(fā)送控制信號增大或減小反射端面距離；
5604:返回步驟S2。
[0040]其中讀取實時反射功率的步驟具體為:讀取預設次數(shù)的反射功率后取平均值作為實時反射功率。本實施例所述預先獲取反射端面距離和反射功率系數(shù)的關系曲線的實驗獲取方法和步驟如下:
步驟1:在啟動前設定反射端面距離LI為某一常值，然后啟動等離子體，在等離子體穩(wěn)定狀態(tài)下，通過軟件讀取6次的反射功率值，取平均值記下此次獲取的反射端面距離和反射功率值作為一個坐標點。
[0041]步驟2:關閉電源熄滅等離子體，調(diào)節(jié)反射端面，即修改1^值，再次重復步驟I進行測量，如此反復在L1可調(diào)量程內(nèi)共取樣18個點，最終得到不同反射端面距離L i處反射功率系數(shù)的大小。
[0042]步驟3:采用最小二乘法對上述18個點進行擬合，并將計算曲線與實驗數(shù)據(jù)進行比對、修正后獲得所述反射端面距離和反射功率系數(shù)的關系曲線。
[0043]定義反射功率系數(shù)為工作狀態(tài)下反射功率汾目對于入射功率的比值P10圖4中“+”表示根據(jù)實驗測量數(shù)據(jù)進行計算得到的對應的反射功率系數(shù)，曲線表示基于等效模型采用最小二乘法得到的擬合曲線，兩條平行于X軸的虛線中上面的線表示假設實驗中所測反射功率系數(shù)為20%對應的直線，該直線與擬合曲線所交的點用圓圈標出，本實施例中將反射功率系數(shù)為10%所對應的直線作為控制方法中設定的反射功率系數(shù)閾值。本實施例啟動MPT全譜儀，控制微波功率、載氣、維持氣和屏蔽氣流量。保持微波入射功率為100 W，載氣與維持氣流量均為0.9 L/min，屏蔽氣流量1.6 L/min，L2固定為13.5mm。
[0044]具體地，首先通過外部測量得到反射端面距離L1的值。啟動儀器和軟件，在計算機軟件中設定反射端面距離LjP反射功率系數(shù)閾值，以10%為例，如圖4中所示。通過點火裝置點燃等離子體，使用計算機軟件讀取此時的反射功率值，取多值平均值。將計算得到的反射功率系數(shù)與閾值10%進行比較，判斷是否超出閾值范圍，若反射功率系數(shù)低于10%，則不需對炬管進行調(diào)節(jié)，繼續(xù)讀取反射功率值。若反射功率系數(shù)超出10%，需要通過傳動裝置調(diào)節(jié)炬管反射端面位置以減小反射功率。以20%為例，如圖4中所示，其與擬合曲線在反射端面調(diào)節(jié)范圍為0-120_內(nèi)有4個交叉點，通過初始設定的反射端面距離L1可以定位為某一交叉點，據(jù)此判斷需要調(diào)節(jié)的方向并通過傳動裝置對炬管反射端面位置進行調(diào)節(jié)，可根據(jù)步進電機轉(zhuǎn)速，齒輪參數(shù)計算出步進角度與反射端面距離L1之間的關系，調(diào)節(jié)結(jié)束后根據(jù)該關系實時更新原有反射端面距離L1的值并保存，隨后繼續(xù)讀取反射功率值，如此反復。
[0045]該方法需要注意兩點:1、由于齒輪旋轉(zhuǎn)會有一定的誤差，因此反射端距信息需要定期校正。2、該方法在反射系數(shù)越低時(閾值設定較低)誤判的可能性越大。因為此時根據(jù)曲線得到的兩個位置較為接近，可能在反射端面距離測量誤差范圍內(nèi)。
[0046]但由于該方法是根據(jù)實驗曲線直接進行控制，因此在實驗曲線正確的情況下，利用該方法進行自調(diào)諧能夠獲得更快的反應速率，實現(xiàn)MPT自調(diào)諧的快速反應。
[0047]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，本領域技術人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對這些特征和實施例進行各種改變或等同替換。另外，在本發(fā)明的教導下，可以對這些特征和實施例進行修改以適應具體的情況及材料而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不受此處所公開的具體實施例的限制，所有落入本申請的權(quán)利要求范圍內(nèi)的實施例都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種磁控管微波源MPT自調(diào)諧裝置，所述微波等離子體炬(4)包括耦合天線(5)、調(diào)節(jié)件(6)，其特征在于，所述裝置包括磁控管微波源，控制模塊(2)，傳動裝置(3); 所述微波源與所述耦合天線(5)相連，所述調(diào)節(jié)件(6)與所述傳動裝置(3)相連，所述傳動裝置(3)與所述控制模塊(2)相連，所述控制模塊(2)與所述磁控管微波源相連； 其中，所述磁控管微波源用以: 產(chǎn)生微波電磁場，從而為微波等離子體炬(4)提供微波能， 從耦合天線(5)獲取微波等離子體炬(4)的反饋信息，將反饋信息中的反射功率值提取出來并反饋給控制模塊(2); 所述控制模塊用以依據(jù)所述反射功率值以及預設的參數(shù)關系曲線向所述傳動裝置(3)發(fā)出控制信號； 所述傳動裝置(3)用以根據(jù)所述控制信號帶動調(diào)節(jié)件(6)移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述磁控管微波源包含磁控管(8)、激勵波導(9)、衰減器(12)、檢波器(13)、轉(zhuǎn)接模塊(15);所述磁控管(8)、激勵波導(9)、轉(zhuǎn)接模塊(15)、耦合天線(5)依次相連；所述轉(zhuǎn)接模塊(15)、衰減器(12)、檢波器(13)、控制模塊(2)也依次相連；所述磁控管(8)發(fā)射的微波電磁場經(jīng)由激勵波導(9)、轉(zhuǎn)接模塊(15)、耦合天線(5)依次傳輸，從而為所述微波等離子體炬(4)提供微波能；所述反饋信息經(jīng)耦合天線(5)、轉(zhuǎn)接模塊(15)衰減器(12)、檢波器(13)依次傳輸，所述檢波器(13)用以提取該反射功率值并反饋給控制模塊(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)接模塊(15)包含定向耦合器(10)和波導同軸轉(zhuǎn)接器(11);所述定向耦合器(10)分別與所述激勵波導(9)、波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)、衰減器(12)連接；所述波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)與耦合天線(5)連接，所述波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)用以將定向耦合器(10)的矩形場微波能轉(zhuǎn)換成同軸電磁場模式； 所述磁控管(8)發(fā)射的微波電磁場經(jīng)由激勵波導(9)、定向耦合器(10)、波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)、耦合天線(5)依次傳輸；所述反饋信息經(jīng)由耦合天線(5)、波導同軸轉(zhuǎn)接器(11)、定向耦合器(10)、衰減器(12)、檢波器(13)依次傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)接模塊(15)包含三端口環(huán)形器(14);所述三端口環(huán)形器(14)的第一端口與所述激勵波導(9)相連，所述三端口環(huán)形器(14)的第二端口與所述耦合天線(5 )相連，所述三端口環(huán)形器(14)的第三端口與所述衰減器(12)相連； 所述磁控管(8)發(fā)射的微波電磁場經(jīng)由所述激勵波導(9)、三端口環(huán)形器(14)的第一端口、三端口環(huán)形器(14)的第二端口、耦合天線(5)依次傳輸；所述反饋信息經(jīng)由耦合天線(5)、三端口環(huán)形器(14)的第二端口、三端口環(huán)形器(14)的第三端口、衰減器(12)、檢波器(13)依次傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳動裝置(3)包括電機和聯(lián)動裝置，所述電機分別與所述控制模塊(2)和聯(lián)動裝置連接，所述聯(lián)動裝置與所述調(diào)節(jié)件連接； 所述電機用以根據(jù)控制模塊(2)輸出的控制信號轉(zhuǎn)動，并通過聯(lián)動裝置帶動調(diào)節(jié)件(6)移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊(2)為單片機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊(2)為計算機。
8.一種可自調(diào)諧的磁控管微波源MPT，其特征在于，包括權(quán)利要求1-5所述磁控管微波源MPT自調(diào)諧裝置及等離子體炬(4)。
9.一種磁控管微波源MPT自調(diào)諧控制方法，其特征在于，包含以下步驟: S1:設置反射功率系數(shù)的閾值； 52:獲取實時反射端面距離； 53:讀取實時反射功率作為第一反射功率值，對所述實時反射功率值求取第一反射功率系數(shù)； S4:判斷所述第一反射功率系數(shù)是否大于所述閾值，是，則進入步驟S5，否，則返回步驟S3 ； 55:根據(jù)所述預先獲取的反射端面距離和反射功率系數(shù)的關系曲線和所述實時反射功率系數(shù)確定反射端面的移動方向； 56:根據(jù)所述移動方向控制端面距離的增大或減小反射，返回步驟S2。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟S6具體為: 5601:根據(jù)電機轉(zhuǎn)速、聯(lián)動裝置參數(shù)計算出反射端面距離與所述傳動裝置(3)的傳動距離之間的機械移位關系； 5602:根據(jù)所述機械移位關系、步驟S2中的實時反射端面距離、預先獲取反射端面距離和反射功率系數(shù)的關系曲線、閾值，計算出將所述第一反射功率系數(shù)降低到閾值所需要的所述傳動距離； 5603:根據(jù)所述傳動距離發(fā)送控制信號增大或減小反射端面距離； 5604:返回步驟S2。
【文檔編號】H05H1/30GK104470183SQ201410726630
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】金偉, 于丙文, 朱旦, 金欽漢, 葉瑩, 徐星, 王熙星 申請人:浙江中控研究院有限公司