ICP光源中射频功率测量装置的设计-仪器信息网.PDF

化工自动化及仪表，2010，37(5)：54-56 检测与仪表 ControlandInstrumentsinChemical Industry ICP光源中射频功率测量装置的设计 王超1”，金星1，石宝松1”，杜江3 (1．中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院，武汉430074；2．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033； 3．北京海光仪器公司，北京100016) 500 摘要： 阐述ICP光源中射频功率测量的意义，提出了测量范围为100—1W，频率为27．12MHz的功率 测量装置的设计方案。详细分析了射频功率测量装置中的电路设计，包括采样互感器、功率合成电路、幅度相位 分析电路和移相电路，并给出了判断ICP光源负载状态和性质的方法。在实验中，利用BIRD43型功率计和 BIRD4304A型功率计对射频功率测量装置进行了参数校准。 关键词： ICP光源；功率测量；射频 中图分类号：TM933文献标识码：A 文章编号：1000-3932(2010)05-0054-03 1引言 互感器、移相电路、功率合成器和幅度相位检测器等 在现代分析测试仪器中，ICP—MS、ICP—AES模块单元。首先，利用采样互感器按一定比例提取 (OES)都是一些精密的分析测试仪器，它不仅具有出射频电源输出信号的电流值i和电压值口。将提 极低的检出限，而且能够对ppm量级的含量进行定 取出的两路信号口，和i，通过功率合成器进行合成 量分析‘“，可以快速同时检测周期表上几乎所有元 得到输出值P。，其关系式如式(1)所示。另外，通过 素，成为公认的最有力的元素分析手段。 幅度相位检测器检测出电流信号i和电压信号勘的 此类仪器利用射频电源输出的电能在负载线圈 相位差0和幅度比，并将相位差0、幅度比和功率合 上产生电磁场，将气溶胶电离，形成等离子体。由于 成器的输出值P．进行模数转换，将转换后的数字量 在产生并维持电感耦合等离子体的过程中，负载阻 送至控制单元。通过二元方程组的计算得到射频信 抗会产生变化，为了实现射频能量高效率的传输，需 号的电流值i和电压值秽，进而计算出入射功率、反 对射频电源的能馈传输状态和负载阻抗状态进行检 射功率，并分析得到负载阻抗的性质和状态，如式 测。针对ICP光源的需要，本文提出了射频功率测 (2)、式(3)所示。 量装置的设计方案，并进行了相关实验。 ∥—i=P， (1) 2设计方案 P。=÷·‰·，- (2) 图l为ICP光源的结构图，ICP光源的驱动电 源使用27．12 (3) MHz的射频电源，输出功率在100～P。=÷·％．，H．sin一 1 500 W可调，输出阻抗为50Q，在输出功率为750 式中：‰，IN——电压，电流的峰值；PRE，——反射 —1 500 W的范围内可以形成电感耦合等离子体。 功率；P阿。——入射功率。 由于等离子体的阻抗只有0．5～1．5Q口1，为了满足 产生并维持等离子体的条件，须使射频电源的输出 乜压H感器酬移