一种分析电源、矿粉分析装置及方法

摘要

本发明涉及一种大功率等离子分析电源，包括：电源，所述电源给磁阻提供电流；磁阻，所述磁阻具有输出端；磁阻驱动，所述磁阻驱动控制所述磁阻的电感；脉冲发生器，所述脉冲发生器输出高压脉冲；控制单元，所述控制单元控制所述电源、磁阻驱动和脉冲发生器工作。本发明还公开了一种矿粉分析装置及方法。本发明具有可靠性、稳定性、可重复性高、可控制范围宽等优点。

权利要求

1.一种分析电源，包括：

电源，所述电源给磁阻提供电流；

磁阻，所述磁阻具有输出端；

磁阻驱动，所述磁阻驱动控制所述磁阻的电感；

脉冲发生器，所述脉冲发生器输出高压脉冲；

控制单元，所述控制单元按照以下时序控制电源、磁阻驱动和脉冲发生器：控制电源输出；

控制磁阻驱动，使磁阻饱和；

控制脉冲发生器，使脉冲发生器无输出；

控制电源关闭；

控制磁阻驱动，使磁阻复位；

控制脉冲发生器，使脉冲发生器输出高压脉冲，返回电源输出。

2.根据权利要求1所述的分析电源，其特征在于：所述控制单元为数字信号处理器。

3.根据权利要求1所述的分析电源，其特征在于：所述电源为数字电源。

4.根据权利要求3所述的分析电源，其特征在于：所述数字电源的电流输出范围为0～

200A。

5.一种矿粉分析装置，包括权利要求1～4任一所述的分析电源、激发单元和分析单元，所述分析电源的输出端与激发单元相连，所述分析电源输出高压脉冲和大电流作用到激发单元上，使激发单元内的矿粉元素发出光谱；所述分析单元接收激发单元的光谱并对光谱进行分析。

6.一种矿粉分析方法，包括以下步骤：A、提供权利要求5所述的矿粉分析装置，设定高压脉冲及大电流输出切换时间，分析电源输出高压脉冲和大电流作用到激发单元上，使激发单元内的矿粉元素发出光谱；

B、分析单元接收激发单元的光谱并对光谱进行分析。

说明书

一种分析电源、矿粉分析装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种分析电源、分析装置及方法，尤其是一种大功率等离子分析电源、矿粉分析装置及方法。

背景技术

[0002] 对矿物进行高精度的光谱分析，目前市面上有两种仪器，一种是采用化学分析方法的ICP-OES或ICP-MS，一种是将矿粉离子化的直读光谱分析仪。

[0003] 其中，采用化学分析方法的ICP-OES或ICP-MS，需对固体矿物样品进行采样、消解等一系列前处理过程，将矿物样品转化成可供ICP-OES或ICP-MS检测的样品形态，这种方法能够实现矿物检测，但其制样时间长，且，仅适用于弱酸性物质，不适用碱性物质；同时，对有些元素的检测限不高，对检测对象有限制，不能满足现场采矿和复杂的矿样矿粉快速准确分析的场合。

[0004] 而直读光谱分析仪，无需对样品进行前处理，能够对矿物进行快速、直接的高精度光谱分析。直读光谱分析仪的工作过程如下：首先对样品进行均匀等离子化，由于大多数矿物不是导体，无法直接进行电处理，需要用高压对样品进行激化，同时加上适当的大电流，在一定的时间里，样品转化成等离子，在适当且稳定的等离子化下，将产生电子跃迁，不同的物质将发射不同波长的特征谱线，发射出的特征光谱的强度与其含量成比例。

[0005] 在这种分析方法中，高压且受控的大电流的等离子电源的性能会直接影响最终的分析结果。

[0006] 现有技术一般利用工频变压器对市电进行隔离，利用可控硅控制电流，利用串联电容和电感，用干簧管高压继电器通断产生高压，作用在矿粉上，使矿粉等离子化。

[0007] 这种方法虽能初步实现分析，但有以下缺点：

[0008] 1、稳定性差

[0009] 由于采用的是可控硅的续流特性实现大电流的供应，在外部市电供电影响下，难以保证高电压及大电流的稳定供应；

[0010] 2、无法实现智能控制

[0011] 无法实现可控硅提供的大电流的智能精细控制，使得矿物样品无法达到最佳等离子化；

[0012] 3、体积庞大、能效底

[0013] 可控硅及电源控制体积庞大、重量高，检测效率低下；

[0014] 4、可靠性及安全性差

[0015] 高压继电器中的机械切换容易产生损伤，造成触点粘接，使得分析仪器的可靠性及安全性差；

[0016] 采用高压二极管串联达到高压，成本高，同时受到高压半导器件限制，其反向恢复时间长，且能源损耗大。

[0017] 5、电流工作范围受到限制

[0018] 电流工作范围受到限制，一方面，是受高压继电器等器件的限制，电流只能工作在20A以下；另一方面，高压二极管的工作电流需在30A以内。

[0019] 综上，目前市场上现有的矿粉分析仪，不符合仪器高精、灵巧、稳定使用方便的潮流。

发明内容

[0020] 为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种高可靠性、低成本、高性能的、灵活配置适合各种类型矿粉分析的大功率等离子分析电源，便于集成到矿粉分析仪中。

[0021] 一种分析电源，包括：

[0022] 电源，所述电源给磁阻提供电流；

[0023] 磁阻，所述磁阻具有输出端；

[0024] 磁阻驱动，所述磁阻驱动控制所述磁阻的电感；

[0025] 脉冲发生器，所述脉冲发生器输出高压脉冲；

[0026] 控制单元，所述控制单元控制所述电源、磁阻驱动和脉冲发生器工作。

[0027] 进一步，所述控制单元按照以下时序控制电源、磁阻驱动和脉冲发生器：

[0028] 控制电源输出；

[0029] 控制磁阻驱动，使磁阻饱和；

[0030] 控制脉冲发生器，使脉冲发生器无输出；

[0031] 控制电源关闭；

[0032] 控制磁阻驱动，使磁阻复位；

[0033] 控制脉冲发生器，使脉冲发生器输出高压脉冲，返回电源输出。

[0034] 作为优选，所述控制单元为数字信号处理器。

[0035] 作为优选，所述电源为等离子分析电源。

[0036] 进一步，所述电源为数字电源。

[0037] 进一步，所述数字电源的电流输出范围为0～200A。

[0038] 本发明还提供了一种矿粉分析装置，包括分析电源、激发单元和分析单元，所述分析电源的输出端与激发单元相连，所述分析电源输出高压脉冲和大电流作用到激发单元上，使激发单元内的矿粉元素发出光谱；所述分析单元接收激发单元的光谱并对光谱进行分析。

[0039] 进一步，所述分析电源为等离子分析电源，所述激发单元为等离子激发单元。

[0040] 进一步，所述分析电源为上述任一所述的分析电源。

[0041] 本发明还提供了一种矿粉分析方法，包括以下步骤：

[0042] A、分析电源输出高压脉冲和大电流作用到激发单元上，使激发单元内的矿粉元素发出光谱；

[0043] B、分析单元接收激发单元的光谱并对光谱进行分析。

[0044] 进一步，在步骤A中，设定高压脉冲及大电流输出切换时间。

[0045] 进一步，采用上述任一所述的矿粉分析装置进行分析。

[0046] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

[0047] 1、无需高压机械切换、也无需大量高压整流管，产生高压激化脉冲。使整机响应速度快、效率高、高压切换达到微秒级，实现精准控制。

[0048] 2、智能化程度高，适应性能，可产同时产生电弧和火花，并可交替进行，并且可数字配置电弧和火花等离子化曲线。

[0049] 3、可靠性、稳定性、可重复性高、可控制范围宽。

附图说明

[0050] 图1为实施例2中的矿粉分析装置结构示意图；

[0051] 图2是电源及磁阻高压切换控制时序示意图；

[0052] 图3是电源及磁阻高压切换流程示意图。

具体实施方式

[0053] 实施例1

[0054] 一种分析电源，包括：

[0055] 电源，所述电源给磁阻提供电流；

[0056] 磁阻，所述磁阻具有输出端；

[0057] 磁阻驱动，所述磁阻驱动控制所述磁阻的电感；

[0058] 脉冲发生器，所述脉冲发生器具有输出端输出高压脉冲，与所述磁阻的输出端共同作为大功率等离子分析电源的总输出端；

[0059] 控制单元，所述控制单元控制所述电源、磁阻驱动和脉冲发生器工作。

[0060] 所述电源能够输出大电流，给后续器件提供电弧能量。

[0061] 作为优选，所述电源为等离子电源。

[0062] 作为优选，所述电源为数字电源。

[0063] 数字电源可以为按照一定的组合频率进行多路脉冲输出，只要有脉冲输出时，电源输出即为高，没有脉冲输出时相当于关闭电源，此时电源输出应该为低。

[0064] 进一步，所述数字电源的电流输出范围为0～200A。

[0065] 所述电源能够输出大范围电流，其电流输出的过程如下：220或者110VAC的市电输入至电源，在电源内部分成两路，其中一路到辅助电源，产生整机所需的各种辅电，另一路经EMI整流滤波到PFC功率电路模块；PFC功率电路模块，在所述控制单元的控制下，把电源输入转化成固定的380V直流高压供给大功率模块，使电源的功率因素达99％以上；大功率模块产生各种驱动波形，经隔离驱动大功率桥式谐振电路，产生0-200A，持续时长0-2min可调，并随时动态可设输出大功率等离子电流；

[0066] 进一步，所述控制单元按照以下时序控制电源、磁阻驱动和脉冲发生器：

[0067] 控制电源输出；

[0068] 控制磁阻驱动，使磁阻饱和；

[0069] 控制脉冲发生器，使脉冲发生器无输出；

[0070] 控制电源关闭；

[0071] 控制磁阻驱动，使磁阻复位；

[0072] 控制脉冲发生器，使脉冲发生器输出高压脉冲，返回电源输出。

[0073] 在电源输出大功率等离子电流时，控制单元控制磁阻驱动，使得磁阻电感接近0，即磁阻饱和；此时，控制单元控制脉冲发生器，使得脉冲发生器无输出；

[0074] 在电源关闭时，控制单元控制磁阻驱动，使得磁阻电感达到2H以上，产生10M欧以上的感抗，即使磁阻复位；此时，控制单元控制脉冲发生器，使得脉冲发生器输出高压脉冲，再返回电源输出大电流。在电源关闭时，磁阻产生的高阻抗，使得脉冲发生器输出的高压脉冲不能通过磁阻再返回电源。

[0075] 控制单元只要能实现上述控制功能即可，对其是具体电路结构还是软件模块不加限制；

[0076] 作为优选，所述控制单元为数字信号处理器。

[0077] 控制单元还包括风冷、水冷、以及环境相关的控制，以保障电源的稳定性和可靠性，此为本领域的现有技术，在此不再赘述。

[0078] 上述分析电源能够输出大电流和高压脉冲，可以将其应用至矿粉分析装置中。

[0079] 本发明还提供了一种矿粉分析装置，包括分析电源、激发单元和分析单元，所述分析电源的输出端与激发单元相连，所述分析电源输出高压脉冲和大电流作用到激发单元上，使激发单元内的矿粉元素发出光谱；所述分析单元接收激发单元的光谱并对光谱进行分析。

[0080] 高压脉冲输出后，作用到激发单元内的矿粉上，使其电离，高压脉冲为瞬间输出，输出后即变为无输出，电源输出大电流，磁阻饱和，能够将大电流作用到矿粉上，使矿粉熔化并等离子化，产生与矿粉元素相关的特征光谱被分析单元接收并分析。

[0081] 进一步，所述分析电源为本实施例中所述的分析电源。

[0082] 进一步，所述电源为等离子分析电源，所述激发单元为等离子激发单元。

[0083] 本发明还提供了一种矿粉分析方法，包括以下步骤：

[0084] A、分析电源输出高压脉冲和大电流作用到激发单元上，使激发单元内的矿粉元素发出光谱；

[0085] B、分析单元接收激发单元的光谱并对光谱进行分析。

[0086] 进一步，在步骤A中，根据需要设定高压脉冲及大电流输出切换时间。

[0087] 进一步，采用上述任一所述的矿粉分析装置进行分析。

[0088] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

[0089] 无需高压机械切换、也无需大量高压整流管，产生高压激化脉冲。使整机响应速度快、效率高、高压切换达到微秒级，实现精准控制。

[0090] 智能化程度高，适应性能，可产同时产生电弧和火花，并可交替进行，并且可数字配置电弧和火花等离子化曲线。

[0091] 可靠性、稳定性、可重复性高、可控制范围宽。

[0092] 实施例2

[0093] 本实施例为实施例1的应用例。

[0094] 本实施例提供了一种分析电源，应用到矿粉分析中。

[0095] 请参阅图1，一种大功率等离子分析电源，包括：

[0096] 电源1，所述电源1为等离子分析电源，所述电源1与磁阻2和控制单元3相连；

[0097] 磁阻2及磁阻驱动4，所述磁阻驱动4与所述磁阻2和控制单元3相连；

[0098] 脉冲发生器5，所述脉冲发生器5与所述控制单元3相连，所述脉冲发生器5的输出端与所述磁阻2的输出端同时作为大功率等离子分析电源的总输出端10；

[0099] 控制单元3，所述控制单元3控制所述电源1给所述磁阻2提供电流，控制所述磁阻驱动进而控制磁阻的电感，控制所述脉冲发生器输出高压脉冲。

[0100] 所述电源1为数字电源，所述电源1的电流输出范围为0～200A。

[0101] 所述电源1能够输出大范围电流，其电流输出的过程如下：220或者110VAC的市电输入至电源，在电源内部分成两路，其中一路到辅助电源，产生整机所需的各种辅电，另一路经EMI整流滤波到PFC功率电路模块；PFC功率电路模块，在所述控制单元的控制下，把电源输入转化成固定的380V直流高压供给大功率模块，使电源的功率因素达99％以上；大功率模块产生各种驱动波形，经隔离驱动大功率桥式谐振电路，产生0-200A，持续时长0-2min可调，并随时动态可设输出大功率等离子电流；

[0102] 请参阅图2、图3，设定高压脉冲及大电流输出切换时间，本实施例的控制单元按照以下时序控制电源、磁阻驱动和脉冲发生器：

[0103] 控制电源输出；

[0104] 控制磁阻驱动，使磁阻饱和；

[0105] 控制脉冲发生器，使脉冲发生器无输出；

[0106] 控制电源关闭；

[0107] 控制磁阻驱动，使磁阻复位；

[0108] 控制脉冲发生器，使脉冲发生器输出高压脉冲，返回电源输出。

[0109] 从电源关闭到高压脉冲发出时间大于2uS；磁阻复位到高压脉冲发出时间大于1uS，高压脉冲的脉冲宽度小于0.5uS，完成以后立即输出电源，同时磁阻开关转为饱和状态，完成一次激发，即：

[0110] 在电源输出大功率等离子电流时，控制单元控制磁阻驱动，使得磁阻电感接近0，即磁阻饱和；此时，控制单元控制脉冲发生器，使得脉冲发生器无输出；

[0111] 在电源关闭时，控制单元控制磁阻驱动，使得磁阻电感达到2H以上，产生10M欧以上的感抗，即使磁阻复位；此时，控制单元控制脉冲发生器，使得脉冲发生器输出高压脉冲，再返回电源输出大电流。在电源关闭时，磁阻产生的高阻抗，使得脉冲发生器输出的高压脉冲不能通过磁阻再返回电源。

[0112] 所述控制单元为数字信号处理器。

[0113] 请参阅图1，本实施例还提供了一种矿粉分析装置，包括等离子分析电源、等离子激发单元6和分析单元(未在图中标出)，所述等离子分析电源的输出端与等离子激发单元6相连，所述等离子分析电源输出高压脉冲和大电流作用到等离子激发单元6上，使等离子激发单元6内的矿粉元素发出光谱；所述分析单元接收等离子激发单元的光谱并对光谱进行分析。

[0114] 高压脉冲输出后，作用到等离子激发单元内的矿粉上，使其电离，高压脉冲为瞬间输出，输出后即变为无输出，电源输出大电流，磁阻饱和，能够将大电流作用到矿粉上，使矿粉熔化并等离子化，产生与矿粉元素相关的特征光谱被分析单元接收并分析。

[0115] 进一步，所述等离子分析电源为本实施例中所述的大功率等离子分析电源。

[0116] 本发明还提供了一种矿粉分析方法，包括以下步骤：

[0117] A、等离子分析电源输出高压脉冲和大电流作用到等离子激发单元上，使等离子激发单元内的矿粉元素发出光谱；

[0118] B、分析单元接收等离子激发单元的光谱并对光谱进行分析。

[0119] 进一步，在步骤A中，设定高压脉冲及大电流输出切换时间。根据需要设定[0120] 进一步，采用上述任一所述的矿粉分析装置进行分析。

[0121] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

[0122] 无需高压机械切换、也无需大量高压整流管，产生高压激化脉冲。使整机响应速度快、效率高、高压切换达到微秒级，实现精准控制。

[0123] 智能化程度高，适应性能，可产同时产生电弧和火花，并可交替进行，并且可数字配置电弧和火花等离子化曲线。

[0124] 可靠性、稳定性、可重复性高、可控制范围宽。

[0125] 上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是：分析电源能够分时输出高压脉冲和大电流。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。