專利名稱：發(fā)光分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種發(fā)光分析裝置，其藉由利用放電使試料的構(gòu)成原子蒸發(fā)發(fā)光，并測定其發(fā)光強度，而對試料的元素組成進(jìn)行分析。本發(fā)明特別是關(guān)于一種這樣的發(fā)光分析裝置，其特征是使金屬試料和放電電極之間產(chǎn)生大電流的火花放電，并在短時間內(nèi)進(jìn)行多元素同時分析。
背景技術(shù)：
在發(fā)光分析裝置中，是使金屬試料和放電電極之間(放電間隙)產(chǎn)生火花放電。利用大電流的放電，使金屬試料的表面的原子蒸發(fā)，同時利用放電等離子而對該原子進(jìn)行激勵。因為被激勵的原子以各個元素固有的線形頻譜進(jìn)行發(fā)光，所以，藉由將該光導(dǎo)入分光器中，并對特定波長的光的強度進(jìn)行測定，可特定該等離子中所存在的元素的量。藉由同時測定多個波長的光，可判明等離子中的各種元素的量，并由該信息而特定構(gòu)成金屬試料的元素的組成。
在現(xiàn)有的發(fā)光分析裝置(圖3)中，主放電電源12和點火器電路13是與金屬試料32和電極31所形成的放電間隙11連接而形成主放電電流路徑。在主放電電源12中，使電容器被充電到數(shù)百V，并在放電間隙11(金屬試料32和電極31的間隙)間開始放電后，供給用于形成大電流的火花放電的能量?？刂蒲b置14對主放電電源12或點火器電路13的充電電壓或時序等進(jìn)行控制。
為了避免分析中的試料表面狀態(tài)的變化，金屬試料32和電極31的間隙通常填充有稀有氣體等。金屬試料32和電極31相距數(shù)mm左右的間隔而配置著，不會因數(shù)百V的電壓施加而開始放電。點火器電路13用于將在點火變壓器21的次級線圈上所產(chǎn)生的10kV左右的高電壓施加在電極31上，而使放電開始。
在點火變壓器21的初級線圈上連接有勵磁電源23和電流控制裝置22以形成勵磁電流路徑。首先，藉由使電流控制裝置22成為導(dǎo)通狀態(tài)，而使電流從勵磁電源23流向初級線圈，以激勵初級線圈。此時，放電間隙11中，雖然通過點火變壓器21的次級線圈而施加主放電電源12的電容器中已被充電的電壓，但因為電壓低，所以并未開始放電。
當(dāng)初級線圈中流過規(guī)定的電流時，藉由使電流控制裝置22成為切斷狀態(tài)，則點火變壓器21中所積蓄的磁能量，使二次線圈產(chǎn)生10kV以上的感應(yīng)電壓，破壞放電間隙11(金屬試料32和電極31的間隙)的絕緣而開始放電。
一旦開始放電后，則從主放電電源12通過點火變壓器21的次級線圈，對放電間隙11供給能量，使放電電流急速增加，而在放電間隙11中形成高能量的火花放電。此時，金屬試料32的表面局部地形成高溫，使構(gòu)成試料的原子開始蒸發(fā)。
已蒸發(fā)的原子藉由等離子中的電子而被激勵。然后，當(dāng)受到激勵的原子返回到穩(wěn)定的狀態(tài)時，發(fā)出相當(dāng)于該能量差的波長的光。因為在各個元素中存在固有的能量能級，所以光的波長也形成元素固有的線形頻譜。將該等離子中的發(fā)光效率良好地導(dǎo)入分光器中，并對各個元素分別同時測定元素固有的光的強度。各個波長的光強度當(dāng)然并不單純地與元素的組成比成比例。但是，因為各個元素的量大致成比例，所以藉由預(yù)先求取發(fā)光強度和元素的量的關(guān)系，可將發(fā)光強度換算為元素的量而決定元素組成。
但是，火花放電所產(chǎn)生的等離子因為根據(jù)試料表面的狀態(tài)等而放電條件有所不同，所以在多次放電中蒸發(fā)的元素的量或發(fā)光強度未必一定，每次會隨機(jī)地進(jìn)行變化。因此，藉由反復(fù)進(jìn)行多次測定，并對所得到的發(fā)光強度的信號進(jìn)行積算或平均化的處理，可提高測定值的準(zhǔn)確度。而且，藉由在測定的開始時，不進(jìn)行發(fā)光強度的測定而只進(jìn)行放電(預(yù)放電)，并等待金屬試料32和電極31的表面狀態(tài)變得穩(wěn)定，然后進(jìn)行分析，可提高測定值的準(zhǔn)確度。
由于試料表面因放電而被削去，所以在進(jìn)行適當(dāng)次數(shù)的測定后，要移動試料表面的測定部位，且對試料表面進(jìn)行再研磨，而注意盡可能地使放電條件保持一定。
另一方面，因放電而從金屬試料32的表面蒸發(fā)的原子，附著在周邊的絕緣體或電極31的表面上。在絕緣體上，制作從放電等離子看不到的部分等而確保絕緣，但電極31總是面向金屬試料32或等離子面，會在電極31的頂端部上附著從試料所蒸發(fā)出的堆積物，而使放電條件變化。而且，最終會阻礙正常的放電。因此，在分析試料的研磨的同時，還需要進(jìn)行電極31的研磨作業(yè)，從而除了分析作業(yè)以外，還產(chǎn)生多余的維護(hù)作業(yè)，所以使裝置的運轉(zhuǎn)效率降低。
在專利文獻(xiàn)1所記述的先行技術(shù)中，提示了這樣一種技術(shù)，其為了減輕上述電極31的研磨作業(yè)的負(fù)擔(dān)，而使主放電的電流的朝向(極性)反轉(zhuǎn)，以除去電極31上的堆積物。
圖4為利用該先行技術(shù)的發(fā)光分析裝置的構(gòu)成圖。在圖3的構(gòu)成中，主放電電源12為極性固定的主放電電源，但在圖4的構(gòu)成中，是使用可進(jìn)行極性反轉(zhuǎn)的主放電電源15。但是，只是使主放電電源15的極性反轉(zhuǎn)，無法得到穩(wěn)定的放電，所以可在點火器電路內(nèi)部設(shè)置輔助放電間隙24，使點火變壓器由主放電電流路徑分離。
放電開始時的放電間隙11的電壓(放電開始電壓)，根據(jù)此時的電極31或金屬試料32的表面的狀態(tài)等而發(fā)生變化。點火變壓器21的磁能量為了在轉(zhuǎn)換為電能量時，能夠?qū)⒍蝹?cè)的電容負(fù)荷進(jìn)行充電而產(chǎn)生較放電開始電壓還高的電壓，需要付與足夠的能量至點火變壓器21的磁能量。因此，在圖3的構(gòu)成中，當(dāng)放電開始時，于點火變壓器21中還殘留有磁能量，以維持著與放電開始時相同朝向的電流。因此，在使主放電電源的電壓極性反轉(zhuǎn)時，無法良好地提升反向的主放電電流。
在圖4中，藉由使點火變壓器21和主放電電源15并聯(lián)連接，可在放電開始時的電流和主放電電流的朝向相反的情況下，也穩(wěn)定地提升火花放電。因為點火變壓器21和主放電電源15被并聯(lián)連接，所以利用輔助放電間隙24將點火變壓器21與主放電電源15進(jìn)行DC式的分離，而防止從主放電電源15的電容器向點火變壓器21進(jìn)行放電。當(dāng)在點火變壓器24中產(chǎn)生高電壓時，輔助放電間隙24的絕緣被破壞而對電極31施加高電壓，繼而使放電間隙11的絕緣被破壞而開始放電。一旦放電開始而電極31的電壓下降時，輔助放電間隙24的電極間的放電停止，只有從主放電電源15向放電間隙11的主放電電流增加，而形成火花放電。在該圖4所示的發(fā)光分析裝置中，藉由使主放電電流的極性反轉(zhuǎn)，可除去電極31上的堆積物，能夠減輕電極31的研磨作業(yè)的負(fù)擔(dān)。
日本專利實用公開的實公昭56-47564號公報在現(xiàn)有的發(fā)光分析裝置中，是由于進(jìn)行多個火花放電，而在電極31上形成從試料電極所蒸發(fā)的堆積物，而為了除去這些堆積物所進(jìn)行的電極31的研磨作業(yè)就形成一種負(fù)擔(dān)。在圖4所示的先行技術(shù)中，是藉由反極性的放電以除去電極31上的堆積物，而減輕電極31的研磨作業(yè)的負(fù)擔(dān)。
但是，在輔助電極間隙24中也是電流量小，而為了流過與放電間隙11同樣的放電電流，需要使輔助電極間隙24的電極也進(jìn)行研磨作業(yè)。雖然電極研磨作業(yè)的頻度低下，但依然會產(chǎn)生除了分析作業(yè)以外的多余的維護(hù)作業(yè)，所以，存在著裝置的運轉(zhuǎn)率下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種發(fā)光分析裝置，為一種包括放電間隙、點火器電路和主放電電源的發(fā)光分析裝置，而該點火器電路用于使前述放電間隙中開始放電，該主放電電源用于在前述放電間隙中維持著放電；其中，前述點火器電路包括點火變壓器、一對電流控制裝置和勵磁電源；在前述點火變壓器的次級線圈上，前述放電間隙和前述主放電電源串聯(lián)連接以形成主放電電流路徑；在前述點火變壓器的初級線圈上，前述一對電流控制裝置和前述勵磁電源串聯(lián)連接以形成勵磁電流路徑；前述一對電流控制裝置以彼此相反的極性而連接著。
另外，在本發(fā)明所提供的發(fā)光分析裝置中，是藉由使前述勵磁電源的電壓極性反轉(zhuǎn)，而將前述點火變壓器的次級線圈中所產(chǎn)生的高電壓的極性反轉(zhuǎn)。
另外，在本發(fā)明所提供的發(fā)光分析裝置中，前述電流控制是利用一個，或者并列連接的多個電源系開關(guān)元件而構(gòu)成。
另外，在本發(fā)明所提供的發(fā)光分析裝置中，前述勵磁電源電路由電容器和充電電路構(gòu)成，并依據(jù)前述點火變壓器的次級線圈上所產(chǎn)生的高電壓的極性，而切換前述電容器的充電電壓的極性。
如利用關(guān)于本發(fā)明的發(fā)光分析裝置，則藉由反轉(zhuǎn)主放電電流的朝向，以除去電極31上的堆積物，可減輕電極31的研磨作業(yè)的負(fù)擔(dān)。而且，因為不使用輔助電極間隙，所以沒有必要進(jìn)行多余的電極研磨作業(yè)。
由于使電極研磨作業(yè)的頻度大幅降低，所以除了分析作業(yè)以外，不產(chǎn)生多余的維護(hù)作業(yè)，使裝置的運轉(zhuǎn)率提高。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1為本發(fā)明的一實施例的發(fā)光分析裝置的構(gòu)成圖。
圖2為本發(fā)明的一實施例的發(fā)光分析裝置的點火器電路的構(gòu)成圖。
圖3為利用現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光分析裝置的構(gòu)成圖。
圖4為利用現(xiàn)有技術(shù)的另外的發(fā)光分析裝置的構(gòu)成圖。
11放電間隙 12主放電電源13點火器電路14控制裝置15主放電電源21點火變壓器22電流控制裝置 23勵磁電源24輔助放電間隙 25電流控制裝置31電極 32金屬試料40勵磁電源 41電容器42a、42b充電電壓轉(zhuǎn)換器 43充電用電源
具體實施例方式
以下，參照圖示對關(guān)于本發(fā)明的發(fā)光分析裝置詳細(xì)地進(jìn)行說明。圖1為發(fā)光分析裝置的構(gòu)成圖的一個例子，對與圖3至圖4相同的部分付以相同的號碼。裝置的構(gòu)成與關(guān)于圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光分析裝置類似。主放電電源15和點火器電路13是與由金屬試料32和電極31所形成的放電間隙11連接以形成主放電電流路徑。在主放電電源15中，電容器被預(yù)先充電到數(shù)百V，在對放電間隙11(金屬試料32和電極31的間隙)開始放電后，供給用于形成大電流的火花放電的能量?？刂蒲b置14對主放電電源15或點火器電路13的充電電壓或時序及電壓極性等進(jìn)行控制。
在點火變壓器21的初級線圈上，串聯(lián)連接有勵磁電源40和一對電流控制裝置22、25以形成勵磁電流路徑。一對電流控制裝置22、25以彼此相反的極性連接著。在圖1中，作為電流控制裝置的一個例子，是使用MOSFET(場效應(yīng)管)。也可利用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵極雙極型功率管)等其它的電流控制裝置。而且，為了增大電流量，也可將多個MOSFET或IGBT等進(jìn)行并列連接的裝置，作為1個電流控制裝置來使用。在該實施例中，是在點火變壓器21的初級線圈的兩端，連接一對電流控制裝置22、25的漏極終端。如使電流控制裝置22、25沿勵磁電流路徑而反向配置，則即使兩者都連接在點火變壓器21的一側(cè)上，在原理上也是可行的。但是，為了在點火變壓器21上產(chǎn)生高電壓時，減少電流控制裝置22、25的控制終端或勵磁電源40的電壓變動，采用圖1那樣，將MOSFET的漏極終端與點火變壓器21的初級線圈相連接的形態(tài)較佳。
圖2所示為勵磁電源40的構(gòu)成的一個例子。點火變壓器21的勵磁電流，從電容器41通過一對電流控制裝置22、25被供給到初級線圈。因此，需要在進(jìn)行激勵之前將電容器41充電到適當(dāng)?shù)碾妷?。另外，在將放電電流的極性進(jìn)行反轉(zhuǎn)時，需要將電容器41的充電電壓也進(jìn)行反轉(zhuǎn)。因此，在電容器41上連接著充電電壓切換器42a、42b和充電用電源43。雖然在圖2中未明確表示，但在充電用電源43中還包括用于控制充電時序的模擬開關(guān)和繼電器等元件，其按照與控制裝置14的信號相對應(yīng)的時序，對充電電壓或電壓極性、充電的時序進(jìn)行控制。
對在圖2所示的充電電壓切換器42a、42b的極性狀態(tài)下的點火器電路13的動作進(jìn)行說明。預(yù)先將電容器41進(jìn)行充電后，使電流控制裝置22為導(dǎo)通狀態(tài)。電流控制裝置25在為MOSFET等的情況下，通常是利用體二極管(body diode)而對該極性自動地形成導(dǎo)通狀態(tài)，但為了防止因順向電壓下降所造成的損失，也可操作柵極電壓而積極地形成導(dǎo)通狀態(tài)。或者，在不是體二極管等，而為不自動地形成導(dǎo)通狀態(tài)的類型的電流控制裝置的情況下，需要積極地形成導(dǎo)通狀態(tài)。
當(dāng)初級線圈的電流達(dá)到規(guī)定的電流值時，使電流控制裝置22為切斷狀態(tài)。受到激勵的點火變壓器21將包括初級線圈或次級線圈的線間電容或雜散電容在內(nèi)的負(fù)荷電容進(jìn)行充電，并逐漸失去能量。為了使次級線圈產(chǎn)生高電壓，須使次級線圈的圈數(shù)增加，所以次級側(cè)的電容的影響增大，要考慮盡可能地使電容縮小。當(dāng)在與次級線圈連接的放電間隙11中產(chǎn)生足夠的高電壓時，放電間隙11(金屬試料32和電極31的間隙)的絕緣被破壞而開始放電。
放電開始的電壓依據(jù)電極31或金屬試料32的表面狀態(tài)等而每次產(chǎn)生變動，所以，點火變壓器21的勵磁能量是超額地給予。因此，在剛開始放電后，可利用剩余的磁能量而使電流持續(xù)。在主放電電源15上，由于施加有用于使該電流增加的方向的電壓，所以放電電流與時間一起增加，并在放電間隙11中形成高能量的火花放電。
為了使多個試料構(gòu)成原子蒸發(fā)，需要增大主放電電流，而在短時間內(nèi)將金屬試料32的表面加熱到高溫。因此，采用一種使點火變壓器21的次級線圈的電感盡可能小的構(gòu)成。而且，在使次級線圈產(chǎn)生高電壓時，為了將初級線圈所產(chǎn)生的電壓，控制為電流控制裝置22、25可使用的實用的電壓值(例如1kV)，而使初級線圈的電感更小。因此，為了得到所需的勵磁能量，而使在初級線圈中流過的勵磁電流成為超過100A的大電流。
這樣，在產(chǎn)生高電壓及大電流的初級線圈中，使用通常的繼電器等以切換電流的極性，從耐電壓或電流容量的方面來看是不可能的。MOSFET等電流控制裝置22、25比較容易控制超過100A的大電流，但通常是設(shè)計用來在單一極性下使用的。因此，如將一對電流控制裝置22、25如圖1或圖2所示那樣，沿勵磁電流路徑反向連接，則在切換電流的極性時，某一個電流控制裝置可切斷該電流，還可承受漏極終端所產(chǎn)生的高電壓。與勵磁電源40連接的源極終端或與控制裝置14連接的柵極終端，可不受在初級線圈的兩端所產(chǎn)生的例如1kV左右的高電壓脈沖所造成的影響，可防止錯誤動作。
當(dāng)為了除去在電極31上所附著的堆積物而進(jìn)行相反極性的放電時，使對主放電電源上充電的電壓預(yù)先反轉(zhuǎn)，然后切換充電電壓切換器42a、42b的電壓，而使勵磁電源40內(nèi)部的電容器41的充電電壓預(yù)先反轉(zhuǎn)。藉由使電流控制裝置25成為導(dǎo)通狀態(tài)，而使勵磁電流反向流動。此時，電流控制裝置22如上所述，只要為電流流動的狀態(tài)即可。藉由使電流控制裝置25成為切斷狀態(tài)，使在點火變壓器21的次級線圈上所產(chǎn)生的高電壓的極性也反轉(zhuǎn)，并利用以反極性被充電的主放電電源15，而形成主放電電流反向的火花放電。
這樣，如利用本發(fā)明的發(fā)光分析裝置，可容易地產(chǎn)生反極性的火花放電，能夠除去由試料蒸發(fā)并附著在電極31的頂端部的堆積物。另外，因為不使用輔助放電間隙，所以也沒有必要采用輔助放電間隙的電極的研磨等作業(yè)。因此，使電極研磨作業(yè)的頻度大幅降低，從而除了分析作業(yè)以外，不產(chǎn)生其它多余的維護(hù)作業(yè)，使裝置的運轉(zhuǎn)率提高。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光分析裝置，其為一種包括放電間隙、點火器電路和主放電電源的發(fā)光分析裝置，而該點火器電路用于使前述放電間隙中開始放電，該主放電電源用于在前述放電間隙中維持著放電；其特征在于前述點火器電路包括點火變壓器、一對電流控制裝置和勵磁電源；在前述點火變壓器的次級線圈上，前述放電間隙和前述主放電電源串聯(lián)連接著以形成主放電電流路徑；在前述點火變壓器的初級線圈上，前述一對電流控制裝置和前述勵磁電源串聯(lián)連接著以形成勵磁電流路徑；以及前述一對電流控制裝置以彼此相反的極性相連接著。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于，藉由使前述勵磁電源的電壓極性反轉(zhuǎn)，而將在前述點火變壓器的次級線圈中所產(chǎn)生的高電壓的極性進(jìn)行反轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1至2所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于，藉由在前述勵磁電源電壓極性的反轉(zhuǎn)的同時，將前述主放電電源的電壓極性反轉(zhuǎn)，而使主放電電流的朝向反轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求1至3所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于，前述電流控制裝置是利用一個，或者并列連接的多個電源系開關(guān)元件而構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1至4所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于，前述勵磁電源電路由電容器和充電電路構(gòu)成，并依據(jù)前述點火變壓器的次級線圈上所產(chǎn)生的高電壓的極性，而切換前述電容器的充電電壓的極性。
6.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于此發(fā)光分析裝置不使用輔助電極間隙，因此沒有必要進(jìn)行多余的電極研磨作業(yè)。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于點火變壓器的初級線圈的兩端，連接前述一對電流控制裝置的漏極終端。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于點火變壓器的勵磁電流從一電容器通過前述一對電流控制裝置被供給到初級線圈。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于前述電容器上連接著充電壓切換器和充電用電源。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光分析裝置，其特征在于前述充電電源包括用于控制充電時序的模擬開關(guān)或繼電器等元件。
全文摘要
一種發(fā)光分析裝置，其包括放電間隙、點火器電路和主放電電源；其中，點火器電路包括點火變壓器、一對電流控制裝置和勵磁電源；在點火變壓器的次級線圈上，放電間隙和主放電電源串聯(lián)連接著以形成主放電電流路徑；在點火變壓器的初級線圈上，一對電流控制裝置和前述勵磁電源串聯(lián)連接著以形成勵磁電流路徑；又，一對電流控制裝置以彼此相反的極性而連接著。藉由使勵磁電源的電壓極性反轉(zhuǎn)，而使點火變壓器的次級線圈上所產(chǎn)生的高電壓的極性反轉(zhuǎn)，同時藉由使主放電電源的電壓極性反轉(zhuǎn)，而使主放電電流的朝向反轉(zhuǎn)。利用反極性的放電，而除去電極上的堆積物。
文檔編號G01N21/62GK101059441SQ200710002638
公開日2007年10月24日 申請日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者河藤栄三 申請人:株式會社島津制作所