本實(shí)用新型屬于微波等離子體炬技術(shù)以及化學(xué)和測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微波等離子體發(fā)生裝置，尤其涉及一種自動(dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬裝置。

背景技術(shù)：

微波等離子體炬是金欽漢教授等(Jin,Q.,et al.,A microwave plasma torch assembly for atomic emission spectrometry.Spectrochimica Acta Part B:Atomic Spectroscopy,1991.46B(3):p.417‐430.)提出的一種微波等離子體形成裝置(對(duì)應(yīng)申請(qǐng)專利號(hào)為CN 94205428.8)，可用于原子發(fā)射光譜分析用光源、原子光譜的離子源、氣體分解等領(lǐng)域。該裝置具有金屬的三管同軸結(jié)構(gòu)，等離子體在中管和內(nèi)管上端面形成，延伸到大氣中，其點(diǎn)火方式為用特斯拉線圈或者螺絲刀接觸中管和內(nèi)管頂端形成瞬間短路形成的電火花點(diǎn)燃等離子體(Jin,Q.,et al.,A microwave plasma torch assembly for atomic emission spectrometry.1991.46B:p.pp.417‐430.)，雖然后來該裝置經(jīng)過了很多研究學(xué)者的研究改進(jìn)，點(diǎn)火方式未發(fā)生本質(zhì)變化，需要在等離子體形成區(qū)域提供額外的電火花。如Bilgic等(Bilgic,A.M.,et al.,Design and modelling of a modified 2.45GHz coaxial plasma torch for atomic spectrometry.Spectrochimica Acta Part B:Atomic Spectroscopy,1998.53(5):p.773‐777.)提出的改進(jìn)型微波等離子體炬，點(diǎn)火仍然額外的需要高壓電火花的輔助。

微波等離子體炬的傳統(tǒng)點(diǎn)火方式使得其在應(yīng)用上會(huì)有一定的不足，比如用作原子發(fā)射光譜儀產(chǎn)品，如果采用螺絲刀接觸中管和內(nèi)管頂端的點(diǎn)火方式存在操作人員被點(diǎn)擊的安全隱患，而且會(huì)導(dǎo)致微波泄露，如果采用特斯拉線圈放電的點(diǎn)火方式會(huì)增加額外的高壓放電功能模塊，從而增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且高壓放電針的存在會(huì)對(duì)微波等離子體炬的電磁場(chǎng)造成影響，可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的、可以自動(dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬裝置，可以不需要借助額外的裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火，從而使得微波等離子體炬裝置易用性大大增強(qiáng)，簡(jiǎn)化了裝置結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)裝置的可靠性和穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種自動(dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬裝置，它是由三根同軸金屬、反射端面組成的一端開放的同軸諧振腔，其特征在于可以自動(dòng)點(diǎn)火?？梢宰詣?dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬裝置，是對(duì)微波等離子體炬進(jìn)行了改進(jìn)，傳統(tǒng)的微波等離子體炬的點(diǎn)火需要用特斯拉線圈或者螺絲刀接觸中管和內(nèi)管頂端形成瞬間短路形成的電火花進(jìn)行輔助，存在一定的操作安全性或系統(tǒng)需要額外增加高壓放電裝置，從而增加系統(tǒng)復(fù)雜性和不穩(wěn)定性。本實(shí)用新型提供的微波等離子體炬裝置不需要特斯拉線圈或者螺絲刀接觸中管和內(nèi)管頂端形成瞬間短路形成的電火花的輔助，只需要加上合適的微波功率，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火，使得微波等離子體炬裝置的易用性大大增強(qiáng)，裝置結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，可靠性和穩(wěn)定性也得到了加強(qiáng)。

本實(shí)用新型一種自動(dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬裝置，由外管、中管、內(nèi)管、隔圈、微波耦合接口、外管微波開口、耦合桿、耦合環(huán)、反射端面、調(diào)節(jié)活塞組成，外管、中管、內(nèi)管具有金屬的三管同軸結(jié)構(gòu)，中管和內(nèi)管之間設(shè)有保證同軸以及調(diào)節(jié)電磁場(chǎng)分布的金屬的隔圈，耦合環(huán)設(shè)置在中管外壁，微波耦合接口設(shè)在外管上形成外管微波開口，耦合桿固定在耦合環(huán)上，并位于外管微波開口間，在外管和中管之間設(shè)有反射端面，形成一端開放的同軸諧振腔，反射端面與調(diào)節(jié)活塞連接在一起，通過調(diào)節(jié)活塞可以對(duì)反射端面位置進(jìn)行微調(diào)，以方便調(diào)節(jié)微波等離子體炬性能。微波能通過外管上的外管微波開口、微波耦合接口、耦合桿和耦合環(huán)的共同作用耦合進(jìn)腔體，在腔體內(nèi)形成諧振結(jié)構(gòu)并且在諧振腔開口端形成強(qiáng)電場(chǎng)，擊穿工作氣體形成等離子體。為了微波等離子體炬的自動(dòng)點(diǎn)火需要，開口端等離子體形成區(qū)域形成局部強(qiáng)電場(chǎng)形成電擊穿，這種強(qiáng)電場(chǎng)可以通過調(diào)節(jié)中管和內(nèi)管相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)，因此，內(nèi)管的端口平面突出諧振腔的開放端平面，即內(nèi)管開口端平面相對(duì)中管和外管開口端平面有所突出。

微波等離子體炬的自動(dòng)點(diǎn)火需要開口端等離子體形成區(qū)域形成局部強(qiáng)電場(chǎng)形成電擊穿，這種強(qiáng)電場(chǎng)可以通過調(diào)節(jié)中管和內(nèi)管相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)。為了保證炬管正常工作，需要配備與炬管設(shè)計(jì)相配套的微波源，一般情況下，選用常用的2.45GHz微波源。炬管能夠正常工作的功率范圍與設(shè)計(jì)與加工有一定的關(guān)系，一般情況下，50瓦到400瓦正常工作沒有問題，更高的工作功率則需要配備更好的防護(hù)措施。

所述炬管要正常工作，必須至少有一路工作氣體通入，炬管可以用多種氣體(如Ar氣、He氣、空氣)作為工作氣體，工作氣體由中管通入。如果作為等離子體光譜化學(xué)分析用光源，樣品由內(nèi)管尾端的載氣口導(dǎo)入炬管。外管和中管之間的外空間可以引入屏蔽氣體，用來對(duì)等離子體焰炬進(jìn)行箍縮或者限制外圍氣體進(jìn)入等離子體焰炬，屏蔽氣體從外管上靠近反射端面的屏蔽氣體口引入。

所述的三管同軸結(jié)構(gòu)在尺寸上需要滿足微波傳輸要求。微波可以在中管和外管之間以及中管和內(nèi)管之間傳輸，為了保證諧振腔開口端形成強(qiáng)電場(chǎng)，需要微波以TEM波形式在炬管內(nèi)傳輸，因此外管的內(nèi)徑和中管的外徑的大小需要保證微波在炬管內(nèi)以TEM波傳輸。所述外管的內(nèi)徑和中管的外徑尺寸比例需要考慮微波傳輸線路的阻抗特性，盡量進(jìn)行阻抗匹配設(shè)計(jì)，并且保證微波在炬管中的傳輸模式為TEM模式，為了保證諧振腔中微波傳輸模式為TEM模式，外管內(nèi)徑優(yōu)選20mm，中管外徑優(yōu)選7mm。為了保證內(nèi)管中的載氣載帶樣品的效果，內(nèi)管內(nèi)徑優(yōu)選2mm。

進(jìn)一步的，傳統(tǒng)的炬管在裝配上，諧振腔開口端外管、中管和內(nèi)管在同一平面上，為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火，需要內(nèi)管開口端平面相對(duì)中管和外管開口端平面有所突出，從而形成局部尖端或者局部較強(qiáng)電場(chǎng)，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火。優(yōu)選的內(nèi)管開口端平面相對(duì)中管和外管開口端平面突出0.5‐2mm。

所述的微波等離子體炬，其特征是內(nèi)管的裝配需要突出諧振腔的開放端平面，使得等離子體焰炬形成部位有局部強(qiáng)電場(chǎng)或尖端放電，加上能夠使得微波等離子體炬正常工作的微波功率后能夠自動(dòng)點(diǎn)火。

所述隔圈位于中管和內(nèi)管之間，隔圈與同軸諧振腔的開口端平面距離為四分之一微波波長(zhǎng)的奇數(shù)倍附近。隔圈同時(shí)還具有保證中管和內(nèi)管同軸度的作用，作為優(yōu)選，隔圈與同軸諧振腔的開口端平面距離為四分之一微波波長(zhǎng)。由于中管和內(nèi)管之間需要通過工作氣體，因此隔圈上需要開有小孔方便工作氣體順利通過。

所述反射端面為金屬的短路面，保證了諧振腔的結(jié)構(gòu)。反射端面位置可以在20mm范圍內(nèi)通過調(diào)節(jié)活塞調(diào)節(jié)，但是距離諧振腔的開口端平面應(yīng)該為四分一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍附近，即反射端面距離諧振腔的開口端平面距離大約為四分之三微波波長(zhǎng)。

所述外管微波開口位于外管的管壁上，微波通過外管微波開口以電導(dǎo)或者電容耦合的方式耦合進(jìn)諧振腔的腔體，微波耦合接口連接微波輸入部件與耦合桿，耦合桿與耦合環(huán)連接在一起，耦合環(huán)直接連接到中管，外管微波開口的尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循微波傳輸阻抗匹配的原則，保證微波順利傳輸?shù)街C振腔的腔體內(nèi)部。為了保證耦合進(jìn)諧振腔的腔體的電磁場(chǎng)能夠形成諧振，外管微波開口位置應(yīng)該距離反射端面四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，即距離諧振腔開口端四分之一波長(zhǎng)的偶數(shù)倍，外管微波開口距離諧振腔開口端的距離要小于反射端面到諧振腔開口端的距離。

本實(shí)用新型的工作原理闡述如下：所述的三管同軸的炬管形成了一端開放的諧振腔，在傳統(tǒng)的裝配方式上，開放端平面的外管、中管和內(nèi)管的開口端面基本處于同一平面，不過由于缺少局部的極強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域或者放電尖端，等離子體的點(diǎn)火需要借助外部高壓線圈或者中管和內(nèi)管之間短路形成的電火花實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)整裝配，使得內(nèi)管略微突出一些，能夠保證自動(dòng)點(diǎn)火的成功。進(jìn)一步的，內(nèi)管突出改變了炬管尖端的電磁場(chǎng)分布，在內(nèi)管和中管間形成了局部較強(qiáng)電場(chǎng)，通入等離子體工作氣體，輸入可以使得等離子體正常工作的微波功率，炬管即可自動(dòng)點(diǎn)火形成穩(wěn)定的等離子體。內(nèi)管突出的尺寸不宜過多，以免對(duì)電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)造成強(qiáng)烈破壞，一般突出尺寸0.5‐2mm。

本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是提供所述的一種自動(dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬裝置在制備原子發(fā)射光譜分析用的等離子體源中的應(yīng)用。

本實(shí)用新型的再一個(gè)目的是提供所述的一種自動(dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬裝置在制備用于化學(xué)和測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的等離子體源中的應(yīng)用。

本實(shí)用新型改變了微波等離子體炬的點(diǎn)火方式，傳統(tǒng)的點(diǎn)火方式為用特斯拉線圈或者螺絲刀接觸中管和內(nèi)管頂端形成瞬間短路形成的電火花點(diǎn)燃等離子體。如果做成產(chǎn)品的話，需要考慮到系統(tǒng)的可靠性和操作的方便性，而且還要防止微波泄漏，用螺絲刀點(diǎn)火的方式存在安全隱患以及產(chǎn)品體驗(yàn)不好的問題。用特斯拉線圈需要附加額外的高壓電火花設(shè)備，而且點(diǎn)火針需要靠近等離子體，額外的高壓設(shè)備增加了設(shè)備的復(fù)雜性，降低了設(shè)備的可靠性，點(diǎn)火針也會(huì)對(duì)等離子體周圍的電磁場(chǎng)造成干擾，可能增加等離子體的不穩(wěn)定性。此外，為了保證安全性，需要設(shè)計(jì)微波屏蔽結(jié)構(gòu)，點(diǎn)火針結(jié)構(gòu)的存在也會(huì)影響微波屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。自動(dòng)點(diǎn)火的實(shí)現(xiàn)讓微波等離子體炬的易用性大大增強(qiáng)，既擺脫了高壓點(diǎn)火針對(duì)微波屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，又簡(jiǎn)化了裝置結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了可靠性和穩(wěn)定性。

與金欽漢等提出的微波等離子體炬(對(duì)應(yīng)申請(qǐng)專利號(hào)為CN 94205428.8)相比，本實(shí)用新型提出的微波等離子體炬無需使用內(nèi)管和中管瞬間短路(通常用螺絲刀等金屬部件接觸炬管實(shí)現(xiàn))形成的火花來點(diǎn)燃等離子體，只需加上滿足微波等離子體炬工作的微波功率，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火。與Bilgic等(Bilgic,A.M.,et al.,Design and modelling of a modified 2.45GHz coaxial plasma torch for atomic spectrometry.Spectrochimica Acta Part B:Atomic Spectroscopy,1998.53(5):p.773‐777.)提出的改進(jìn)型微波等離子體炬相比，本實(shí)用新型提出的微波等離子體炬也無需提供額外的高壓電火花，即可點(diǎn)燃等離子體。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是一種自動(dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬原子發(fā)射光譜儀裝置原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步的說明本實(shí)用新型。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。

實(shí)施例1

參見圖1，一種自動(dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬裝置，由外管(1)、中管(2)、內(nèi)管(3)、隔圈(4)、微波耦合接口(5)、外管微波開口(6)、耦合桿(7)、耦合環(huán)(8)、反射端面(9)、調(diào)節(jié)活塞(10)組成，外管(1)、中管(2)、內(nèi)管(3)具有金屬的三管同軸結(jié)構(gòu)，中管(2)和內(nèi)管(3)之間設(shè)有保證同軸以及調(diào)節(jié)電磁場(chǎng)分布的金屬的隔圈(4)，耦合環(huán)(8)設(shè)置在中管(2)外壁，微波耦合接口(5)設(shè)在外管(1)上形成外管微波開口(6)，耦合桿(7)固定在耦合環(huán)(8)上，并位于外管微波開口(6)間，在外管(1)和中管(2)之間設(shè)有反射端面(9)，形成一端開放的同軸諧振腔，反射端面(9)與調(diào)節(jié)活塞(10)連接在一起，通過調(diào)節(jié)活塞(10)可以對(duì)反射端面(9)位置進(jìn)行微調(diào)，以方便調(diào)節(jié)微波等離子體炬性能。微波能通過外管(1)上的外管微波開口(6)、微波耦合接口(5)、耦合桿(7)和耦合環(huán)(8)的共同作用耦合進(jìn)腔體，在腔體內(nèi)形成諧振結(jié)構(gòu)并且在諧振腔開口端形成強(qiáng)電場(chǎng)，擊穿工作氣體形成等離子體。為了微波等離子體炬的自動(dòng)點(diǎn)火需要，開口端等離子體形成區(qū)域形成局部強(qiáng)電場(chǎng)形成電擊穿，這種強(qiáng)電場(chǎng)可以通過調(diào)節(jié)中管和內(nèi)管相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)，因此，內(nèi)管(3)的端口平面突出諧振腔的開放端平面。

微波等離子體炬的自動(dòng)點(diǎn)火需要開口端等離子體形成區(qū)域形成局部強(qiáng)電場(chǎng)形成電擊穿，這種強(qiáng)電場(chǎng)可以通過調(diào)節(jié)中管(2)和內(nèi)管(3)相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)。為了保證炬管正常工作，需要配備與炬管設(shè)計(jì)相配套的微波源，如選用200W的連續(xù)波輸出2.45GHz微波源。

所述炬管要正常工作，必須至少有一路工作氣體通入，炬管可以用多種氣體(如Ar氣、He氣、空氣)作為工作氣體，工作氣體(12)由中管(2)通入，如果作為等離子體光譜化學(xué)分析用光源，樣品由內(nèi)管(3)尾端的載氣口(11)導(dǎo)入炬管。外管(1)和中管(2)之間的外空間可以引入屏蔽氣體，用來對(duì)等離子體焰炬(14)進(jìn)行箍縮或者限制外圍氣體進(jìn)入等離子體焰炬(14)，屏蔽氣體從外管(1)上靠近反射端面(9)的屏蔽氣體口(13)引入。

所述外管(1)的內(nèi)徑和中管(2)的外徑尺寸比例需要考慮微波傳輸線路的阻抗特性，盡量進(jìn)行阻抗匹配設(shè)計(jì)，并且保證微波在炬管中的傳輸模式為TEM模式，為了保證諧振腔中微波傳輸模式為TEM模式，外管(1)內(nèi)徑優(yōu)選20mm，中管(2)外徑優(yōu)選7mm。為了保證內(nèi)管(3)中的載氣載帶樣品的效果，內(nèi)管(3)內(nèi)徑優(yōu)選2mm。

進(jìn)一步的，傳統(tǒng)的炬管在裝配上，外管(1)、中管(2)和內(nèi)管(3)的諧振腔開口端在同一平面上，為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火，需要內(nèi)管(3)開口端平面相對(duì)中管(2)和外管(1)開口端平面有所突出0.5‐2mm，從而形成局部尖端或者局部較強(qiáng)電場(chǎng)，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火。

所述隔圈(4)位于中管(2)和內(nèi)管(3)之間，隔圈(4)與同軸諧振腔的開口端平面距離為四分之一微波波長(zhǎng)。隔圈(4)具有保證中管(2)和內(nèi)管(3)同軸度的作用，由于中管(2)和內(nèi)管(3)之間需要通過工作氣體，因此隔圈(4)上開有小孔(圖中未示出)方便工作氣體順利通過。

所述反射端面(9)為金屬的短路面，保證了諧振腔的結(jié)構(gòu)。反射端面(9)位置可以在20mm范圍內(nèi)通過調(diào)節(jié)活塞(10)調(diào)節(jié)，反射端面(9)距離諧振腔的開口端平面距離大約為四分之三微波波長(zhǎng)。

所述外管微波開口(6)位于外管(1)的管壁上，微波通過外管微波開口(6)以電導(dǎo)或者電容耦合的方式耦合進(jìn)諧振腔的腔體，微波耦合接口(5)連接微波輸入部件與耦合桿(7)，耦合桿(7)與耦合環(huán)(8)連接在一起，耦合環(huán)(8)直接連接到中管(2)，外管微波開口(6)位置與諧振腔開口端距離為二分之一微波波長(zhǎng)。

本實(shí)施例的工作原理闡述如下：所述的三管同軸的炬管形成了一端開放的諧振腔，在傳統(tǒng)的裝配方式上，開放端平面的外管(1)、中管(2)和內(nèi)管(3)的開口端面基本處于同一平面，不過由于缺少局部的極強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域或者放電尖端，等離子體的點(diǎn)火需要借助外部高壓線圈或者中管(2)和內(nèi)管(3)之間短路形成的電火花實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)整裝配，使得內(nèi)管(3)略微突出一些，能夠保證自動(dòng)點(diǎn)火的成功。內(nèi)管(3)突出改變了炬管尖端的電磁場(chǎng)分布，在內(nèi)管(3)和中管(2)間形成了局部較強(qiáng)電場(chǎng)，通入等離子體工作氣體(12)，輸入可以使得等離子體正常工作的微波功率，炬管即可自動(dòng)點(diǎn)火形成穩(wěn)定的等離子體焰炬(14)。內(nèi)管(3)突出的尺寸不宜過多，以免對(duì)電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)造成強(qiáng)烈破壞，突出0.5‐2mm。

本實(shí)用新型改變了微波等離子體炬的點(diǎn)火方式，傳統(tǒng)的點(diǎn)火方式為用特斯拉線圈或者螺絲刀接觸中管(2)和內(nèi)管(3)頂端形成瞬間短路形成的電火花點(diǎn)燃等離子體。如果做成產(chǎn)品的話，需要考慮到系統(tǒng)的可靠性和操作的方便性，而且還要防止微波泄漏，用螺絲刀點(diǎn)火的方式存在安全隱患以及產(chǎn)品體驗(yàn)不好的問題。用特斯拉線圈需要附加額外的高壓電火花設(shè)備，而且點(diǎn)火針需要靠近等離子體，額外的高壓設(shè)備增加了設(shè)備的復(fù)雜性，降低了設(shè)備的可靠性，點(diǎn)火針也會(huì)對(duì)等離子體周圍的電磁場(chǎng)造成干擾，可能增加等離子體的不穩(wěn)定性。此外，為了保證安全性，需要設(shè)計(jì)微波屏蔽結(jié)構(gòu)，點(diǎn)火針結(jié)構(gòu)的存在也會(huì)影響微波屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。自動(dòng)點(diǎn)火的實(shí)現(xiàn)讓微波等離子體炬的易用性大大增強(qiáng)，既擺脫了高壓點(diǎn)火針對(duì)微波屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，又簡(jiǎn)化了裝置結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了可靠性和穩(wěn)定性。

實(shí)施例2

參見圖1的一種自動(dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬裝置，微波等離子體炬的自動(dòng)點(diǎn)火需要開口端等離子體形成區(qū)域形成局部強(qiáng)電場(chǎng)形成電擊穿，這種強(qiáng)電場(chǎng)可以通過調(diào)節(jié)中管(2)和內(nèi)管(3)相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)。為了保證炬管正常工作，需要配備與炬管設(shè)計(jì)相配套的微波源，如選用200W的連續(xù)波輸出2.45GHz微波源。

所述外管(1)內(nèi)徑優(yōu)選20mm，中管(2)外徑優(yōu)選7mm，內(nèi)管(3)內(nèi)徑優(yōu)選2mm。中管(2)壁厚1mm，內(nèi)管(3)壁厚0.5mm。

所述炬管工作氣體選用Ar氣，工作氣體(12)由中管(2)通入，載氣由內(nèi)管(3)尾端的載氣口(11)導(dǎo)入炬管，工作氣體和載氣流量分別為0.6L min^‐1和0.4L min^‐1。

進(jìn)一步的，傳統(tǒng)的炬管在裝配上，外管(1)、中管(2)和內(nèi)管(3)的諧振腔開口端在同一平面上，為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火，需要內(nèi)管(3)開口端平面相對(duì)中管(2)和外管(1)開口端平面有所突出，從而形成局部尖端或者局部較強(qiáng)電場(chǎng)，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火。

通過不斷調(diào)整中管(2)和內(nèi)管(3)相對(duì)外管(1)開放端平面的位置，即中管(2)和內(nèi)管(3)相對(duì)外管(1)開口端突出的距離，在每種情況下分別進(jìn)行自動(dòng)點(diǎn)火測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

從測(cè)試結(jié)果可以看到，開放端平面的外管(1)、中管(2)和內(nèi)管(3)的開口端面基本處于同一平面的情況下，微波等離子體炬無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火，通過調(diào)整裝配，使得內(nèi)管(3)略微突出一些，能夠保證自動(dòng)點(diǎn)火的成功。內(nèi)管(3)突出改變了炬管尖端的電磁場(chǎng)分布，在內(nèi)管(3)和中管(2)間形成了局部較強(qiáng)電場(chǎng)，通入等離子體工作氣體(12)，輸入可以使得等離子體正常工作的微波功率，炬管即可自動(dòng)點(diǎn)火形成穩(wěn)定的等離子體焰炬(14)。

本實(shí)用新型改變了微波等離子體炬的點(diǎn)火方式，傳統(tǒng)的點(diǎn)火方式為用特斯拉線圈或者螺絲刀接觸中管(2)和內(nèi)管(3)頂端形成瞬間短路形成的電火花點(diǎn)燃等離子體。如果做成產(chǎn)品的話，需要考慮到系統(tǒng)的可靠性和操作的方便性，而且還要防止微波泄漏，用螺絲刀點(diǎn)火的方式存在安全隱患以及產(chǎn)品體驗(yàn)不好的問題。用特斯拉線圈需要附加額外的高壓電火花設(shè)備，而且點(diǎn)火針需要靠近等離子體，額外的高壓設(shè)備增加了設(shè)備的復(fù)雜性，降低了設(shè)備的可靠性，點(diǎn)火針也會(huì)對(duì)等離子體周圍的電磁場(chǎng)造成干擾，可能增加等離子體的不穩(wěn)定性。此外，為了保證安全性，需要設(shè)計(jì)微波屏蔽結(jié)構(gòu)，點(diǎn)火針結(jié)構(gòu)的存在也會(huì)影響微波屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。自動(dòng)點(diǎn)火的實(shí)現(xiàn)讓微波等離子體炬的易用性大大增強(qiáng)，既擺脫了高壓點(diǎn)火針對(duì)微波屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，又簡(jiǎn)化了裝置結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了可靠性和穩(wěn)定性。

表1用Ar氣工作的微波等離子體炬自動(dòng)點(diǎn)火條件測(cè)試

注：0代表不能自動(dòng)點(diǎn)火，1代表可以自動(dòng)點(diǎn)火成功。中管相對(duì)外管凸出，位置表示為正，否則為負(fù)，如表中‐1mm表示中管上端面相對(duì)于外管上端面偏下1mm。

實(shí)施例3

參見圖2，為一種自動(dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬原子發(fā)射光譜儀裝置原理圖。

微波等離子體炬原子發(fā)射光譜儀的核心部分是微波源(16)和炬管(17)，微波源(16)提供了維持等離子體持續(xù)工作的微波能，民用的微波頻率較多的是915±50MHz和2450±50MHz，在等離子體微波源所需要的千瓦左右功率范圍內(nèi)，一般選用2450±50MHz的連續(xù)波大功率磁控管。微波源(16)的核心部分是磁控管，供電電源(15)給磁控管供電，閉路保護(hù)裝置(20)根據(jù)微波源(16)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止磁控管電流過大，防止微波源溫度過高，若出現(xiàn)異常狀況關(guān)閉微波輸出，防止器件損壞。微波源(16)輸出的微波能量耦合進(jìn)炬管(17)，炬管(17)是一種自動(dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬裝置，炬管(17)通入適當(dāng)?shù)墓ぷ鳉怏w，加載適當(dāng)?shù)奈⒉üβ?，即可形成可用于原子發(fā)射光譜分析的等離子體光源。通過炬管(17)的載氣引入待測(cè)物，待測(cè)物在等離子體中經(jīng)過一系列過程完成光譜激發(fā)，發(fā)射出待測(cè)元素特有的光譜信號(hào)，通過分光檢測(cè)系統(tǒng)(18)對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行分光與信號(hào)采集處理，可以得到光譜信號(hào)。通過光譜信號(hào)處理系統(tǒng)(19)的分析，可以實(shí)現(xiàn)定量或者定性的元素測(cè)量。

所述的炬管(17)是具有三管同軸結(jié)構(gòu)的金屬管，類似一端開放的同軸電纜，電磁場(chǎng)在炬管腔體中形成一定的電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，能夠有利于等離子體的形成。內(nèi)管(3)開口端平面相對(duì)中管(2)和外管(1)開口端平面有所突出，從而形成局部尖端或者局部較強(qiáng)電場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火。

所述炬管的點(diǎn)火方式與傳統(tǒng)的點(diǎn)火方式不同，傳統(tǒng)的方式為用特斯拉線圈或者螺絲刀接觸中管(2)和內(nèi)管(3)頂端形成瞬間短路形成的電火花點(diǎn)燃等離子體，用螺絲刀點(diǎn)火的方式存在安全隱患以及產(chǎn)品體驗(yàn)不好的問題，用特斯拉線圈需要附加額外的高壓電火花設(shè)備，而且點(diǎn)火針需要靠近等離子體，額外的高壓設(shè)備增加了設(shè)備的復(fù)雜性，降低了設(shè)備的可靠性，點(diǎn)火針也會(huì)對(duì)等離子體周圍的電磁場(chǎng)造成干擾，可能增加等離子體的不穩(wěn)定性。此外，為了保證安全性，需要設(shè)計(jì)微波屏蔽結(jié)構(gòu)，點(diǎn)火針結(jié)構(gòu)的存在也會(huì)影響微波屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。自動(dòng)點(diǎn)火的實(shí)現(xiàn)讓微波等離子體炬的易用性大大增強(qiáng)，既擺脫了高壓點(diǎn)火針對(duì)微波屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，又簡(jiǎn)化了裝置結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了可靠性和穩(wěn)定性。由此可見，自動(dòng)點(diǎn)火的微波等離子體炬原子發(fā)射光譜儀裝置更加實(shí)用。