微型ICP激发源微电路组件的参数优化研究

论文摘要

原子发射光谱仪主要用于成分检测。激发源是其重要部件。电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma, ICP)激发源因诸多优点得到广泛应用。激发源微型化对研发微型光谱仪至关重要。新型微型ICP激发源功耗、氩气消耗量、体积、重量仅为常压普通ICP激发源的数百分之一。因此,研究激发源参数优化具有较重要的应用前景。本文对各种原子发射光谱仪常用的火花、电弧、辉光等离子体、ICP等激发源的装置和原理做了综述。介绍了国内外微型ICP激发源的研究及应用现状。重点围绕微型ICP激发源的参数优化开展了一些研究,设计加工了48种不同参数的微电路组件以及配套的等离子体放电室。针对微电路组件平面螺旋线圈和交指电容的匝数、匝宽、匝间距等微结构参数与最小启燃功率的关系进行了实验测试。在射频13.56MHz,氩气气压100Pa条件下,实验得出微电路组件易于启燃的最佳优化参数为：平面螺旋线圈外径为10mm、匝数为3匝、匝间距为300μm、匝宽为400μm；谐振、匹配交指电容交指线长为15mm、指间间距和交指线宽为200μm,谐振及匹配交指电容条数分别为20条和60条。在上述优化参数下,微型ICP激发源在入射功率为5.5W,反射功率O.1W时即可启燃,而维持等离子体放电的入射功率为600mW,反射功率为50mW。研究结果表明,在本研究得到的优化参数下,微型ICP激发源可以正常工作且具有较小的反射功率。启燃功率和维持放电功率与美国东北大学报道的数值相近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 微型ICP激发源参数优化研究的目的及意义
• 1.3 微型ICP激发源的研究现状和发展趋势
• 1.4 微型ICP激发源的应用
• 1.5 本论文的研究内容
• 第2章 原子发射光谱激发源综述
• 2.1 火焰
• 2.2 电弧激发源
• 2.2.1 直流电弧激发源
• 2.2.2 交流电弧激发源
• 2.3 火花放电激发源
• 2.4 辉光放电等离子体激发源
• 2.5 激光显微激发源
• 2.6 电感耦合等离子体（ICP）激发源
• 2.7 直流等离子体喷焰
• 2.8 微波等离子体激发源
• 2.8.1 电容耦合微波等离子体激发源
• 2.8.2 微波感生等离子体激发源
• 2.8.3 微波等离子体炬
• 2.9 本章小结
• 第3章 微型ICP激发源微电路组件的实验研究
• 3.1 微型ICP激发源的原理及特点
• 3.2 实验装置
• 3.2.1 射频驱动匹配网络
• 3.2.2 平面螺旋线圈的设计与计算
• 3.2.3 交指电容的设计与计算
• 3.2.4 平面螺旋线圈和交指电容的加工
• 3.2.5 微型ICP激发源放电室的设计与加工
• 3.3 实验系统设计
• 3.4 实验方法
• 3.5 实验结果及结论
• 3.5.1 平面螺旋线圈匝数与启燃入射功率关系
• 3.5.2 平面螺旋线圈匝间距与启燃入射功率关系
• 3.5.3 平面螺旋线圈外径与启燃入射功率关系
• 3.5.4 交指电容条数组合与启燃入射功率关系
• 3.5.5 交指电容线宽和间距与启燃入射功率的关系
• 3.6 实验结果分析
• 第4章 结论与展望
• 4.1 参数优化结论
• 4.2 有待进一步研究的工作
• 4.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间发表的论文