微型ICP激发源微电路组件的参数优化研究

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（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0.1W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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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