[发明专利]一种矩形波导微波等离子体源发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及精密分析仪器领域，尤其涉及一种矩形波导微波等离子体源发生装置。

背景技术

矩形波导是某一形式的电磁波在金属谐振腔中进行能量传递的装置。以微波频段在金属矩形腔中进行能量交换就是矩形微波谐振，它可以提供很高的能量，例如：家用的微波炉、商用的微波加热、烘干设备等，就是利用微波在金属矩形腔中的谐振产生能量为人们服务。上述的这些举例中的设备对微波能量的许多技术参数，例如微波能量稳定性等，要求并不高。作为仪器分析使用的微波目前仅限于在同轴谐振腔内谐振产生等离子体，它的激发能量受到了限制(一般小于200瓦)。鉴于科学的进步与发展，探索仪器分析使用的高能量、高稳定性微波等离子体的发生成为必然。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种矩形波导微波等离子体源发生装置，激发能量可以达到数千瓦，在电路控制系统的作用下，微波能量在谐振腔中将通过的载气电离形成等离子体，这种等离子体含有样品光谱信息并可以通过光路模块传递出来，以实现对介质气中的物质进行分析的目的。

为了实现上述目的，本发明的一种矩形波导微波等离子体源发生装置，包括：

矩形波导谐振腔；

电路控制系统，连接于所属矩形波导谐振腔的一侧端面上，用于将微波能量输送到矩形波导谐振腔中；

载气模块，包括连接至维持气控制系统并将维持气输送至矩形波导谐振腔内的维持气输送通道，以及连接至样品载气控制系统并将样品载气输送至矩形波导谐振腔内的样品载气输送通道；

光路模块，用于将维持气与样品载气的混合气在矩形波导谐振腔内受微波激发产生微波等离子体时所发出的光信号导出至分析仪器；

维持气控制系统，用于向矩形波导谐振腔内提供维持气；

样品载气控制系统，用于向矩形波导谐振腔内提供样品载气。

所述矩形波导谐振腔满足以下条件：

a＝0.7λ，b＝a/2，l＝λ/2，λ＝122.2mm，

其中a、b、l分别为矩形波导谐振腔的宽、高、长，λ为波导波长。

所述载气模块，包括在所述矩形波导谐振腔的上、下端面中心位置贯通设置的石英外管，所述样品载气输送通道以及所述维持气输送通道连接至所述石英外管内。

所述石英外管的下端设置有柱塞，所述维持气输送通道及所述样品载气输送通道开设在所述柱塞内；所述样品载气输送通道内设置有与所述电路控制系统相关联以完成耦合探针功能的导气铜管，所述导气铜管与所述石英外管同轴并向上延伸至所述矩形波导谐振腔的内部。

所述光路模块靠近所述矩形波导谐振腔内部的中心点，包括由同轴设置的三个凸透镜组成的透镜组以及用于安装所述透镜组的透镜基座；所述透镜组，包括靠近所述中心点并将点光源折射形成平行光的第一凸透镜，与第一凸透镜相邻并将平行光汇聚形成点光源的第二凸透镜，以及与第二凸透镜相邻并将点光源折射形成平行光的第三凸透镜。

所述第一凸透镜、第二凸透镜的直径Ф为12cm，焦距f为6cm；所述第三透镜直径Ф为6cm，焦距f为3cm。

所述透镜基座为设置有内螺纹的筒状结构；所述第一凸透镜、第二凸透镜、第三凸透镜间隔设置在透镜基座内；所述透镜基座内还设置有用于卡住所述第一凸透镜、第二凸透镜、第三凸透镜的多个外螺纹锁紧环。

所述矩形波导微波等离子体源发生装置，还包括调节模块；所述调节模块包括设置在所述矩形波导谐振腔内并且可在矩形波导谐振腔内滑动的反射滑板，以及与所述反射滑板相连，用于带动所述反射滑板移动的传动部。

所述传动部包括用于传动的丝杠；所述丝杠穿过位于所述矩形波导谐振腔侧壁上具有内螺纹的丝杠孔，一端与所述反射滑板可转动地连接，另一端连接动力源。

技术原理：

微波能是一种电磁能，因此它遵循电磁理论。驻波是频率和振幅均相同、振动方向一致、传播方向相反的两列波叠加后形成的波，两列波叠加后波形并不向前推进。在矩形波导谐振腔中，电磁场被限制在腔体内，振荡实际上是由电磁波在腔壁上来回反射而形成的稳定驻波。也就是入射波(推进波)与反射波相互干扰而形成的波形不再向前推进(仅波腹上、下振动，波节不移动)的电磁波。