[发明专利]一种自动点火的微波等离子体炬装置

说明书

技术领域

本发明属于微波等离子体炬技术以及化学和测量技术领域，具体涉及一种微波等离子体发生装置，尤其涉及一种自动点火的微波等离子体炬装置。

背景技术

微波等离子体炬是金钦汉教授等(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.)提出的一种微波等离子体形成装置(对应申请专利号为CN 94205428.8)，可用于原子发射光谱分析用光源、原子光谱的离子源、气体分解等领域。该装置具有金属的三管同轴结构，等离子体在中管和内管上端面形成，延伸到大气中，其点火方式为用特斯拉线圈或者螺丝刀接触中管和内管顶端形成瞬间短路形成的电火花点燃等离子体(Jin,Q.,et al.,A microwave plasma torch assembly for atomic emission spectrometry.1991.46B:p.pp.417‐430.)，虽然后来该装置经过了很多研究学者的研究改进，点火方式未发生本质变化，需要在等离子体形成区域提供额外的电火花。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.)提出的改进型微波等离子体炬，点火仍然额外的需要高压电火花的辅助。

微波等离子体炬的传统点火方式使得其在应用上会有一定的不足，比如用作原子发射光谱仪产品，如果采用螺丝刀接触中管和内管顶端的点火方式存在操作人员被点击的安全隐患，而且会导致微波泄露，如果采用特斯拉线圈放电的点火方式会增加额外的高压放电功能模块，从而增加系统的复杂性，并且高压放电针的存在会对微波等离子体炬的电磁场造成影响，可能影响系统的稳定性。本发明设计了一种简单的、可以自动点火的微波等离子体炬装置，可以不需要借助额外的装置实现自动点火，从而使得微波等离子体炬装置易用性大大增强，简化了装置结构，增强装置的可靠性和稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动点火的微波等离子体炬装置，它是由三根同轴金属、反射端面组成的一端开放的同轴谐振腔，其特征在于可以自动点火。可以自动点火的微波等离子体炬装置，是对微波等离子体炬进行了改进，传统的微波等离子体炬的点火需要用特斯拉线圈或者螺丝刀接触中管和内管顶端形成瞬间短路形成的电火花进行辅助，存在一定的操作安全性或系统需要额外增加高压放电装置，从而增加系统复杂性和不稳定性。本发明提供的微波等离子体炬装置不需要特斯拉线圈或者螺丝刀接触中管和内管顶端形成瞬间短路形成的电火花的辅助，只需要加上合适的微波功率，即可实现自动点火，使得微波等离子体炬装置的易用性大大增强，装置结构得到简化，可靠性和稳定性也得到了加强。

本发明一种自动点火的微波等离子体炬装置，由外管、中管、内管、隔圈、微波耦合接口、外管微波开口、耦合杆、耦合环、反射端面、调节活塞组成，外管、中管、内管具有金属的三管同轴结构，中管和内管之间设有保证同轴以及调节电磁场分布的金属的隔圈，耦合环设置在中管外壁，微波耦合接口设在外管上形成外管微波开口，耦合杆固定在耦合环上，并位于外管微波开口间，在外管和中管之间设有反射端面，形成一端开放的同轴谐振腔，反射端面与调节活塞连接在一起，通过调节活塞可以对反射端面位置进行微调，以方便调节微波等离子体炬性能。微波能通过外管上的外管微波开口、微波耦合接口、耦合杆和耦合环的共同作用耦合进腔体，在腔体内形成谐振结构并且在谐振腔开口端形成强电场，击穿工作气体形成等离子体。为了微波等离子体炬的自动点火需要，开口端等离子体形成区域形成局部强电场形成电击穿，这种强电场可以通过调节中管和内管相对位置实现，因此，内管的端口平面突出谐振腔的开放端平面，即内管开口端平面相对中管和外管开口端平面有所突出。