微波等離子體炬(MPT)技術(shù)基礎(chǔ)理論的研究及千瓦級MPT光譜儀的研制.pdf

1、微波等離子體炬(MPT)光源自發(fā)明至今已經(jīng)30年，其兼顧了ICP與MWP兩種光源的優(yōu)勢，激發(fā)能力強，可容易地在低流量小功率條件下獲得穩(wěn)定的常壓氬、氦、氮或者甚至空氣等離子體，因此得到了國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注，并在發(fā)展過程中逐步得到完善。然而，該炬管本身的主要幾項重大改進都立足于實踐需求與試錯法實現(xiàn)，關(guān)于理論探索不多，導(dǎo)致在千瓦級MPT光譜儀技術(shù)的研發(fā)過程已有的先驗知識尚不足以解決由于功率水平從百瓦級上升到千瓦級所引出的新問題?；诖?，

2、本論文著重從理論角度出發(fā)，通過建模、仿真、高速成像等多種手段對MPT技術(shù)進行分析并加以研究，最終成功的將相關(guān)研究成果應(yīng)用到了實際場合，解決了相關(guān)問題。主要取得了如下創(chuàng)新性成果:1）首次使用傳輸線理論建立起MPT結(jié)構(gòu)的等效電路模型，分析了MPT各調(diào)節(jié)機構(gòu)在阻抗匹配和調(diào)諧方面所起到的作用，該理論模型與實驗結(jié)果較為吻合，可為炬管結(jié)構(gòu)的進一步改進提供理論依據(jù)。2）使用高速成像的方法對MPT光源瞬時的時空運動特性進行了觀測，通過分析，合理地解釋了

3、MPT相比其他微波等離子體光源所具有的獨特性能的根源?？疾炝瞬煌ぷ鳁l件對等離子體高速旋轉(zhuǎn)運動的影響，對干氣溶膠與等離子體之間的相互作用也進行了初步探索，這一工作使對MPT的認識從宏觀尺度進入到微觀尺度。3）提出絲狀等離子體繞軸高速旋轉(zhuǎn)運動是MPT獨特噪音譜特性的根源，并建立起MPT旋轉(zhuǎn)噪音譜的數(shù)學(xué)模型，該模型可以解釋各條件下MPT噪音譜的變化情況，為光譜檢測中優(yōu)化實驗條件提供了較好的參考價值。4）通過電磁仿真對MPT冷腔內(nèi)的電磁場分布

4、特性進行了研究，發(fā)現(xiàn)內(nèi)管與同軸墊片在電磁場分布中所起到的重要作用，并提出了一種新型的具有雙諧振結(jié)構(gòu)的MPT炬管，改進的炬管在小功率至千瓦級功率下均可獲得穩(wěn)定性極佳的等離子體，加快了高性能千瓦級MPT光譜儀研發(fā)進度。5）研發(fā)了一種新的高穩(wěn)定度高功率的微波功率源，穩(wěn)定度優(yōu)于±0.5％，在此基礎(chǔ)上通過合理的元器件選型搭建了千瓦級MPT光譜儀，并完成基本功能，首次實現(xiàn)了ArMPT的直接霧化進樣，省掉了小功率光譜儀所必須的去溶裝置，滿足了研發(fā)目標