高频发生器

用来产生等离子体炬的装置

高频发生器（radioffequency generator）又称射频发生器。电感耦合等离子体原子发射光谱/质谱等分析中用来产生等离子体炬的装置。它产生的高频电流输给电感线圈，以激励石英炬管（置于线圈中）内的氩气，形成等离子体焰炬。

基本介绍

ICP应用的高频发生器有自激式和他激式（晶控式）两种基本类型。自激式是由一个发射管同时完成振荡、激励和功率放大等功能，他激式则是振荡与激励和功率放大等分开。自激式的优点是电路简单、调试容易，当振荡电路参数变化引起频率迁移时，有自动补偿作用，对功率输出影响较小且造价较低，缺点是功率转换效率低，振荡频率稳定度不高（一般在5%～20%范围内）。他激式的主要优点是振荡频率稳定（频率变化一般低于10-4），功率稳定（变化小于1%），功率转换效率高，抗干扰能力强，可直读功率，此外由于采用了高频电缆，容易将ICP形成装置与发生器主体分开放置，给光源与各种摄谱仪空间位置的配合也提供了方便缺点是线路复杂，造价高。

作为ICP光源，高频发生器的主要指标有四项：工作频率、频率稳定度、输出功率和功率稳定度。

商品ICP仪器多采用较高的频率（27～50MHz）和较低的功率（1～2.5kW），而Greenfield等提倡采用大功率和较低频率的发生器，他们认为这种条件的优点是有较高的检出能力和精密度，而且能消除带状光谱的干扰和化学干扰。

已知趋肤深度S =（1/πσμf）1/2，式中σ是电导率、μ是磁导率、f是高频电流的频率，可见频率的变化直接影响到趋肤深度，亦即影响ICP通道的稳定性。因此，要求频率稳定度越高越好。

功率大小直接影响到ICP火焰的温度，所以要求功率稳定度较高，要求长时间工作无功率漂移，一般要求功率稳定度最好优于0.1%。

此外对高频防护有一定的要求，劳动部暂定安全标准，要求高频电场强度应小于20V·m-1，高频磁场强度应小于5A·m-1。

分类

1．高频发生器的一般构造：高频发生器为一电能转换器，将市用电转换成高频电，并有必要的功率输出和特定的输出波型。按其构造，可分为三种类型：

（1）间隙火花震荡器：由间隙放电器、电感及电容组成回路，可产生震荡。用不同的电容和电感，可产生不同的频率和波型。装置较简单，但频率不稳、体积较大，现已少用。

（2）电子管震荡发生器：由电子管及电感电容组成回路，产生高频震荡。频率稳定，但体积大、频率低，有一定寿命。

（3）晶体管震荡发生器：频率稳定，体积小，重量轻，使用寿命长，效率高，是目前较理想的一种高频发生器。

2．按照激发形式，高频发生器主要有两类：

（1）“自激”式发生器（电子管自激振荡）。它能使振荡电流的频率随等离子体阻抗的变化而变化。自激式振荡器线路简单，振荡、激励、功率放大都由一个电子管同时完成，易与负载阻抗相匹配，易于点燃等离子体，但频率稳定度稍差。

（2）“它激”式石英稳频发生器（晶体控制振荡）。它是利用压电晶体的振荡来调节电流频率，从而保持频率的恒定。这种发生器的主要优点是振荡频率恒定，功率稳定，转换效率高，抗干扰能力较强。其结构比“自激”式发生器复杂，但在ICP商品仪器中的应用比自激式振荡器广泛。

他激式振荡器由晶体振荡、倍频、激励、功率放大等部分组成，频率稳定性高，但对输出阻抗的匹配要求较严，一般还配备阻抗匹配网络和稳定输出功率的定向耦合器等。一般要求高频发生器具有稳定的功率输出，对测量系统无电学干扰、功率转换效率高以及频率尽可能稳定等。

性能要求

1．启动特性

2．初始电参数

3．功率因数

在电源电压和额定频率下工作时，高频发生器和和之配套的无极灯泡的功率因数不得小于0.95。

4．伏安特性

电源电压由0～185V到0～250V之间发生变化时，功率的变化范围不应超过额定电压下功率的±10%。

5．环境温度变化对功率的影响

当环境温度由-20℃～+50℃发生变化时，功率的变化范围不应超过常温下（25℃）时测得功率值的-25%～+5%

6．谐波

7．输出频率

8．外观

9．震动

应有良好的耐震性能，经震动（正弦）后内部结构无松动，脱焊现象

10．通断

高频发生器和和之配套的无极灯泡在接入0～185V/0～220V/0～225V电压，接通、关闭15000次后，不应出现故障。

11．故障率

高频发生器在正常工作条件下燃点一年时，其故障率不得高于2%。

作用及要求

ICP系统中的高频发生器的作用是向感应螺管提供高频电流。在高频发生器的螺管中产生的高频电流为ICP的工作提供了必不可少的振荡磁场。等离子炬的能量来源于高频发生器。当等离子体引燃后，负载线圈与等离子体组成类同一个变压器，负载线圈是这个变压器的初级线圈，而等离子休相当于一匝次级线圈：高频功率便通过负载线圈耦合到等离子体中去，使等离子体焰炬维持不灭。高频发生器的输出功率主要消耗在负载线圈发热、等离子体焰炬（入射功率）和部分地反射回来（反射功率）。

在输入一定范围的电源电压后，高频发生器产生2.65MHZ高频恒电压送给功率耦合器，由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁场，对放电空间内的大气进行电离，并生产强紫外光，玻璃泡壳内壁的三基色荧光粉受强紫外光激励发光。在电源设计上，由于采用APFC电源控制技术和采用IC技术，一方面使得电源的功率因数高达0.95以上；另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压点灯。所以，输入的电源电压在一定范围内波动时，其发光亮度均不变。

对高频发生器的要求主要有：

1.高频发牛器的振荡频率一般为27.12MHz或40.68MHz，输出功率一般为1～1.5kW。

2.反射功率越小越好，一般要求小于10W。

3.要求高频发生器的输出功率有极好的稳定性，因为输送到ICP的功率只要有0.1%的漂移，发射强度就能产生超过1%的变化。因此，高频发生器的功率变化必须小于±0.05%。

4.高频发生器应有良好的接地装置，其接地电阻越小越好，一般以不超过4 Ω为宜。

使用

1．将电源插头插入电源插座，电源必须接地线，然后连接脚踏开关。

2．取大小与电极板相仿的湿生理盐水纱布3～4层，平铺在电极板内面，然后紧贴病人大腿内侧或臀部后位，注意电极板必须与皮肤密切接触，病人身体任何部位不能接触金属手术床。

3．器械连接完毕后，仔细核对各线路是否连接无误。

4．打开高频发生器电源开关，指示灯、电凝、电切指示灯均点亮，调整电凝、电切指数。如报警灯点亮，则应重新检查各部分，找出故障所在。

5．新启用的高频发生器，使用前先在体外用一块瘦肉或肥皂放在水盆中试调，以证明仪器工作正常，且可调整电流大小。电流太小，切割困难，切下的组织粘在电切环上；过大则切割过深，组织损伤大，且电切环容易损坏。

6．如果仪器一直工作正常，突然在同样条件不能满意地电切或电凝组织，应暂时停止操作，检查电极板位置是否正常，所有高频电缆与插头是否连接牢固，以及电极尖端是否洁净，切勿盲目提高输出功率。