高頻發生器

ICP應用的高頻發生器有自激式和他激式（晶控式）兩種基本類型。自激式是由一個發射管同時完成振盪、激勵和功率放大等功能，他激式則是振盪與激勵和功率放大等分開。自激式的優點是電路簡單、調試容易，當振盪電路參數變化引起頻率遷移時，有自動補償作用，對功率輸出影響較小且造價較低，缺點是功率轉換效率低，振盪頻率穩定度不高（一般在5%～20%範圍內）。他激式的主要優點是振盪頻率穩定（頻率變化一般低於10^-4），功率穩定（變化小於1%），功率轉換效率高，抗干擾能力強，可直讀功率，此外由於採用了高頻電纜，容易將ICP形成裝置與發生器主體分開放置，給光源與各種攝譜儀空間位置的配合也提供了方便缺點是線路複雜，造價高。

作為ICP光源，高頻發生器的主要指標有四項：工作頻率、頻率穩定度、輸出功率和功率穩定度。

商品ICP儀器多采用較高的頻率（27～50MHz）和較低的功率（1～2.5kW），而Greenfield等提倡採用大功率和較低頻率的發生器，他們認為這種條件的優點是有較高的檢出能力和精密度，而且能消除帶狀光譜的干擾和化學干擾。

已知趨膚深度S =（1/πσμf）^1/2，式中σ是電導率、μ是磁導率、f是高頻電流的頻率，可見頻率的變化直接影響到趨膚深度，亦即影響ICP通道的穩定性。因此，要求頻率穩定度越高越好。

功率大小直接影響到ICP火焰的温度，所以要求功率穩定度較高，要求長時間工作無功率漂移，一般要求功率穩定度最好優於0.1%。

此外對高頻防護有一定的要求，勞動部暫定安全標準，要求高頻電場強度應小於20V·m^-1，高頻磁場強度應小於5A·m^{-1 [1]}  。

1．高頻發生器的一般構造：高頻發生器為一電能轉換器，將市用電轉換成高頻電，並有必要的功率輸出和特定的輸出波型。按其構造，可分為三種類型：

（1）間隙火花震盪器：由間隙放電器、電感及電容組成迴路，可產生震盪。用不同的電容和電感，可產生不同的頻率和波型。裝置較簡單，但頻率不穩、體積較大，現已少用。

（2）電子管震盪發生器：由電子管及電感電容組成迴路，產生高頻震盪。頻率穩定，但體積大、頻率低，有一定壽命。

（3）晶體管震盪發生器：頻率穩定，體積小，重量輕，使用壽命長，效率高，是目前較理想的一種高頻發生器 ^[2]  。

2．按照激發形式，高頻發生器主要有兩類：

（1）“自激”式發生器（電子管自激振盪）。它能使振盪電流的頻率隨等離子體阻抗的變化而變化。自激式振盪器線路簡單，振盪、激勵、功率放大都由一個電子管同時完成，易與負載阻抗相匹配，易於點燃等離子體，但頻率穩定度稍差。

（2）“它激”式石英穩頻發生器（晶體控制振盪）。它是利用壓電晶體的振盪來調節電流頻率，從而保持頻率的恆定。這種發生器的主要優點是振盪頻率恆定，功率穩定，轉換效率高，抗干擾能力較強。其結構比“自激”式發生器複雜，但在ICP商品儀器中的應用比自激式振盪器廣泛。

他激式振盪器由晶體振盪、倍頻、激勵、功率放大等部分組成，頻率穩定性高，但對輸出阻抗的匹配要求較嚴，一般還配備阻抗匹配網絡和穩定輸出功率的定向耦合器等。一般要求高頻發生器具有穩定的功率輸出，對測量系統無電學干擾、功率轉換效率高以及頻率儘可能穩定等 ^[3]  。

1．啓動特性

2．初始電參數

3．功率因數

在電源電壓和額定頻率下工作時，高頻發生器和和之配套的無極燈泡的功率因數不得小於0.95。

4．伏安特性

電源電壓由0～185V到0～250V之間發生變化時，功率的變化範圍不應超過額定電壓下功率的±10%。

5．環境温度變化對功率的影響

當環境温度由-20℃～+50℃發生變化時，功率的變化範圍不應超過常温下（25℃）時測得功率值的-25%～+5%

6．諧波

7．輸出頻率

8．外觀

9．震動

應有良好的耐震性能，經震動（正弦）後內部結構無鬆動，脱焊現象

10．通斷

高頻發生器和和之配套的無極燈泡在接入0～185V/0～220V/0～225V電壓，接通、關閉15000次後，不應出現故障。

11．故障率

高頻發生器在正常工作條件下燃點一年時，其故障率不得高於2% ^[2]  。

ICP系統中的高頻發生器的作用是向感應螺管提供高頻電流。在高頻發生器的螺管中產生的高頻電流為ICP的工作提供了必不可少的振盪磁場。等離子炬的能量來源於高頻發生器。當等離子體引燃後，負載線圈與等離子體組成類同一個變壓器，負載線圈是這個變壓器的初級線圈，而等離子休相當於一匝次級線圈：高頻功率便通過負載線圈耦合到等離子體中去，使等離子體焰炬維持不滅。高頻發生器的輸出功率主要消耗在負載線圈發熱、等離子體焰炬（入射功率）和部分地反射回來（反射功率）。

在輸入一定範圍的電源電壓後，高頻發生器產生2.65MHZ高頻恆電壓送給功率耦合器，由功率耦合器在玻殼的放電空間內建立靜電強磁場，對放電空間內的大氣進行電離，並生產強紫外光，玻璃泡殼內壁的三基色熒光粉受強紫外光激勵發光。在電源設計上，由於採用APFC電源控制技術和採用IC技術，一方面使得電源的功率因數高達0.95以上；另一方面使得高頻發生器始終以高頻恆電壓點燈。所以，輸入的電源電壓在一定範圍內波動時，其發光亮度均不變。

對高頻發生器的要求主要有：

1.高頻發牛器的振盪頻率一般為27.12MHz或40.68MHz，輸出功率一般為1～1.5kW。

2.反射功率越小越好，一般要求小於10W。

3.要求高頻發生器的輸出功率有極好的穩定性，因為輸送到ICP的功率只要有0.1%的漂移，發射強度就能產生超過1%的變化。因此，高頻發生器的功率變化必須小於±0.05%。

4.高頻發生器應有良好的接地裝置，其接地電阻越小越好，一般以不超過4 Ω為宜 ^[3]  。

1．將電源插頭插入電源插座，電源必須接地線，然後連接腳踏開關。

2．取大小與電極板相仿的濕生理鹽水紗布3～4層，平鋪在電極板內面，然後緊貼病人大腿內側或臀部後位，注意電極板必須與皮膚密切接觸，病人身體任何部位不能接觸金屬手術牀。

3．器械連接完畢後，仔細核對各線路是否連接無誤。

4．打開高頻發生器電源開關，指示燈、電凝、電切指示燈均點亮，調整電凝、電切指數。如報警燈點亮，則應重新檢查各部分，找出故障所在。

5．新啓用的高頻發生器，使用前先在體外用一塊瘦肉或肥皂放在水盆中試調，以證明儀器工作正常，且可調整電流大小。電流太小，切割困難，切下的組織粘在電切環上；過大則切割過深，組織損傷大，且電切環容易損壞。

6．如果儀器一直工作正常，突然在同樣條件不能滿意地電切或電凝組織，應暫時停止操作，檢查電極板位置是否正常，所有高頻電纜與插頭是否連接牢固，以及電極尖端是否潔淨，切勿盲目提高輸出功率 ^[4]  。