辉光等离子体气体测量信号处理的制作方法

技术特征：
1.一种方法，包括：在等离子体单元中产生一个或多个振荡电磁场，以激励单元中的粒子，从而在所述等离子体单元中产生辉光放电等离子体，并在使气体混合物流过所述等离子体单元的同时控制所述等离子体单元的操作条件，以将来自等离子体的辉光放电光发射保持在期望的操作范围内；以及监测来自所述等离子体单元中的等离子体的一种或多种辉光放电光发射；其中，对光发射的监测包括以两倍的等离子体激励频率来测量所述光发射或测量与所述光发射相关的信号；以及在电磁激励的每个激励周期期间处理信号，以确定流过所述等离子体单元的气体混合物中的气体的浓度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述监测包括：使用至少一个光检测器来实时测量所述光发射。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在通过至少一个滤光器的传输通带之后或者通过使用至少一个色散光栅或其他合适的波长选择设备，来收集光信号。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，使用数字信号处理来实时地完成对信号的处理。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，陷波滤波器用于使所述信号的频率带宽变窄并获得与所述激励频率的频率分离。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，处理所述信号包括以下项中的一个或多个：锁相检测、同步检测、频域分析，例如通过使用快速傅立叶变换fft以及时域或频域匹配的滤波器技术或整形滤波器。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述信号的测量包括：测量所述光信号的峰高、峰面积或积分、或者所述2f光信号与所述1f激励之间的相位差。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，应用后信号滤波，所述后信号滤波包括中值滤波器和/或总体平均和/或移动平均。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，驱动波形是正弦曲线。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述驱动波形是方波、锯齿波、平滑且非正弦函数或这些波形的组合。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述1f激励波形与2f光信号之间的所述2f信号的相位角、和/或除了2f之外的频率信号分量的幅度、宽度、面积或其他特征用于增强对气体浓度和/或背景气体成分的确定。12.根据权利要求1所述的方法，其中，通过交变激励电压来产生跨所述等离子体单元的电场，并且在所述激励周期与执行周期的基础上进行所述控制。13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述磁场是由电磁体中的交变激励电流产生的，并且在逐周期的基础上进行所述控制。14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中，使用权利要求12和13中任一项或两者的电场和磁场的组合。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述光信号的监测包括：测量2f信号的幅度，并且其中，所述监测用于确定气体混合物中的气体的浓度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，根据经验或理论拟合、多项式、其他合适的数学关系或这些中的两个或更多个的组合来线性化2f信号幅度随气体浓度的变化。17.一种系统，包括：具有入口和出口的等离子体单元，所述入口和所述出口用于使气体混合物流过所述等离子体单元；电磁场发生器，用于在所述等离子体单元中产生一个或多个振荡电磁场，以激励单元中的粒子，从而在所述等离子体单元中产生辉光放电等离子体；控制器，用于在使气体混合物流过所述等离子体单元的同时控制所述等离子体单元的操作条件，以将来自等离子体的辉光放电光发射保持在期望的操作范围内；以及一个或多个光检测器，耦合到一个或多个测量电路，所述一个或多个测量电路被配置为监测来自所述等离子体单元中的等离子体的辉光放电光发射，其中，对光发射的监测包括以两倍的等离子体激励频率来测量所述光发射或测量与所述光发射相关的信号；其中，所述系统包括信号处理器，所述信号处理器被配置为：在电磁激励的每个激励周期期间处理测量的光发射或测量的信号，以确定流过所述等离子体单元的气体混合物中的气体的浓度。18.根据权利要求17所述的系统，其中，诸如硅光电二极管之类的光电二极管用于监测所述光发射，所述光电二极管本质上具有低电容和大分流电阻，并且用于监测紫外线、可见光或近红外光范围中的光发射。19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述光电二极管被反向偏置以减小固有电容。20.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，其中，在通过滤光器的传输通带之后或者通过使用色散光栅或其他合适的波长选择器件来实现信号收集。21.根据权利要求17至20中任一项所述的系统，其中，通过在自激振荡方案中使用royer变压器来控制所述辉光等离子体，以保持稳定的等离子体，从而使得受控的辉光等离子体能够保持在狭窄的操作条件范围内。22.根据权利要求17至20中任一项所述的系统，其中，次级稳定电极用于施加横向电场和/或提供电子注入。23.根据权利要求17至20中任一项所述的系统，其中，所述电磁场发生器是电压发生器，并且通过以下步骤在所述等离子体单元中保持稳定的辉光放电等离子体：将来自所述电压发生器的输入信号施加到所述等离子体单元中的至少两个电极以在电极之间产生电压梯度，使用仪表来测量跨所述等离子体单元的感应信号，并使用比较器将所述感应信号与参考信号进行比较以获得差值信号；以及其中，所述控制器确定控制信号，然后基于所获得的差值信号，将所述控制信号施加到所述等离子体单元中的至少两个电极，以实现在谐振条件下稳定辉光所需的用于激励的期望电压梯度。24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述感应信号是等离子体电流，并且所述参考信号是驱动电流波形。25.根据权利要求23或24所述的系统，其中，所述电场是由交变激励电压产生的，并且对于每个激励周期，在逐周期的基础上进行所述控制。26.根据权利要求23至25所述的系统，其中，所述交变激励电压被控制为具有在确定的谐振频带内的频率。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的系统，其中，在所述等离子体单元内的两个或更多个电极之间产生所述电场，并且控制所述操作条件包括：控制电极之间的电压梯度，以在所述电极之间实现期望的电流。28.根据前述权利要求23至27中任一项所述的系统，其中，所述控制包括调整激励波形、频率、电流和/或电压。29.根据前述权利要求23至28中任一项所述的系统，其中，所述确定包括：将与所述等离子体电流成比例的测量电压与参考电压进行比较。30.根据前述权利要求23至29中任一项所述的系统，其在，所述系统对改变所述等离子体单元的操作条件进行响应，以控制所述等离子体单元的多个不同操作条件中的每一个。31.根据权利要求23至30中任一项所述的系统，其中，对多个操作条件的控制包括对一个或多个电输入参数的高频调节和/或对一个或多个物理配置参数的低频调节。32.根据权利要求17至27中任一项所述的系统，还包括：在分子进入所述等离子体单元之前将能量转移到气体分子，例如控制温度、压力、气体分子的激励或电离。33.根据权利要求23至32中任一项所述的系统，其中，在限定的频率范围内在规则的或可变的基础上扫描或线性调频驱动频率，并且等离子体激励频率被主动地调整为与关于待分析的物类混合物的峰值谐振相一致，或者锁相环电路用于指示自激振荡等离子体系统的相位或谐振频率的变化。34.根据权利要求17至33中任一项所述的系统，其中，在进入所述等离子体单元之前，将样品气体保持在确定的受控温度下。35.根据权利要求17至34中任一项所述的系统，其中，将所述等离子体单元保持在确定的受控温度下。36.根据权利要求17至35中任一项所述的系统，其中，将通过所述等离子体单元的气体的流速保持为确定的受控流速。37.根据权利要求23至35中任一项所述的系统，其中，使用反馈系统来调整所述流速，以将所述等离子体电流保持为确定值。38.根据权利要求17至37中任一项所述的系统，其中，在进入所述等离子体单元之前，将一种或多种掺杂剂添加到样品气体。39.根据权利要求38所述的系统，其中，掺杂剂是水。40.根据权利要求17至39中任一项所述的系统，其中，所述等离子体单元处于或被保持在大气压或高于大气压。41.根据权利要求17至40中任一项所述的系统，其中，使用反馈系统来调整所述等离子体单元中的压力，以将所述等离子体电流保持为确定值。42.根据权利要求17所述的系统，其中，使用电磁体来实现在等离子体单元内产生磁场。43.根据权利要求17至42中任一项所述的系统，其中，所述等离子体单元具有至少一个透光元件，所述透光元件对于所关注的光的波长范围是透明的。44.根据权利要求43所述的系统，其中，所述透光元件是光稳定的且非发光的，并且能够包括以下项中的一项或多项：窗口、透镜、衍射光栅、滤光器或光谱仪。45.根据权利要求17至44中任一项所述的系统，其中，光纤用于将光输出传输到非视线
目的地和/或从包含所述等离子体单元的热区域传输到电子设备能够在其操作环境温度限制内运行的较冷区域，并且/或者使检测器和/或信号处理电子器件的位置与所述等离子体单元和高相关电磁场相距一定距离。46.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统具有多于一对电极，其中，次级电极对与第一对正交，并且/或者纵向和/或同轴地串联，以用于同时和/或接续的电磁激励。

技术总结
提供了用于使用辉光放电光发射光谱法(GD


技术研发人员：巴赫拉姆
受保护的技术使用者：仕富梅集团公司
技术研发日：2021.04.06
技术公布日：2021/10/11