一種四極桿質(zhì)譜儀真空測量及控制系統的研制

2017-06-13 李凱 鋼研納克檢測技術(shù)有限公司

　　本文介紹了一種基于A(yíng)RM 微控制器的真空測量及控制系統。系統由ARM 微控制器、ADC 采集電路、CAN 通訊接口、HM-TRP 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、上位機和真空規組成。將其應用于四極桿質(zhì)譜儀，能同時(shí)測量接口、離子傳輸和四極桿三個(gè)部分的真空度，并據此實(shí)現了儀器單元的級聯(lián)控制和儀器的流程控制；同時(shí)，將各個(gè)部分的真空度上傳至上位機顯示以及通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊傳送至顯示終端進(jìn)行顯示和控制。

　　將該系統應用于鋼研納克檢測技術(shù)有限公司的PlasmaMS 300 儀器，實(shí)驗表明，該系統能準確且穩定地實(shí)時(shí)監測儀器的真空度，確保了儀器的正常工作及關(guān)鍵部件的安全;同時(shí)，部件間的級聯(lián)控制和整機流程控制進(jìn)一步提高了儀器的自動(dòng)化程度和可靠性。

　　質(zhì)譜儀是當今科學(xué)儀器中應用最廣、發(fā)展前景最好的科學(xué)儀器之一�？煽焖偻瑫r(shí)檢測周期表上幾乎所有元素，成為公認的最有力的元素分析手段，其應用領(lǐng)域非常廣泛，主要有原子能、生命科學(xué)、臨床和醫藥科學(xué)、化學(xué)、環(huán)境監測、食品安全、檢驗檢疫、法醫學(xué)、刑偵科學(xué)、化工、石油化工、電子和地質(zhì)學(xué)等。四極桿質(zhì)譜儀是質(zhì)譜儀中最常見(jiàn)的一種，是采用四極電場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量分離的動(dòng)態(tài)質(zhì)譜儀。

　　四極桿質(zhì)譜儀的結構如圖1 所示，主要由進(jìn)樣系統、真空系統、離子檢測系統和計算機控制系統組成，其中真空系統主要由接口部分、離子傳輸部分、質(zhì)量分析器部分和真空泵組成。離子化的樣品首先被引入接口部分（腔室1），在此處離子形成超聲射流，通過(guò)截取錐而進(jìn)入低真空的離子傳輸系統（腔室2），經(jīng)電壓加速和聚焦，傳輸至高真空的四極桿質(zhì)量分析器（腔室3），離子通過(guò)四極場(chǎng)的分離，按照質(zhì)量數由低到高的順序，到達離子檢測系統(腔室3)，最后經(jīng)過(guò)電信號的處理形成譜圖。

　　為了保證，1、四極桿質(zhì)量分析器和倍增器在施加高壓的過(guò)程中不致放電；2、離子束在與真空狀態(tài)下存在的氣體分子碰撞過(guò)程中不致過(guò)于嚴重損失，必須要確保質(zhì)譜儀在工作時(shí)，各腔室的真空度達到并穩定的控制在預定范圍內。另外，根據各腔室的真空度來(lái)實(shí)現離子源、離子透鏡單元和氣路單元等部件的級聯(lián)控制以及整機的流程控制，可以進(jìn)一步提高儀器的自動(dòng)化和智能化程度。

圖1 四極桿質(zhì)譜儀結構圖

　　1、系統組成

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　　2、系統硬件電路設計

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　　3、軟件設計

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　　4、測試結果

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　　5、總結

　　本文介紹了一種用于四極桿質(zhì)譜儀的真空測量與控制系統，詳細闡述了系統結構、系統硬件電路及軟件設計等，在鋼研納克檢測技術(shù)有限公司的PlasmaMS 300 儀器上，實(shí)現了儀器真空系統真空度的測量和儀器其他單元的級聯(lián)控制和儀器的流程控制，其測試結果符合要求，確保了儀器的正常工作，提高了儀器的自動(dòng)化程度和可靠性。