專利名稱：一種用于離子遷移譜儀的氣體流速自動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及離子遷移譜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可以用于離子遷移譜儀的氣體流速自動(dòng)控制裝置，精確控制氣路中的氣體流速，起到保證離子遷移譜儀精確穩(wěn)定工作的作用。
背景技術(shù)：
當(dāng)前對(duì)爆炸物、毒品、以及大氣環(huán)境中苯、芳香烴類等有毒致癌物質(zhì)的檢測(cè)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，常規(guī)的手段有光譜分析、電子鼻、色譜質(zhì)譜聯(lián)用、離子遷移譜等。光譜分析法雖然較為準(zhǔn)確，但對(duì)樣品較為苛刻，對(duì)采樣得到的固體樣品需要先進(jìn)行壓片，對(duì)采集到的氣體樣品則需要用專用的氣體樣品池進(jìn)行檢測(cè)，并且難以從干擾信號(hào)中分辨出來自痕量爆炸物的微弱信號(hào)。另外，高可靠性、高靈敏度的光譜儀通常體積和重量均較大，而且價(jià)格昂貴，目前主要在實(shí)驗(yàn)室中使用，難以大量應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 “電子鼻”屬于化學(xué)傳感器，其靈敏度也較高，但選擇性和穩(wěn)定性在短期內(nèi)難以有較大改善， 在具體應(yīng)用時(shí)一般是將性能各異的化學(xué)傳感器組成陣列，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能技術(shù)進(jìn)行多傳感器信息融合，其檢測(cè)對(duì)象通常是一些混合物氣體。氣相色譜與電子捕獲器聯(lián)用技術(shù)的檢測(cè)原理是，不同種類的氣體分子在色譜柱中停留的時(shí)間不同，先將氣體樣品分子注入色譜柱，對(duì)某個(gè)特定時(shí)間段流出色譜柱的氣體分子進(jìn)行離化處理，使其成為帶電的離子，然后用電極進(jìn)行收集。根據(jù)電極上是否有放電電流以及電流大小，即可確定氣體樣品分子的種類和數(shù)量。該方法特異性不是很強(qiáng)，多種對(duì)電子具有較強(qiáng)親和能力的化學(xué)物質(zhì)都會(huì)引起報(bào)警，誤報(bào)率較高。另外，檢測(cè)時(shí)還需配備一個(gè)專用的儲(chǔ)氣罐以提供高純載氣(一般是氦氣或氮?dú)?，因而不易于便攜使用。離子遷移譜是該領(lǐng)域的一種主流技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了儀器的小型化甚至可以便攜使用，是世界各國(guó)研究的研究重點(diǎn)。其核心部件是一個(gè)離子遷移管，遷移管的最前部設(shè)置樣品入口，被測(cè)樣品在載氣的帶動(dòng)下由此進(jìn)入離化區(qū)，載氣一般是純凈的氮?dú)饣騼艋^的空氣。 IMS樣品的離化有很多種方式。目前，在IMS中最常用的離化源還是采用放射性材料制成。 樣品分子在離化區(qū)里形成離子后，并不直接進(jìn)入遷移區(qū)，而是先集結(jié)在離子門的前部，只有在離子門開啟時(shí)，才能同步進(jìn)入遷移區(qū)中進(jìn)行漂移。離子門實(shí)際上是兩個(gè)靠得很近(0. Imm) 的門柵，中間夾著一層絕緣膜片組成，通常情況下，在兩個(gè)門柵上加上和離子漂移方向相反的電壓信號(hào)，由于該電場(chǎng)的作用，離子會(huì)被束縛在門柵之間，此時(shí)離子門關(guān)閉；當(dāng)電壓信號(hào)撤去時(shí)，離子門開啟，離子進(jìn)入遷移區(qū)內(nèi)在電場(chǎng)力的作用下產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)。在離子遷移譜的工作過程中，載氣在儀器內(nèi)部的流速是影響其正常工作的重要因素。因?yàn)榈竭_(dá)檢測(cè)電極的離子信號(hào)強(qiáng)度與樣品離子的濃度成正比，而影響樣品離子濃度的主要因素有三個(gè)(a)進(jìn)入離化區(qū)前樣品氣體的濃度；(b)樣品分子在離化區(qū)的離化效率； (c)樣品離子從離化區(qū)到檢測(cè)區(qū)的復(fù)合幾率。放射源作為離化源離化效率基本恒定，當(dāng)載氣流速變化時(shí)，主要考慮進(jìn)入離化區(qū)前樣品氣體濃度變化和樣品離子從離化區(qū)到檢測(cè)區(qū)的復(fù)合幾率的變化所引起的樣品離子濃度的改變。[0006]因此保證離子遷移譜內(nèi)部氣體流速穩(wěn)定對(duì)離子遷移譜的正常工作有重要意義。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的諸多缺陷，提供一種用于離子遷移譜儀的氣體流速自動(dòng)控制裝置，精確控制氣路中的氣體流速，起到保證離子遷移譜儀精確穩(wěn)定工作的作用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種用于離子遷移譜儀的氣體流速自動(dòng)控制裝置，設(shè)置在離子遷移譜儀的氣路中，其特征在于，包括用于測(cè)量氣體流速并轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)氣體流速電信號(hào)的氣體流速傳感器、負(fù)責(zé)采集轉(zhuǎn)換后的氣體流速電信號(hào)并處理后輸出控制信號(hào)的數(shù)據(jù)采集處理裝置、以及通過該控制信號(hào)來控制氣體流速的氣體流速控制裝置，所述氣體流速傳感器與數(shù)據(jù)采集處理裝置的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集處理裝置的輸出端與氣體流速控制裝置連接。在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置包括AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和電流輸出模塊三部分，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與氣體流速傳感器連接，AD轉(zhuǎn)換模塊依次連接數(shù)據(jù)處理模塊和電流輸出模塊，電流輸出模塊的輸出端與氣體流速控制裝置連接。在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述氣體流速控制裝置是微型氣體比例控制閥。在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，氣體流速傳感器包括主要流通管和毛細(xì)感應(yīng)管，所述毛細(xì)感應(yīng)管內(nèi)設(shè)置有高精度溫度感應(yīng)線圈。本實(shí)用新型首先通過氣體流速傳感器測(cè)量氣體流速并轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)氣體流速電信號(hào)，然后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，經(jīng)過低通濾波后，計(jì)算得到相應(yīng)的控制值并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)， 微型氣體比例控制閥通過該控制信號(hào)將其控制在相應(yīng)開度，從而精確控制氣路中的氣體流速。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來詳細(xì)說明本實(shí)用新型

圖1為本實(shí)用新型的總體框圖。圖2為本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集處理裝置所用電路圖。圖3為本實(shí)用新型的PID控制框圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。參見圖1，一種用于離子遷移譜儀的氣體流速自動(dòng)控制裝置，設(shè)置在離子遷移譜儀的氣路中，用于保證離子遷移譜內(nèi)部氣體流速穩(wěn)定。該氣體流速自動(dòng)控制裝置主要包括氣體流速傳感器1、數(shù)據(jù)采集處理裝置3和氣體流速控制裝置2三部分。氣體流速傳感器1與數(shù)據(jù)采集處理裝置3的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集處理裝置3的輸出端與氣體流速控制裝置2 連接。[0020]氣體流速傳感器1用于測(cè)量氣體流速并轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)氣體流速電信號(hào)。氣體流速傳感器可以精確檢測(cè)氣體流速，包括主要流通管和毛細(xì)感應(yīng)管，測(cè)量的氣體被分流到這兩個(gè)氣體通道內(nèi)，毛細(xì)感應(yīng)管內(nèi)設(shè)置有兩根高精度溫度感應(yīng)線圈。當(dāng)氣體流動(dòng)開始時(shí)，氣體攜帶熱量從上游線圈到下游線圈，結(jié)果使高精度溫度感應(yīng)線圈電阻的變化同溫度微分值成比例關(guān)系?；菟沟菢螂娐酚脕頇z監(jiān)測(cè)高精度溫度感應(yīng)線圈的阻抗梯度對(duì)應(yīng)的溫度變化的線性關(guān)系，從而獲得瞬間氣流速率。這種氣體流速傳感器具有高精度和高靈敏度的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集處理裝置3負(fù)責(zé)采集轉(zhuǎn)換后的氣體流速電信號(hào)并處理后輸出控制信號(hào)。 數(shù)據(jù)采集處理裝置3包括AD轉(zhuǎn)換模塊4、數(shù)據(jù)處理模塊5和電流輸出模塊6三部分，AD轉(zhuǎn)換模塊4的輸入端與氣體流速傳感器1連接，AD轉(zhuǎn)換模塊4依次連接數(shù)據(jù)處理模塊5和電流輸出模塊6，電流輸出模塊6的輸出端與氣體流速控制裝置2連接。在本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集處理裝置采用一個(gè)ARM 7處理器作為主器件，其自帶高精度AD轉(zhuǎn)換/DA轉(zhuǎn)換模塊，可以方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和輸出。只要配置簡(jiǎn)單的時(shí)鐘電路即可運(yùn)行，簡(jiǎn)化了裝置的結(jié)構(gòu)。 在信號(hào)輸出端設(shè)計(jì)了 4-20mA電流環(huán)電路，用于驅(qū)動(dòng)微型氣體比例控制閥工作，基本電路如圖2所示。該芯片還具備豐富的外設(shè)資源和強(qiáng)大的計(jì)算能力，可作為整個(gè)離子遷移譜的控制芯片。數(shù)據(jù)采集處理裝置采集到氣體流速信號(hào)后，采用了經(jīng)典的PID控制策略，計(jì)算得到相應(yīng)的控制值并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。PID控制器是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見的反饋控制方法。這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。和其他簡(jiǎn)單的控制運(yùn)算不同，PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值，這樣可以使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，更加穩(wěn)定。整個(gè)PID控制由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成，通過Kp，Ki和Kd三個(gè)參數(shù)的設(shè)定，可以調(diào)整控制效果，PID控制框圖如圖3所示。氣體流速控制裝置2通過該控制信號(hào)來控制氣體流速，在本實(shí)施例中，氣體流速控制裝置是微型氣體比例控制閥。微型氣體比例控制閥可以根據(jù)輸入的電流迅速任意的調(diào)節(jié)閥的開度，從而有效控制氣體的流速在設(shè)定值。并且微型氣體比例控制閥采用壓電陶瓷作為主材料，具有很強(qiáng)的抗腐蝕性。本實(shí)用新型首先通過氣體流速傳感器測(cè)量氣體流速并轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)氣體流速電信號(hào)，然后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，經(jīng)過低通濾波后，計(jì)算得到相應(yīng)的控制值并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)， 微型氣體比例控制閥通過該控制信號(hào)將其控制在任意開度，從而精確控制氣路中的氣體流速。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求1.一種用于離子遷移譜儀的氣體流速自動(dòng)控制裝置，設(shè)置在離子遷移譜儀的氣路中， 其特征在于，包括用于測(cè)量氣體流速并轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)氣體流速電信號(hào)的氣體流速傳感器、 負(fù)責(zé)采集轉(zhuǎn)換后的氣體流速電信號(hào)并處理后輸出控制信號(hào)的數(shù)據(jù)采集處理裝置、以及通過該控制信號(hào)來控制氣體流速的氣體流速控制裝置，所述氣體流速傳感器與數(shù)據(jù)采集處理裝置的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集處理裝置的輸出端與氣體流速控制裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子遷移譜儀的氣體流速自動(dòng)控制裝置，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)采集處理裝置包括AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和電流輸出模塊三部分，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與氣體流速傳感器連接，AD轉(zhuǎn)換模塊依次連接數(shù)據(jù)處理模塊和電流輸出模塊， 電流輸出模塊的輸出端與氣體流速控制裝置連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子遷移譜儀的氣體流速自動(dòng)控制裝置，其特征在于， 所述氣體流速控制裝置是微型氣體比例控制閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于離子遷移譜儀的氣體流速自動(dòng)控制裝置，其特征在于， 氣體流速傳感器包括主要流通管和毛細(xì)感應(yīng)管，所述毛細(xì)感應(yīng)管內(nèi)設(shè)置有高精度溫度感應(yīng)線圈。
專利摘要一種用于離子遷移譜儀的氣體流速自動(dòng)控制裝置，設(shè)置在離子遷移譜儀的氣路中，包括用于測(cè)量氣體流速并轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)氣體流速電信號(hào)的氣體流速傳感器、負(fù)責(zé)采集轉(zhuǎn)換后的氣體流速電信號(hào)并處理后輸出控制信號(hào)的數(shù)據(jù)采集處理裝置、以及通過該控制信號(hào)來控制氣體流速的氣體流速控制裝置，氣體流速傳感器與數(shù)據(jù)采集處理裝置的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集處理裝置的輸出端與氣體流速控制裝置連接。本實(shí)用新型首先通過氣體流速傳感器測(cè)量氣體流速并轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)氣體流速電信號(hào)，然后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，經(jīng)過低通濾波后，計(jì)算得到相應(yīng)的控制值并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，氣體流速傳感器通過該控制信號(hào)將其控制在相應(yīng)開度，從而精確控制氣路中的氣體流速。
文檔編號(hào)G01N27/62GK202083670SQ201120116109
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者朱莉芳, 陳柏松 申請(qǐng)人:西安艾爾特儀器有限公司