基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀xy平臺控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種所述基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀XY平臺控制系統(tǒng)，包括控制器，拖動所述XY平臺沿X坐標軸和Y坐標軸移動的X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機，用于檢測所述X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機步進數(shù)據(jù)的X軸編碼器、Y軸編碼器，以及X軸行程限位開關、Y軸行程限位開關；所述控制器由內(nèi)嵌有27MHz晶體振蕩器的FPGA控制芯片和兩個K型熱電偶模數(shù)轉換器組成。本發(fā)明優(yōu)點在于保證基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀正常進靶、退靶、打靶的基礎上，F(xiàn)PGA控制芯片采集X軸、Y軸編碼器的反饋信號，可以有效地提取和識別X軸、Y軸編碼器的錯誤脈沖，大大提高了所述XY平臺運行過程中的精確度。
【專利說明】
基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀XY平臺控制系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀，尤其是涉及基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀XY平臺控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀由四部分組成，如圖1所示，包括進樣系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器和檢測器。其操作流程為:操作人員采集樣品1.1后放入樣品靶1.2，然后把樣品靶1.2放入進樣口，XY平臺把樣品靶1.2送入真空腔體1.3內(nèi)的指定位置。在真空腔體1.3中，激光器1.4發(fā)射激光擊打樣品靶1.2上面的樣品1.1，使得樣品1.1離子化，在20KV高壓作用下，帶電離子在離子源前極板1.5聚集，此時撤掉兩塊前級板中一塊板的高壓使之產(chǎn)生電勢差，離子獲得初始動能后同時飛入質(zhì)量分析器1.6(飛行管)中。由于不同離子的質(zhì)荷比不同，它們在質(zhì)量分析器1.6(飛行管)中飛行到達檢測器1.7的時間不同，所以檢測器1.7采集到電流以后再通過上位機1.8處理即能分辨不同物質(zhì)?；|(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀鑒定樣品1.1時，需要把樣品1.1送入和送出真空腔體1.3中，且在打樣過程中需要移動樣品靶1.2，對樣品靶1.2的不同靶點進行打樣，因此需要XY平臺控制進靶、退靶和打靶過程。
[0003]現(xiàn)有的XY平臺控制系統(tǒng)采用單片機控制電路，用C語言編程，與真空步進電機和編碼器以及微動開關的配合為主，部分機械設計配合為輔，來控制樣品靶1.2的進靶、退靶和打靶過程。但是，由于單片機的晶振為18.432MHz，且真空步進電機每步進一步編碼器計入一步，不能分辨真空步進電機在機械阻力下的失步現(xiàn)象，導致誤碼率高，抗干擾能力差;其次，采用單片機也直接導致了 XY平臺的X坐標軸和Y坐標軸只能采用時間片輪轉控制(分時控制)，即X軸真空步進電機和Y軸真空步進電機的切換控制在時序控制上無法確保其精確度和響應速度，造成單片機在提取編碼器返回脈沖時很難識別錯誤脈沖，無法真正實現(xiàn)反饋信息的有效利用，準確性無法保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀XY平臺控制系統(tǒng)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術方案:
本發(fā)明所述基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀XY平臺控制系統(tǒng)，包括控制器，拖動所述XY平臺沿X坐標軸和Y坐標軸移動的X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機，用于檢測所述X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機步進數(shù)據(jù)的X軸編碼器、Y軸編碼器，以及X軸行程限位開關、Y軸行程限位開關;所述控制器由內(nèi)嵌有27MHz晶體振蕩器的FPGA控制芯片和兩個K型熱電偶模數(shù)轉換器組成;所述兩個K型熱電偶模數(shù)轉換器的信號輸入端分別與對應的X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機內(nèi)置的PT100電阻傳感器信號輸出端連接;FPGA控制芯片的輸出控制端分別與X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機的步進驅(qū)動器輸入控制端連接;所述X軸編碼器、Y軸編碼器分別將采集的X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機的步進數(shù)據(jù)信號輸出給FPGA控制芯片;所述X軸行程限位開關、Y軸行程限位開關的信號輸出端分別與FPGA控制芯片的信號輸入端連接。
[0006]所述X軸編碼器、Y軸編碼器均為三通道增量式光柵編碼器，或絕對型編碼器。
[0007]所述X軸行程限位開關、Y軸行程限位開關均為按鍵式限位開關，或光電式限位開關。
[0008]所述X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機的步距角均為1.8°，所述步進電機驅(qū)動器細分為64。
[0009 ]所述FPGA控制芯片的通信接口通過PIC單片機與上位機通信連接。
[0010]本發(fā)明優(yōu)點在于保證基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀正常進靶、退靶、打靶的基礎上，進一步提高了 X軸、Y軸編碼器部分設計，采用小巧的三通道增量式光柵編碼器，兩個通道正交輸出指數(shù)脈沖，第三通道索引輸出，實現(xiàn)零位校正功能。FPGA控制芯片采集X軸、Y軸編碼器的反饋信號，可以有效地提取和識別X軸、Y軸編碼器的錯誤脈沖，大大提高了所述XY平臺運行過程中的精確度。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明所述基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀的原理示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖2所示，本發(fā)明所述基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀XY平臺控制系統(tǒng)，包括控制器I，拖動所述XY平臺沿X坐標軸和Y坐標軸移動的X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機;用于檢測X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機步進數(shù)據(jù)的X軸編碼器、Y軸編碼器，和用于限制X軸、Y軸真空步進電機沿X坐標軸、Y坐標軸移動極限位置的X軸行程限位開關、Y軸行程限位開關；控制器I由內(nèi)嵌有27MHz晶體振蕩器的FPGA控制芯片(FPGA:英文Fi e I d —Programmable Gate Array的縮寫，現(xiàn)場可編程門陣列)和兩個K型熱電偶模數(shù)轉換器組成。
[0014]FPGA控制芯片的輸出控制端分別與X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機的步進驅(qū)動器輸入控制端連接;X軸編碼器、Y軸編碼器分別將采集的X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機的步進數(shù)據(jù)信號輸出給FPGA控制芯片;X軸行程限位開關、Y軸行程限位開關的信號輸出端分別與FPGA控制芯片的信號輸入端連接;FPGA控制芯片的通信接口通過PIC單片機(型號:18LF4620，為44引腳增強型閃存微控制器)與上位機通信連接，PIC單片機把上位機發(fā)送過來的信息轉換為FPGA控制芯片最易識別的信息，同時，PIC單片機也把FPGA控制芯片發(fā)送的信息轉換為標準通信協(xié)議再傳送給上位機。
[0015]采用PIC單片機與上位機進行通信的目的是:雖然FPGA控制芯片可以不通過PIC單片機即可與上位機通信，但是會加大FPGA控制芯片的配置難度，且占用FPGA控制芯片資源增多，最重要的是會使得開發(fā)周期延長。另外，此款PIC單片機采用納瓦技術，在待機模式下的電流消耗僅為0.ΙμΑ，在2V-5.5V電壓下均能正常工作，能夠以最低功耗實現(xiàn)要求的性能。
[0016]X軸行程限位開關、Y軸行程限位開關均采用按鍵式限位開關，按鍵壓力為0.74Ν，按鍵壽命達到2000萬次，觸點材質(zhì)為銀合金，額定電壓5VDC，電流100mA，耐高溫至65°C。
[0017]X軸、Y軸真空步進電機選用VSS系列步進電機，因這一系列步進電機是在真空條件下使用的，所以也稱為真空步進電機;真空環(huán)境的使用消除了空氣中微粒震動對步進電機使用的影響，其內(nèi)置有PTlOO電阻傳感器用來監(jiān)測繞組的溫度;該真空步進電機為兩相步進電機，步距角均為1.8°，步進電機驅(qū)動器細分為64，真空度達到10—7 mbar，溫度變化在-20°c?+200°C之間，最大耐壓值為50V/AC，額定電流為0.8A。
[0018]X軸編碼器和Y軸編碼器選用三通道增量式光柵編碼器，其中兩個通道正交輸出指數(shù)脈沖，第三通道索引輸出，實現(xiàn)零位校正功能。
[0019]27MHz晶體振蕩器配合FPGA控制芯片使得X軸、Y軸真空步進電機對操作人員的指令響應更加及時，測試所得數(shù)據(jù)在操作人員發(fā)送進靶命令后約56s進靶動作完成，操作人員發(fā)送退靶命令約80s退靶動作完成，操作人員發(fā)送復位命令約80s復位動作完成，自動打樣2200個樣品點以后位置誤差僅在3步之內(nèi)。
[0020]兩個K型熱電偶模數(shù)轉換器選用美國MAXIM公司生產(chǎn)的帶有冷端補償、線性校正、熱電偶斷線檢測的串行K型熱電偶模數(shù)轉換器(型號:MAX6675，溫度分辨率為0.25 °C，可讀數(shù)最高位+1024°C)，其信號輸入端分別與對應的X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機內(nèi)置的PT100電阻傳感器信號輸出端連接，對PT100電阻傳感器輸出的信號進行冷端補償并且轉換為數(shù)字信號，然后進行12位分辨率輸出給FPGA控制芯片。
【主權項】
1.一種基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀XY平臺控制系統(tǒng)，包括控制器，拖動所述XY平臺沿X坐標軸和Y坐標軸移動的X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機，用于檢測所述X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機步進數(shù)據(jù)的X軸編碼器、Y軸編碼器，以及X軸行程限位開關、Y軸行程限位開關;其特征在于:所述控制器由內(nèi)嵌有27MHz晶體振蕩器的FPGA控制芯片和兩個K型熱電偶模數(shù)轉換器組成;所述兩個K型熱電偶模數(shù)轉換器的信號輸入端分別與對應的X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機內(nèi)置的PTlOO電阻傳感器信號輸出端連接;FPGA控制芯片的輸出控制端分別與X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機的步進驅(qū)動器輸入控制端連接;所述X軸編碼器、Y軸編碼器分別將采集的X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機的步進數(shù)據(jù)信號輸出給FPGA控制芯片;所述X軸行程限位開關、Y軸行程限位開關的信號輸出端分別與FPGA控制芯片的信號輸入端連接。2.根據(jù)權利要求1所述的基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀XY平臺控制系統(tǒng)，其特征在于:所述X軸編碼器、Y軸編碼器均為三通道增量式光柵編碼器，或絕對型編碼器。3.根據(jù)權利要求1或2所述的基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀XY平臺控制系統(tǒng)，其特征在于:所述X軸行程限位開關、Y軸行程限位開關均為按鍵式限位開關，或光電式限位開關。4.根據(jù)權利要求1或2所述的基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀XY平臺控制系統(tǒng)，其特征在于:所述X軸真空步進電機、Y軸真空步進電機的步距角均為1.8°，所述步進電機驅(qū)動器細分為64。5.根據(jù)權利要求1或2所述的基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜儀XY平臺控制系統(tǒng)，其特征在于:所述FPGA控制芯片的通信接口通過PIC單片機與上位機通信連接。
【文檔編號】G01N27/66GK105843133SQ201610361304
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】王曉錦, 蔡克亞, 郭光輝, 李向廣, 李康康, 王家杰, 張瑞峰, 劉聰, 王超, 劉曉莉, 易玲, 劉偉偉, 李傳華, 吳學煒
【申請人】安圖實驗儀器(鄭州)有限公司