一種四極桿質譜儀真空測量及控制系統的研制

質譜測量 李凱 鋼研納克檢測技術有限公司

  本文介紹了一種基于ARM 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 無線收發模塊、上位機和真空規組成。將其應用于四極桿質譜儀,能同時測量接口、離子傳輸和四極桿三個部分的真空度,并據此實現了儀器單元的級聯控制和儀器的流程控制;同時,將各個部分的真空度上傳至上位機顯示以及通過無線模塊傳送至顯示終端進行顯示和控制。

  將該系統應用于鋼研納克檢測技術有限公司的PlasmaMS 300 儀器,實驗表明,該系統能準確且穩定地實時監測儀器的真空度,確保了儀器的正常工作及關鍵部件的安全;同時,部件間的級聯控制和整機流程控制進一步提高了儀器的自動化程度和可靠性。

  質譜儀是當今科學儀器中應用最廣、發展前景最好的科學儀器之一。可快速同時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,其應用領域非常廣泛,主要有原子能、生命科學、臨床和醫藥科學、化學、環境監測、食品安全、檢驗檢疫、法醫學、刑偵科學、化工、石油化工、電子和地質學等。四極桿質譜儀是質譜儀中最常見的一種,是采用四極電場進行質量分離的動態質譜儀。

  四極桿質譜儀的結構如圖1 所示,主要由進樣系統、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,通過截取錐而進入低真空的離子傳輸系統(腔室2),經電壓加速和聚焦,傳輸至高真空的四極桿質量分析器(腔室3),離子通過四極場的分離,按照質量數由低到高的順序,到達離子檢測系統(腔室3),最后經過電信號的處理形成譜圖。

  為了保證,1、四極桿質量分析器和倍增器在施加高壓的過程中不致放電;2、離子束在與真空狀態下存在的氣體分子碰撞過程中不致過于嚴重損失,必須要確保質譜儀在工作時,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實現離子源、離子透鏡單元和氣路單元等部件的級聯控制以及整機的流程控制,可以進一步提高儀器的自動化和智能化程度。

圖1 四極桿質譜儀結構圖

  1、系統組成

  http://www.qbjic.club/vacuum-measure/mass-spectrum/067126.html

  2、系統硬件電路設計

  http://www.qbjic.club/vacuum-measure/mass-spectrum/067127.html

  3、軟件設計

  http://www.qbjic.club/vacuum-measure/mass-spectrum/067128.html

  4、測試結果

  http://www.qbjic.club/vacuum-measure/mass-spectrum/067129.html

  5、總結

  本文介紹了一種用于四極桿質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有限公司的PlasmaMS 300 儀器上,實現了儀器真空系統真空度的測量和儀器其他單元的級聯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,提高了儀器的自動化程度和可靠性。