專利名稱：一種智能型氦質(zhì)譜檢漏儀電子控制系統(tǒng)的控制方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能型氦質(zhì)譜檢漏儀電子控制系統(tǒng)的控制方法與裝置，屬于分析儀器的電子控制領(lǐng)域。國內(nèi)生產(chǎn)的氦質(zhì)譜檢漏儀的電子控制系統(tǒng)，智能化程度低，操作很不方便，市場上的ZQJ-291型檢漏儀是國內(nèi)自動化程度較高的，但它只不過是國外八十年代中期的翻版，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是微處理器還是8088。
本發(fā)明的目的是提供一種新的電子控制系統(tǒng)的控制方法和裝置，從而使氦質(zhì)譜檢漏儀的操作變得簡單方便，性能穩(wěn)定可靠。
根據(jù)所述的目的，本發(fā)明提供了一種智能型氦質(zhì)譜檢漏儀電子控制系統(tǒng)的控制方法，它以16位微處理單片機為核心，①通過接口的擴展，對氦質(zhì)譜檢漏儀的所有閥門按工藝要求進行順序邏輯控制。②通過接口模塊的擴展，利用數(shù)-模轉(zhuǎn)換模塊的特性和模擬開關(guān)接通放大器反饋電阻的方法實現(xiàn)漏率的自動調(diào)零。③利用可編程定時記數(shù)器產(chǎn)生不同頻率的脈沖，再利用頻率/電壓(F/V)轉(zhuǎn)換技術(shù)來實現(xiàn)質(zhì)譜室加速、聚焦、推斥電壓的調(diào)整，從而實現(xiàn)氦峰的自動調(diào)節(jié)。④雜散離子(重離子)的離子流經(jīng)放大器放大，在利用中斷技術(shù)的基礎(chǔ)上及時地保護燈絲。⑤利用接口模塊，在單片微處理器的控制下，不僅對漏率進行顯示，而且提供友好的人機接口。⑥在單片微處理器的控制下，能夠?qū)ο到y(tǒng)參數(shù)進行隨時打印。⑦通過開發(fā)DP口具有PROFIBUS總線接口功能，同時具備微機通信接口。⑧通過機器內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)氦漏孔計，利用模擬開關(guān)技術(shù)，在較短的時間里實現(xiàn)儀器的自動校準(zhǔn)功能。
根據(jù)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種智能型氦質(zhì)譜檢漏儀電子控制系統(tǒng)，以提高氦質(zhì)譜檢漏儀的智能化，該裝置主要由以下幾個部分組成(1)單片機主電路。(2)閥門控制電路。(3)離子流的放大電路。(4)氦峰調(diào)節(jié)電路。(5)燈絲自動保護電路。
單片機主電路包括單片微處理器及程序擴展存儲器和數(shù)據(jù)擴展存儲器模塊，地址譯碼器，并行I/O接口模塊，可編程定時計數(shù)器模塊及其它們的外圍接口電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，其特征在于整個電路以16位單片微處理器為核心，經(jīng)鎖存器對程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器進行擴展；譯碼器通過對地址總線進行譯碼，為單片機的擴展接口模塊提供片選信號；并行I/O接口模塊用了兩塊，一塊的第一個口與鍵盤接口電路相連，第二個口與顯示接口電路相連，第三個口與儀器狀態(tài)輸出接口電路相連，另一塊第一個口經(jīng)三態(tài)緩沖器輸出與閥門控制接口電路相連，第二個口接模擬開關(guān)，通過模擬開關(guān)對離子流放大電路進行自動量程轉(zhuǎn)換，第三個口經(jīng)三態(tài)緩沖器輸出與氦峰調(diào)節(jié)電路相連；可編程定時器模塊接收單片微處理器信號，以時鐘電路為基礎(chǔ)，輸出可變頻率的脈沖信號，經(jīng)頻率/電壓(F/V)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)氦峰的自動調(diào)節(jié)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(1)利用微處理單片機和外圍電路，使整個電子控制系統(tǒng)緊湊而高效。
(2)利用數(shù)模轉(zhuǎn)換電路對離子流放大電路進行電氣自調(diào)零，電路簡單。
(3)雜散離子經(jīng)放大器放大后發(fā)出中斷命令來切斷燈絲，及時而快速地保護好燈絲。
(4)利用軟件定時器和頻率/電壓(F/V)轉(zhuǎn)換技術(shù)，尋找氦峰，快速而準(zhǔn)確。
(5)利用單片微處理器控制模擬開關(guān)來實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。
下面結(jié)合附圖加以說明

圖1為電子控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為閥門控制電路圖。
圖3為離子流放大電路圖。
圖4為氦峰調(diào)節(jié)電路圖。
圖5為燈絲的自動保護電路圖。
由圖1所示，整個電路以16位單片微處理器為核心，經(jīng)鎖存器對程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器進行擴展；譯碼器對地址總線進行譯碼，為單片機的擴展接口模塊提供片選信號；兩塊并行I/O接口模塊采用了模塊8255，一塊的第一個口與鍵盤接口電路相連，第二個口與顯示接口電路相連，第三個口與儀器狀態(tài)輸出接口電路相連，另一塊第一個口經(jīng)三態(tài)緩沖器輸出與閥門控制接口電路相連，第二個口接模擬開關(guān)，通過模擬開關(guān)對離子流放大電路反饋電阻進行控制實現(xiàn)自動量程轉(zhuǎn)換，第三個口經(jīng)三態(tài)緩沖器輸出與氦峰調(diào)節(jié)電路相連；可編程定時計數(shù)器，如選用8253，接收單片微處理器信號，以時鐘電路為基礎(chǔ)，輸出可變頻率的脈沖信號，D/A模塊，如采用DAC1210，在單片微處理器的控制下，與離子流放大電路共同完成儀器的調(diào)零。A/D轉(zhuǎn)換有如下幾路經(jīng)放大以后的離子流信號、分子泵出口壓力、檢漏口壓力、質(zhì)譜室溫度信號。單片微處理器接收到這些信號分別對其進行顯示、報警以及控制。
另外單片微處理器把需要進行打印的數(shù)據(jù)經(jīng)三態(tài)緩沖輸出模塊送至打印機。對于需要進行通訊的數(shù)據(jù)，單片微處理器有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口如RS232或DP口，單片微處理器接收來自燈絲保護電路的中斷請求，以及時地切斷燈絲。燈絲保護電路的工作過程是這樣(見圖5)放大器對雜散離子流進行放大，當(dāng)雜散離子流大到一定的值時，說明質(zhì)譜真空變壞，為了防止燈絲氧化燒斷，于是把這個門檻值的邏輯結(jié)果作為單片微處理器的一個外部中斷請求信號。
下面結(jié)合電路圖對其作詳細(xì)介紹由圖1，圖2所示，單片微處理器接收通過A/D轉(zhuǎn)換而來的檢漏口的壓力信號，以及通過鍵盤輸入的操作信號來打開或關(guān)閉閥門。
圖3為離子流放大電路。它由5級放大器U4，U5，U6，U7，U8組成。該放大電路的前置放大器置于質(zhì)譜室真空中(在圖中沒有顯示)。單片微處理器通過對模擬開關(guān)芯片U3的控制，來改變第三級放大器U6的放大倍數(shù)，從而改變漏率量程的大小，實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。儀器的校準(zhǔn)也是通過軟件以及離子流放大電路完成的，儀器有內(nèi)置的氦標(biāo)準(zhǔn)漏孔計，單片微處理器根據(jù)所輸入的該氦標(biāo)準(zhǔn)漏孔的值控制模擬開關(guān)芯片找到與標(biāo)準(zhǔn)漏孔對應(yīng)的量程，然后利用軟件實現(xiàn)校準(zhǔn)的目的。
儀器的調(diào)零包括電氣調(diào)零和本底調(diào)零兩個方面，電氣調(diào)零是在前置放大器輸出為零的前提下，由于電器元件的漂移或各種干擾引起的輸出的變化，短接前置放大器的輸出，使輸出電壓為零，而放大器U4的輸出進單片微處理器，所以單片微處理器得到了一段時間的系列值，通過軟件對這些值的方差和期望值進行計算，如果這兩個值符合設(shè)計要求，則把該值存于一個變量中，作為對應(yīng)于電氣零點的對應(yīng)值。
在調(diào)完電氣零點后，再對本底進行調(diào)零，把檢漏口裝上堵頭，關(guān)閉氦標(biāo)準(zhǔn)漏孔計，然后進行檢漏，由放大器U4的輸出所得的值進單片微處理器，單片微處理器則得到一段時間的曲線，該曲線經(jīng)過了對電氣零點的處理，因此該曲線是儀器對氦本底的曲線，它反應(yīng)了儀器的靈敏度。
圖4為氦峰調(diào)節(jié)電路部分電路圖。U9，U10為可編程定時計數(shù)器，它以基準(zhǔn)頻率為基礎(chǔ)，輸出不同脈沖的脈沖信號，該脈沖信號經(jīng)光電隔離(圖中未表示)，然后經(jīng)頻率/電壓(F/V)轉(zhuǎn)換器，如采用LM2917，變成依頻率變化的電壓信號，再經(jīng)低功率放大器放大后來調(diào)節(jié)離子流加速、聚焦、推斥電壓的大小，以達到調(diào)氦峰的目的。
圖5為燈絲自動保護電路，雜散離子(重離子)流經(jīng)放大器U13放大后，其放大后的信號與設(shè)定好的重離子流報警點信號相比較，比較后的邏輯信號經(jīng)光電隔離后，給單片微處理器一個保護燈絲的中斷請求信號。
系統(tǒng)的實施過程如下
儀器檢漏口真空計(圖中未表示)的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換把檢漏口壓力信號送至單片微處理器，單片微處理器經(jīng)過對該信號的處理，經(jīng)并行I/O接口模塊，三態(tài)緩沖輸出模塊，閥門控制接口電路來對閥門進行控制。
同時質(zhì)譜室前置放大器接收離子流接收器的微電流信號，經(jīng)前置級放大后，送至離子流放大電路(見圖3)，離子流放大電路的最終放大結(jié)果作為與漏率相對應(yīng)的參數(shù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送至單片微處理器，單片微處理器對其進行顯示報警和打印，另外在對前置放大器的輸出進行短路使其輸出電壓為零的情況下，單片微處理器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換所接收的信號經(jīng)過零點補償技術(shù)，如對一段時間所采集的信號的方差與期望值進行分析，來判斷所得結(jié)果是否可以作為零點補償?shù)膮?shù)，另外單片微處理器通過控制模擬開關(guān)的通斷，可以改變放大器反饋電阻的大小，從而改變放大倍數(shù)的大小，實現(xiàn)自動量程轉(zhuǎn)換。
調(diào)節(jié)氦峰是使用檢漏儀過程中的最重要的環(huán)節(jié)，影響氦峰的因素有①離子的質(zhì)荷比，即離子的質(zhì)量與電荷的比值。②磁場強度，但在檢漏儀中是不變的。另外還有離子源的聚焦電壓和推斥電壓。其調(diào)節(jié)方法是這樣的單片微處理器通過A/D轉(zhuǎn)換器接收放大的離子流信號，如果增加加速電壓，離子流增大時，說明加速電壓偏??；如果減小加速電壓，離子流增大時，說明加速電壓過大。其規(guī)律是增大與減小加速電壓，離子流都有不同程度的減小，說明離子流的最大值就在這兩個電壓的附近，另外聚焦電壓對離子流的幅度有很大的影響，總之，氦峰是加速電壓、聚焦電壓、推斥電壓的函數(shù)。氦峰的強度也與發(fā)射電流有關(guān)。因此利用單片微處理器來控制可編程定時計數(shù)器，如采用8253芯片，使其產(chǎn)生所需頻率的脈沖，再利用頻率/電壓(F/V)轉(zhuǎn)換技術(shù)來調(diào)節(jié)加速電壓、聚焦電壓、推斥電壓。
由于質(zhì)譜室除氦離子外，還有其它的雜散離子，如氧，氮等。這些雜散離子由于質(zhì)荷比大于氦很多，所以其偏轉(zhuǎn)半徑較大，其雜散離子接收片安裝位置正好能接收這些雜散離子，且形成雜散離子流，其雜散離子流經(jīng)燈絲自動保護電路(見圖5)進行放大，并與設(shè)定值比較，其邏輯結(jié)果經(jīng)光電隔離后給單片微處理器一個外部中斷請求信號，單片微處理器響應(yīng)中斷服務(wù)程序，發(fā)出命令切斷燈絲。
權(quán)利要求
1.一種智能型氦質(zhì)譜檢漏儀電子控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于它以16位微處理單片機為核心，①通過接口的擴展，對氦質(zhì)譜檢漏儀的所有閥門按工藝要求進行順序邏輯控制。②通過接口模塊的擴展，利用數(shù)-模轉(zhuǎn)換模塊的特性和模擬開關(guān)接通放大器反饋電阻的方法實現(xiàn)漏率的自動調(diào)零。③利用可編程定時計數(shù)器產(chǎn)生不同頻率的脈沖，再利用頻率/電壓(F/V)轉(zhuǎn)換技術(shù)來實現(xiàn)質(zhì)譜室加速、聚焦、推斥電壓的調(diào)整，從而實現(xiàn)氦峰的自動調(diào)節(jié)。④雜散離子(重離子)的離子流經(jīng)放大器放大，在利用中斷技術(shù)的基礎(chǔ)上及時地保護燈絲。⑤利用接口模塊，在單片微處理器的控制下，不僅對漏率進行顯示，而且提供友好的人機接口。⑥在單片微處理器的控制下，能夠?qū)ο到y(tǒng)參數(shù)進行隨時打印。⑦通過開發(fā)DP口具有PROFIBUS總線接口功能，同時具備微機通信接口。⑧通過機器內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)氦漏孔計，利用模擬開關(guān)技術(shù)，在較短的時間里實現(xiàn)儀器的自動校準(zhǔn)功能。
2.一種智能型氦質(zhì)譜檢漏儀電子控制系統(tǒng)，包括單片機主電路、閥門控制接口電路、離子流放大電路、氦峰調(diào)節(jié)電路、燈絲自動保護電路。單片機主電路包括單片微處理器及擴展程序存儲器和數(shù)據(jù)擴展存儲器模塊，地址譯碼器，并行I/O接口模塊，可編程定時器模塊及其它們的外圍接口電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，D/A轉(zhuǎn)換電路，其特征在于整個電路以16位單片微處理器為核心，經(jīng)鎖存器對程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器進行擴展；譯碼器通過對地址總線進行譯碼，為單片機的擴展接口模塊提供片選信號；并行I/O接口模塊用了兩塊，一塊的第一個口與鍵盤接口電路相連，第二個口與顯示接口電路相連，第三個口與儀器狀態(tài)輸出接口電路相連，另一塊第一個口經(jīng)三態(tài)緩沖器輸出與閥門控制接口電路相連，第二個口接模擬開關(guān)，通過模擬開關(guān)對離子流放大電路進行自動量程轉(zhuǎn)換，第三個口經(jīng)三態(tài)緩沖器輸出與氦峰調(diào)節(jié)電路相連；可編程定時器模塊接收單片微處理器信號，以時鐘電路為基礎(chǔ)，輸出可變頻率的脈沖信號，經(jīng)頻率/電壓(F/V)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)氦峰的自動調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能型氦質(zhì)譜檢漏儀電子控制系統(tǒng)的控制方法及其裝置，其特征在于它利用單片微處理器的程序，通過可編程定時器產(chǎn)生頻率信號，經(jīng)頻率/電壓(F/V)轉(zhuǎn)換來調(diào)節(jié)質(zhì)譜室的加速、聚焦、推斥電壓，從而實現(xiàn)自動尋找氦峰的目的；通過單片微處理器對模擬開關(guān)的控制，用以連接運送放大器不同反饋放大電阻的方法，實現(xiàn)自動量程轉(zhuǎn)換的目的；雜散離子(重離子)流經(jīng)過放大器的放大，其結(jié)果與預(yù)置的結(jié)果相比較，其比較后的邏輯結(jié)果被作為單片微處理器的外部中斷請求信號。
文檔編號G01N23/00GK1467493SQ0212398
公開日2004年1月14日 申請日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月11日
發(fā)明者郭躍輝, 談嘉禎, 黃威 申請人:郭躍輝