专利名称：一种智能型氦质谱检漏仪电子控制系统的控制方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能型氦质谱检漏仪电子控制系统的控制方法与装置，属于分析仪器的电子控制领域。国内生产的氦质谱检漏仪的电子控制系统，智能化程度低，操作很不方便，市场上的ZQJ-291型检漏仪是国内自动化程度较高的，但它只不过是国外八十年代中期的翻版，且结构复杂，特别是微处理器还是8088。
本发明的目的是提供一种新的电子控制系统的控制方法和装置，从而使氦质谱检漏仪的操作变得简单方便，性能稳定可靠。
根据所述的目的，本发明提供了一种智能型氦质谱检漏仪电子控制系统的控制方法，它以16位微处理单片机为核心，①通过接口的扩展，对氦质谱检漏仪的所有阀门按工艺要求进行顺序逻辑控制。②通过接口模块的扩展，利用数-模转换模块的特性和模拟开关接通放大器反馈电阻的方法实现漏率的自动调零。③利用可编程定时记数器产生不同频率的脉冲，再利用频率/电压(F/V)转换技术来实现质谱室加速、聚焦、推斥电压的调整，从而实现氦峰的自动调节。④杂散离子(重离子)的离子流经放大器放大，在利用中断技术的基础上及时地保护灯丝。⑤利用接口模块，在单片微处理器的控制下，不仅对漏率进行显示，而且提供友好的人机接口。⑥在单片微处理器的控制下，能够对系统参数进行随时打印。⑦通过开发DP口具有PROFIBUS总线接口功能，同时具备微机通信接口。⑧通过机器内置的标准氦漏孔计，利用模拟开关技术，在较短的时间里实现仪器的自动校准功能。
根据本发明的目的，本发明提供一种智能型氦质谱检漏仪电子控制系统，以提高氦质谱检漏仪的智能化，该装置主要由以下几个部分组成(1)单片机主电路。(2)阀门控制电路。(3)离子流的放大电路。(4)氦峰调节电路。(5)灯丝自动保护电路。
单片机主电路包括单片微处理器及程序扩展存储器和数据扩展存储器模块，地址译码器，并行I/O接口模块，可编程定时计数器模块及其它们的外围接口电路和A/D转换电路，D/A转换电路，其特征在于整个电路以16位单片微处理器为核心，经锁存器对程序存储器和数据存储器进行扩展；译码器通过对地址总线进行译码，为单片机的扩展接口模块提供片选信号；并行I/O接口模块用了两块，一块的第一个口与键盘接口电路相连，第二个口与显示接口电路相连，第三个口与仪器状态输出接口电路相连，另一块第一个口经三态缓冲器输出与阀门控制接口电路相连，第二个口接模拟开关，通过模拟开关对离子流放大电路进行自动量程转换，第三个口经三态缓冲器输出与氦峰调节电路相连；可编程定时器模块接收单片微处理器信号，以时钟电路为基础，输出可变频率的脉冲信号，经频率/电压(F/V)转换实现氦峰的自动调节。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点(1)利用微处理单片机和外围电路，使整个电子控制系统紧凑而高效。
(2)利用数模转换电路对离子流放大电路进行电气自调零，电路简单。
(3)杂散离子经放大器放大后发出中断命令来切断灯丝，及时而快速地保护好灯丝。
(4)利用软件定时器和频率/电压(F/V)转换技术，寻找氦峰，快速而准确。
(5)利用单片微处理器控制模拟开关来实现量程的自动转换。
下面结合附图加以说明
图1为电子控制系统的总体结构框图。
图2为阀门控制电路图。
图3为离子流放大电路图。
图4为氦峰调节电路图。
图5为灯丝的自动保护电路图。
由图1所示，整个电路以16位单片微处理器为核心，经锁存器对程序存储器和数据存储器进行扩展；译码器对地址总线进行译码，为单片机的扩展接口模块提供片选信号；两块并行I/O接口模块采用了模块8255，一块的第一个口与键盘接口电路相连，第二个口与显示接口电路相连，第三个口与仪器状态输出接口电路相连，另一块第一个口经三态缓冲器输出与阀门控制接口电路相连，第二个口接模拟开关，通过模拟开关对离子流放大电路反馈电阻进行控制实现自动量程转换，第三个口经三态缓冲器输出与氦峰调节电路相连；可编程定时计数器，如选用8253，接收单片微处理器信号，以时钟电路为基础，输出可变频率的脉冲信号，D/A模块，如采用DAC1210，在单片微处理器的控制下，与离子流放大电路共同完成仪器的调零。A/D转换有如下几路经放大以后的离子流信号、分子泵出口压力、检漏口压力、质谱室温度信号。单片微处理器接收到这些信号分别对其进行显示、报警以及控制。
另外单片微处理器把需要进行打印的数据经三态缓冲输出模块送至打印机。对于需要进行通讯的数据，单片微处理器有标准的通讯接口如RS232或DP口，单片微处理器接收来自灯丝保护电路的中断请求，以及时地切断灯丝。灯丝保护电路的工作过程是这样(见图5)放大器对杂散离子流进行放大，当杂散离子流大到一定的值时，说明质谱真空变坏，为了防止灯丝氧化烧断，于是把这个门槛值的逻辑结果作为单片微处理器的一个外部中断请求信号。
下面结合电路图对其作详细介绍由图1，图2所示，单片微处理器接收通过A/D转换而来的检漏口的压力信号，以及通过键盘输入的操作信号来打开或关闭阀门。
图3为离子流放大电路。它由5级放大器U4，U5，U6，U7，U8组成。该放大电路的前置放大器置于质谱室真空中(在图中没有显示)。单片微处理器通过对模拟开关芯片U3的控制，来改变第三级放大器U6的放大倍数，从而改变漏率量程的大小，实现量程的自动转换。仪器的校准也是通过软件以及离子流放大电路完成的，仪器有内置的氦标准漏孔计，单片微处理器根据所输入的该氦标准漏孔的值控制模拟开关芯片找到与标准漏孔对应的量程，然后利用软件实现校准的目的。
仪器的调零包括电气调零和本底调零两个方面，电气调零是在前置放大器输出为零的前提下，由于电器元件的漂移或各种干扰引起的输出的变化，短接前置放大器的输出，使输出电压为零，而放大器U4的输出进单片微处理器，所以单片微处理器得到了一段时间的系列值，通过软件对这些值的方差和期望值进行计算，如果这两个值符合设计要求，则把该值存于一个变量中，作为对应于电气零点的对应值。
在调完电气零点后，再对本底进行调零，把检漏口装上堵头，关闭氦标准漏孔计，然后进行检漏，由放大器U4的输出所得的值进单片微处理器，单片微处理器则得到一段时间的曲线，该曲线经过了对电气零点的处理，因此该曲线是仪器对氦本底的曲线，它反应了仪器的灵敏度。
图4为氦峰调节电路部分电路图。U9，U10为可编程定时计数器，它以基准频率为基础，输出不同脉冲的脉冲信号，该脉冲信号经光电隔离(图中未表示)，然后经频率/电压(F/V)转换器，如采用LM2917，变成依频率变化的电压信号，再经低功率放大器放大后来调节离子流加速、聚焦、推斥电压的大小，以达到调氦峰的目的。
图5为灯丝自动保护电路，杂散离子(重离子)流经放大器U13放大后，其放大后的信号与设定好的重离子流报警点信号相比较，比较后的逻辑信号经光电隔离后，给单片微处理器一个保护灯丝的中断请求信号。
系统的实施过程如下
仪器检漏口真空计(图中未表示)的信号经A/D转换把检漏口压力信号送至单片微处理器，单片微处理器经过对该信号的处理，经并行I/O接口模块，三态缓冲输出模块，阀门控制接口电路来对阀门进行控制。
同时质谱室前置放大器接收离子流接收器的微电流信号，经前置级放大后，送至离子流放大电路(见图3)，离子流放大电路的最终放大结果作为与漏率相对应的参数经A/D转换送至单片微处理器，单片微处理器对其进行显示报警和打印，另外在对前置放大器的输出进行短路使其输出电压为零的情况下，单片微处理器经A/D转换所接收的信号经过零点补偿技术，如对一段时间所采集的信号的方差与期望值进行分析，来判断所得结果是否可以作为零点补偿的参数，另外单片微处理器通过控制模拟开关的通断，可以改变放大器反馈电阻的大小，从而改变放大倍数的大小，实现自动量程转换。
调节氦峰是使用检漏仪过程中的最重要的环节，影响氦峰的因素有①离子的质荷比，即离子的质量与电荷的比值。②磁场强度，但在检漏仪中是不变的。另外还有离子源的聚焦电压和推斥电压。其调节方法是这样的单片微处理器通过A/D转换器接收放大的离子流信号，如果增加加速电压，离子流增大时，说明加速电压偏小；如果减小加速电压，离子流增大时，说明加速电压过大。其规律是增大与减小加速电压，离子流都有不同程度的减小，说明离子流的最大值就在这两个电压的附近，另外聚焦电压对离子流的幅度有很大的影响，总之，氦峰是加速电压、聚焦电压、推斥电压的函数。氦峰的强度也与发射电流有关。因此利用单片微处理器来控制可编程定时计数器，如采用8253芯片，使其产生所需频率的脉冲，再利用频率/电压(F/V)转换技术来调节加速电压、聚焦电压、推斥电压。
由于质谱室除氦离子外，还有其它的杂散离子，如氧，氮等。这些杂散离子由于质荷比大于氦很多，所以其偏转半径较大，其杂散离子接收片安装位置正好能接收这些杂散离子，且形成杂散离子流，其杂散离子流经灯丝自动保护电路(见图5)进行放大，并与设定值比较，其逻辑结果经光电隔离后给单片微处理器一个外部中断请求信号，单片微处理器响应中断服务程序，发出命令切断灯丝。
权利要求
1.一种智能型氦质谱检漏仪电子控制系统的控制方法，其特征在于它以16位微处理单片机为核心，①通过接口的扩展，对氦质谱检漏仪的所有阀门按工艺要求进行顺序逻辑控制。②通过接口模块的扩展，利用数-模转换模块的特性和模拟开关接通放大器反馈电阻的方法实现漏率的自动调零。③利用可编程定时计数器产生不同频率的脉冲，再利用频率/电压(F/V)转换技术来实现质谱室加速、聚焦、推斥电压的调整，从而实现氦峰的自动调节。④杂散离子(重离子)的离子流经放大器放大，在利用中断技术的基础上及时地保护灯丝。⑤利用接口模块，在单片微处理器的控制下，不仅对漏率进行显示，而且提供友好的人机接口。⑥在单片微处理器的控制下，能够对系统参数进行随时打印。⑦通过开发DP口具有PROFIBUS总线接口功能，同时具备微机通信接口。⑧通过机器内置的标准氦漏孔计，利用模拟开关技术，在较短的时间里实现仪器的自动校准功能。
2.一种智能型氦质谱检漏仪电子控制系统，包括单片机主电路、阀门控制接口电路、离子流放大电路、氦峰调节电路、灯丝自动保护电路。单片机主电路包括单片微处理器及扩展程序存储器和数据扩展存储器模块，地址译码器，并行I/O接口模块，可编程定时器模块及其它们的外围接口电路和A/D转换电路，D/A转换电路，其特征在于整个电路以16位单片微处理器为核心，经锁存器对程序存储器和数据存储器进行扩展；译码器通过对地址总线进行译码，为单片机的扩展接口模块提供片选信号；并行I/O接口模块用了两块，一块的第一个口与键盘接口电路相连，第二个口与显示接口电路相连，第三个口与仪器状态输出接口电路相连，另一块第一个口经三态缓冲器输出与阀门控制接口电路相连，第二个口接模拟开关，通过模拟开关对离子流放大电路进行自动量程转换，第三个口经三态缓冲器输出与氦峰调节电路相连；可编程定时器模块接收单片微处理器信号，以时钟电路为基础，输出可变频率的脉冲信号，经频率/电压(F/V)转换实现氦峰的自动调节。
全文摘要
本发明涉及一种智能型氦质谱检漏仪电子控制系统的控制方法及其装置，其特征在于它利用单片微处理器的程序，通过可编程定时器产生频率信号，经频率/电压(F/V)转换来调节质谱室的加速、聚焦、推斥电压，从而实现自动寻找氦峰的目的；通过单片微处理器对模拟开关的控制，用以连接运送放大器不同反馈放大电阻的方法，实现自动量程转换的目的；杂散离子(重离子)流经过放大器的放大，其结果与预置的结果相比较，其比较后的逻辑结果被作为单片微处理器的外部中断请求信号。
文档编号G01N23/00GK1467493SQ0212398
公开日2004年1月14日 申请日期2002年7月11日 优先权日2002年7月11日
发明者郭跃辉, 谈嘉祯, 黄威 申请人:郭跃辉