一种趋近式调节ICP-MS功率的方法与流程

一种趋近式调节icp-ms功率的方法
技术领域
1.本发明涉及icp-ms设备的工作方法，尤其是涉及一种趋近式调节icp-ms功率的方法。


背景技术：

2.icp-ms是以电感耦合等离子体作为离子源，以质谱进行检测的无机多元素分析技术。在使用过程中被分析样品通常以水溶液的气溶胶形式引入氩气流中，然后进入由射频能量激发的处于大气压下的氩等离子体中心区，等离子的高温使样品去溶剂化、汽化解离和电离；部分等离子体经过不同的压力区进入真空系统，在真空系统内，正离子被拉出并按其质荷比分离。
3.正常工作中，等离子是由外部气体带入设备，使得等离子容易收到外部因素影响，从而会出现波动，具有不稳定性，导致等离子产生的电流改变，使得功率的控制也不稳定。


技术实现要素：

4.本发明是为了克服icp-ms功率控制不稳定的不足之处，提供了一种趋近式调节icp-ms功率的方法。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种趋近式调节icp-ms功率的方法，在icp-ms的射频控制部分设有调节系统，所述调节系统包括：
7.控制器；
8.电源模块，用于将控制电压放大，为射频模块提供电压；
9.射频模块，将电压加在等离子体上；
10.dac模块，用以调节输出电压；
11.adc采集模块，反馈实际功率pc；
12.控制器通过adc采集模块的反馈反复调解dac模块控制电压，使得实际功率pc趋近目标功率p
t
，所述反复调解dac模块控制电压的方法包括：
13.(1)调节前，采集dac模块控制电压和输出功率对应表，存储；
14.(2)粗调，目标功率p
t
确定后，通过查表法设置接近的dac模块控制电压，缩小功率偏差pd，pd＝p
t-pc；
15.(3)微调，进一步比例调节dac模块控制电压，使得|pd/p
t
|《0.01％，判断为稳定；
16.(4)adc采集模块持续监测，若出现波动，自动按上述方法动态调节至稳定。
17.icp-ms射频激发时，射频电压经过等离子产生电流，通过电压和电流可以计算出射频功率。本发明中，采用控制输出电压来调节射频频率。但在调节电压时，还存在一个问题，直接调节电压，调节幅度很难掌控，控制过程中容易超调，影响安全。
18.本发明在射频控制部分，增加了一套调节系统，通过调节系统的控制，逐步反复的调节输出电压，趋近式缩小功率偏差，防止功率过冲的同时兼顾了功率调节的稳定性，提高
调节效率。
19.作为优选，
20.dac模块中，dac模块控制电压，经过转换为do值，反复调解dac模块控制电压的方法，以功率偏差pd的绝对值为调节条件，以do值为调节参数，方法如下：
21.若|pd|大于400w，通过查表法，找出最接近目标功率p
t
的do值；
22.若|pd|大于60w且小于等于400w，比例调节do值，调节公式为do＝do
′
+(pd*10)/2；
23.若|pd|小于等于60w，比例调节do值，调节公式为do＝do
′
+(pd*10)/8；
24.do
′
为调整前的do值。
25.dac模块控制电压数据变化幅度小，不利于直接作为控制的调节参数，改用dac模块转换的do值。粗调时，直接查表，可快速定位缩小功率偏差。之后的比例微调，利用do值和功率的正比例关系，针对不同的偏差范围设置不同的调节比例，防止功率有比较大的过冲造成测试值出现不稳。
26.作为优选，粗调时，设置减去固定dox值作为安全调节措施，调节公式为do＝do'-dox。
27.作为优选，do
x
值设为5000。
28.在偏差较大时采用查表法，同时减去一部分值，防止初次调节功率过大，损坏仪器或者造成安全事故。
29.作为优选，对do值的调节设置安全范围，dac设置电压上限d
mx
，上述所有调节过程若do值调节后超过d
max
，则do＝d
mx
。
30.作为优选，adc采集模块包括adc1采集模块，用于采集射频电压；adc2采集模块，用于采集射频电流所在电路电压，转换后得到射频电流；射频电压和射频电流计算得出实际功率pc。
31.作为优选，dac模块和adc采集模块集成在控制器上，控制器为微控制单元mcu。
32.作为优选，dac模块控制电压和输出功率对应表的采集方法如下：
33.(1)pc电脑和mcu通过串口交互；
34.(2)pc电脑指令调整dac模块控制电压，并经过线性关系转换为do值，记录；
35.(3)adc1采集模块采集射频电压，记录；adc2采集模块采集射频电流所在电路电压，转换后得到射频电流，记录；
36.(4)mcu通过串口将射频电压和射频电流上传给pc电脑，pc电脑计算输出功率，然后整合控制电压、do值、射频电压、射频电流、输出功率的数据得到dac模块控制电压和输出功率对应表。
37.本发明具有如下有益效果：
38.(1)本发明通过调节系统的控制，逐步反复的调节输出电压，趋近式缩小功率偏差，防止功率过冲的同时兼顾了功率调节的稳定性，提高调节效率。
39.(2)本发明提前将控制电压和输出功率对应表存储在mcu中，功率偏差较大时，可以更快的靠近目标值，减小调节时间。
40.(3)本发明设置了各项调节的安全措施，防止超调过冲，调节方式更加安全。
附图说明
41.图1是本发明调节系统的结构框架图。
42.图2是本发明的流程框架图。
具体实施方式
43.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
44.如图1所示，在icp-ms的射频控制部分设有调节系统，所述调节系统包括：
45.控制器，微控制单元mcu；控制器自带dac模块和adc采集模块。
46.dac模块，用以调节输出电压。
47.adc采集模块，包括adc1采集模块，用于采集射频电压；adc2采集模块，用于采集射频电流所在电路电压，转换后得到射频电流；射频电压和射频电流计算得出实际功率pc。
48.射频模块，将电压加在等离子体上。
49.电源模块，用于将控制电压放大，为射频模块提供电压。
50.上述调节系统，通过如下方法趋近式调节icp-ms功率。
51.调节前，采集dac模块控制电压和输出功率对应表，存储。
52.(1)pc电脑和mcu通过串口交互；
53.(2)pc电脑指令调整dac模块控制电压，并经过线性关系转换为do值，记录；
54.(3)adc1采集模块采集射频电压，记录；adc2采集模块采集射频电流所在电路电压，转换后得到射频电流，记录；
55.(4)mcu通过串口将射频电压和射频电流上传给pc电脑，pc电脑计算输出功率，然后整合控制电压、do值、射频电压、射频电流、输出功率的数据得到dac模块控制电压和输出功率对应表，如表1所示。
56.表1 dac模块控制电压和输出功率对应表
[0057][0058]
[0059]
调节时，目标功率p
t
确定后，以粗调起始，通过查表法设置接近的dac模块控制电压，缩小功率偏差pd，pd＝p
t-pc。
[0060]
然后进一步微调，控制器通过adc采集模块的反馈反复调解dac模块控制电压，使得实际功率pc趋近目标功率p
t
，通过比例调节dac模块控制电压，使得|pd/p
t
|《0.01％，判断为稳定。
[0061]
比例调节时，以功率偏差pd的绝对值为调节条件，以do值为调节参数：
[0062]
若|pd|大于400w，通过查表法，粗调；粗调时，设置减去固定do
x
值作为安全调节措施，调节公式为do＝do
′‑
do
x
，do
x
值设为5000。
[0063]
若|pd|大于60w且小于等于400w，比例调节do值，调节公式为do＝do
′
+(pd*10)/2；
[0064]
若|pd|小于等于60w，比例调节do值，调节公式为do＝do
′
+(pd*10)/8；do'为调整前的do值。
[0065]
对do值的调节设置安全范围，dac设置电压上限d
mx
，上述所有调节过程若do值调节后超过d
max
，则do＝d
mx
。
[0066]
综上，具体调节方法的流程以及设计的逻辑判断如图2所示：
[0067]
初始逻辑判断：|pd/p
t
|《0.01％？是，则调节完毕，功率稳定。否，则进入逻辑判断一。
[0068]
逻辑判断一：|pd|大于400w？是，则通过查表法，找出最接近目标功率p
t
的do值；安全判断，若do》d
mx
，do＝d
mx
；若do《d
mx
，do＝do
′‑
5000；运行得到反馈输出的实际功率pc；继续进入初始逻辑判断。否，则进入逻辑判断二。
[0069]
逻辑判断二：|pd|大于60w且小于等于400w？是，比例调节do值，调节公式为do＝do
′
+(pd*10)/2；安全判断，若do》d
mx
，do＝d
mx
；运行得到反馈输出的实际功率pc；继续进入初始逻辑判断。否，则进入逻辑判断三。
[0070]
逻辑判断三：|pd|小于等于60w？是，比例调节do值，调节公式为do＝do
′
+(pd*10)/8；安全判断，若do》d
mx
，do＝d
mx
；运行得到反馈输出的实际功率pc；继续进入初始逻辑判断。
[0071]
如此，循环不断的调节，使得实际功率pc趋近目标功率p
t
，使得|pd/p
t
|《0.01％，维持在稳定状态。adc采集模块持续监测，若出现波动，自动按上述方法动态调节至稳定。
[0072]
实施例1，将目标功率设置为1875w，点火后设备默认功率为1000w。按照上述方法调节，得到测试数据如表2。
[0073]
表2实施例1测试数据
[0074][0075][0076]
上述100组数据中，
[0077]
第1次，点火后设备默认功率为1000w，符合逻辑判断一，查表粗调；
[0078]
第2次至第6次，符合逻辑判断二，相应比例调节；
[0079]
第7次至第95次，符合逻辑判断三，相应比例调节；
[0080]
第96次后，符合初始逻辑判断，|pd/pt|＝0.00005《0.01％趋于稳定，不再调解，但持续监控。