基于超强短脉冲供电HCL的光谱仪控制系统的制作方法

技术领域：

本实用新型属于原子荧光光谱检测技术领域，涉及一种基于超强短脉冲供电hcl的dmd色散型afs控制系统。

背景技术：
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原子荧光光谱仪是基于一种将特定频率的辐射光对待测元素原子进行激发产生荧光，并将其进行分光、采集、处理和分析的检测方法而产生的。目前已经广泛地应用于环境检测、食品卫生、药品监测等领域。我国是原子荧光的技术强国，将氢化物发生法与原子荧光光谱法联用可以检测砷、锑、铋、汞等12种无机重金属元素。我们团队采用的将数字微镜作为空间光调制器的新型色散afs既保留了非色散型检测系统，又增加了色散型检测系统。不仅能克服光谱干扰和散射干扰问题，还能实现高灵敏度、快速分光、采集。

激发光源是原子荧光光谱仪中不可或缺的一部分，它为待测元素原子的外部电子提供能量，使其能够激发跃迁，从而产生荧光。发光强度高、噪声低、稳定性好的空心阴极灯是原子荧光光谱仪中经常使用的激发光源。激发光源强度直接决定了激发荧光的强度，因此应尽可能的提高激发光源的辐射强度。为了不减少hcl的使用寿命，所以采用短脉冲点灯，缩短大电流点灯时间以防止hcl被损坏。

目前国内的原子荧光光谱仪均是非色散的，激发光源空心阴极灯激发出的荧光信号直接被采集系统采集，使其检出限可低至0.001ppb，但其易受光谱重叠、散射光、背景发射等光谱干扰的影响；吉林大学分析仪器实验室研制的新型原子荧光光谱仪采用数字微镜(dmd)作为空间光调制器，可以解决光谱干扰问题，该原子荧光光谱仪的测控系统包括灯板，dmd(数字微镜)控制板和采集板；灯板上的高压模块产生1-1000v电压和驱动电路生成的小于200ma的电流共同为空心阴极灯供电；dmd控制板产生点灯信号控制空心阴极灯点亮、数字微镜翻转以及ad模块进行荧光信号采集，激发光源强度直接决定了激发荧光的强度，由于其灯电流较小，其激发光源强度较低，使其荧光信号强度较低，采集时间与点灯时间相同，导致采集到的某些荧光信号强度低于噪声强度，因此信噪比较低。

技术实现要素：
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本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于超强短脉冲供电的光谱仪控制系统，该系统能够减少采集噪声，提高信噪比，整体降低检出限，提高检测速度。

为了解决上述问题，本实用新型的基于超强短脉冲供电hcl的光谱仪原子荧光控制系统包括灯控制电路，dmd控制板，采集控制电路；其特征在于还包括数字按键，lcd屏幕，大电流驱动电路；所述的数字按键通过串口与灯控制电路中的处理模块输入端连接；处理模块的输出端连接da模块的输入端；大电流驱动电路包括a一级负反馈放大电路、脉冲开关、a二级负反馈放大电路、n-mos管、取样电阻、保护电阻；da模块的电压信号输出端连接a一级负反馈放大电路的反相输入端，a一级负反馈放大电路的输出端通过脉冲开关连接a二级负反馈放大电路的反相输入端，dmd控制板的同步信号接口连接脉冲开关的控制端，灯控制电路的基电压电路输出端连接a二级负反馈放大电路的反相输入端，a二级负反馈放大电路的输出端连接n-mos管的栅极端；n-mos管的源极端通过取样电阻接电源地，漏极端通过保护电阻接空心阴极灯。

da模块输出的模拟电流信号输入大电流驱动电路；大电流驱动电路接收dmd控制板中同步信号接口输出的点灯信号，产生安培级超强短脉冲电流和高压模块产生的1-1000v电压共同控制空心阴极灯。

进一步，本实用新型还包括门控采集电路；门控采集电路包括i/v转换电路、b一级负反馈放大电路、b二级负反馈放大电路、模拟开关、积分电路；其中i/v转换电路、b一级负反馈放大电路、b二级负反馈放大电路组成高速调理电路；所述dmd控制板中同步信号接口输出的门控信号控制门控采集电路中的模拟开关；当门控信号控制模拟开关导通后，由光电倍增管采集得到的微弱电流信号先经过i/v转换电路转换成电压信号，再经过b一级负反馈放大电路、b二级负反馈放大电路进行放大，最后输入积分电路进行积分，得到所要采集的待测元素荧光信号由采集控制电路中的ad模块进行采集。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构框图。

图2为大电流驱动电路结构框图。

图3为门控采集电路结构框图。

图4为大电流驱动电路原理图。

图5为门控采集电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1所示，现有的光谱仪控制电路包括灯板，dmd控制板和采集板；灯控制电路制作于灯板上，采集控制电路制作于采集板上；灯控制电路中：处理模块、da模块产生所需的灯电流提供给空心阴极灯，高压模块产生1-1000v的电压提供给空心阴极灯，基电压电路产生基电流供给空心阴极灯，保持空心阴极灯处于点灯状态，提高灯的响应速度；采集控制电路中：负高压模块产生-1200-0v的高压提供给光电倍增管；光电倍增管采集的荧光信号通过ad模块转换为数字信号后直接输出给上位机。

本实用新型在灯板上增加了数字按键、lcd屏幕、大电流驱动电路；数字按键通过串口与处理模块、lcd屏幕连接；通过数字按键可以设置电流值，该电流值可通过lcd屏幕显示；大电流驱动电路接收dmd控制板中同步信号接口输出的点灯信号，产生安培级电流以控制空心阴极灯。

本实用新型还在采集板上增加了门控采集电路，dmd控制板上的同步信号接口与门控采集电路连接；由dmd控制板产生的门控信号控制门控采集电路在荧光信号强度高时进行荧光信号采集。

如图2、4所示，所述的大电流驱动电路包括a一级负反馈放大电路11、脉冲开关12、a二级负反馈放大电路13、n-mos管14、1ω的取样电阻r9、100ω的保护电阻r10；da模块的电压信号输出端连接a一级负反馈放大电路11的反相输入端，a一级负反馈放大电路11的输出端通过脉冲开关12连接a二级负反馈放大电路的反相输入端，dmd控制板的同步信号接口连接脉冲开关12的控制端，灯板上的基电压电路输出端连接a二级负反馈放大电路13的反相输入端，a二级负反馈放大电路13的输出端连接n-mos管14的栅极端；n-mos管14的源极端通过取样电阻r9接电源地，漏极端通过保护电阻r10接空心阴极灯。

da模块输出的0-5v电压信号经过a一级负反馈放大电路反相，反相后的电压信号经过脉冲开关，当点灯信号控制脉冲开关导通时，电压信号和由基电压电路产生的基电压一起经过a二级负反馈放大电路反相。基电压的作用是当开关断开时产生基电流供给空心阴极灯，保持空心阴极灯处于点灯状态，提高空心阴极灯的响应速度，当脉冲开关导通后由于电压信号比基电压大很多所以由基电压带来的偏差可忽略不计，电压信号经两级负反馈放大电路后经过n-mos管，此时电压信号与取样电阻r9的商为灯电流，a二级负反馈放大电路、n-mos管和取样电阻组成恒流电路，保护电阻r10的作用是当灯损坏或者高压过高时保护n-mos管不受损坏。

如图3、5所示，所述的门控采集电路包括i/v转换电路21、b一级负反馈放大电路22、b二级负反馈放大电路23、模拟开关24、积分电路25；其中i/v转换电路21、b一级负反馈放大电路22、b二级负反馈放大电路23组成高速调理电路；光电倍增管的采集信号输出端连接i/v转换电路21的输入端；i/v转换电路21的输出端连接b一级负反馈放大电路22的反相输入端，b一级负反馈放大电路22的输出端连接b二级负反馈放大电路23的反相输入端，b二级负反馈放大电路23的输出端通过模拟开关24连接积分电路25的输入端，积分电路25的输出端连接ad模块的输入端。

由pmt采集得到的微弱电流信号先经过i/v转换电路转换成电压信号，再经过b一级负反馈放大电路、b二级负反馈放大电路进行放大，当光源辐射强度较高时也就是荧光信号强度高于噪声强度时由dmd控制板产生门控信号，控制模拟开关导通，经过两级负反馈放大电路放大的电压信号输入积分电路进行积分，积分后的电压信号(即采集的荧光信号)由ad模块进行采集并将采集的数据回传上位机。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，并非每个实施方式仅包括一个独立的技术方案，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。