ICP單道掃描光譜儀下位機(jī)的設(shè)計(jì)與研制.pdf

1、隨著光譜分析技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)于原子發(fā)射光譜儀的需求不斷增加。其中，基于光柵分光原理的電感耦合等離子體（Inductively Coupled Plasm，ICP）單道掃描型原子發(fā)射光譜儀因其具有定性分析、可任意選擇譜線等優(yōu)點(diǎn)受到了大家的廣泛關(guān)注。但該技術(shù)長期被某些國家壟斷，價(jià)格和維護(hù)費(fèi)用昂貴，為了方便國內(nèi)用戶，急需開展這方面的研究工作。
　　論文主要對(duì)ICP單道掃描型光譜儀下位機(jī)硬件電路和固件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了設(shè)備研制。同

2、時(shí)研究中還建立了光譜干擾分析模型，計(jì)算了波長定位系數(shù)，具體如下：
　　1）下位機(jī)主要硬件電路模塊設(shè)計(jì)。模塊中設(shè)計(jì)了由低噪聲單運(yùn)算放大器、負(fù)高壓與增益值聯(lián)合控制的增益結(jié)構(gòu)和伏頻（Voltage and Frequency，VF）轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成的光電檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換和放大；設(shè)計(jì)了由質(zhì)量流量控制器（Mass Flow Controller，MFC）和模數(shù)（Analog and Data，AD）轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成的氣路控制系統(tǒng)

3、，實(shí)現(xiàn)了對(duì)等離子氣、載氣、輔氣的精確控制且響應(yīng)速度快，流量穩(wěn)定，確保了等離子體的穩(wěn)定工作；設(shè)計(jì)了由現(xiàn)場可編程門陣列（Field-ProgrammableGate Array，F(xiàn)PGA）控制芯片和通信網(wǎng)絡(luò)接口芯片構(gòu)成控制與通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制且通信系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強(qiáng)。
　　2）下位機(jī)的固件整體架構(gòu)設(shè)計(jì)。架構(gòu)中基于FPGA設(shè)計(jì)了上位機(jī)的通信模塊，實(shí)現(xiàn)了儀器的相關(guān)控制及數(shù)據(jù)傳輸；設(shè)計(jì)了波長電機(jī)控制模塊，實(shí)現(xiàn)了尋零極

4、、尋峰、定位測量和自動(dòng)衰減等功能；設(shè)計(jì)了AD、DA的驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)了高壓、增益設(shè)置及輔氣、等離子氣、載氣等儀器狀態(tài)的監(jiān)控等功能。固件部分的設(shè)計(jì)為光譜儀測量的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性提供了保障。
　　3）建立了光譜干擾分析模型，計(jì)算了波長定位系數(shù)，進(jìn)一步提高了光譜儀的光譜分析性能和波長定位精度。
　　4）進(jìn)行了光譜儀下位機(jī)性能測試。主要負(fù)責(zé)完成光譜儀下位機(jī)的硬件與固件測試、波長定位重復(fù)性測試和檢出限測試。結(jié)果表明，光譜儀的各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)