ICP單道掃描光譜儀下位機的設計與研制.pdf

1、隨著光譜分析技術的迅速發(fā)展，人們對于原子發(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)點受到了大家的廣泛關注。但該技術長期被某些國家壟斷，價格和維護費用昂貴，為了方便國內用戶，急需開展這方面的研究工作。
　　論文主要對ICP單道掃描型光譜儀下位機硬件電路和固件進行了設計，并進行了設備研制。同

2、時研究中還建立了光譜干擾分析模型，計算了波長定位系數(shù)，具體如下：
　　1）下位機主要硬件電路模塊設計。模塊中設計了由低噪聲單運算放大器、負高壓與增益值聯(lián)合控制的增益結構和伏頻（Voltage and Frequency，VF）轉換芯片構成的光電檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對光信號的采集、轉換和放大；設計了由質量流量控制器（Mass Flow Controller，MFC）和模數(shù)（Analog and Data，AD）轉換芯片構成的氣路控制系統(tǒng)

3、，實現(xiàn)了對等離子氣、載氣、輔氣的精確控制且響應速度快，流量穩(wěn)定，確保了等離子體的穩(wěn)定工作；設計了由現(xiàn)場可編程門陣列（Field-ProgrammableGate Array，F(xiàn)PGA）控制芯片和通信網絡接口芯片構成控制與通信系統(tǒng)，實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的控制且通信系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強。
　　2）下位機的固件整體架構設計。架構中基于FPGA設計了上位機的通信模塊，實現(xiàn)了儀器的相關控制及數(shù)據(jù)傳輸；設計了波長電機控制模塊，實現(xiàn)了尋零極

4、、尋峰、定位測量和自動衰減等功能；設計了AD、DA的驅動模塊，實現(xiàn)了高壓、增益設置及輔氣、等離子氣、載氣等儀器狀態(tài)的監(jiān)控等功能。固件部分的設計為光譜儀測量的準確性與穩(wěn)定性提供了保障。
　　3）建立了光譜干擾分析模型，計算了波長定位系數(shù)，進一步提高了光譜儀的光譜分析性能和波長定位精度。
　　4）進行了光譜儀下位機性能測試。主要負責完成光譜儀下位機的硬件與固件測試、波長定位重復性測試和檢出限測試。結果表明，光譜儀的各項指標均已達