一種用于火花光譜儀的信號采集控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于火花光譜儀技術領域，特別是一種用于火花光譜儀的信號采集控制系統(tǒng)，適用于火花光譜儀中多個通道光電檢測器輸出的元素譜線強度信號的采集及光源控制和多個通道的負高壓輸出控制的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]火花光譜儀的原理是通過激發(fā)試樣使其發(fā)射出特征譜線，產(chǎn)生的特征譜線經(jīng)過光柵進行色散分光，用光電檢測器采集按波長順序排列的譜線的強度，經(jīng)計算機處理從而得到不同元素的含量?；鸹ü庾V儀由光源系統(tǒng)、色散系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。其中光源系統(tǒng)使試樣激發(fā)發(fā)光、色散系統(tǒng)將復合光色散成各元素的特征譜線、檢測系統(tǒng)用光電法來測量各元素的譜線強度，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將信號換算成為元素百分含量。而不同元素的特征譜線通過光電轉(zhuǎn)換后得到的電信號幅值(微弱程度)不同，通過控制施加在光電檢測器的負高壓的大小可以實現(xiàn)對電信號幅值的調(diào)節(jié)。因此，設計一種能實現(xiàn)光源控制及負高壓控制，同時又能對各個元素的特征譜線的強度進行實時檢測處理的系統(tǒng)，是決定火花光譜儀功能及性能好壞的必要條件。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種用于火花光譜儀的信號采集控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對火花光譜儀的光源系統(tǒng)及負高壓系統(tǒng)的控制、并實現(xiàn)對火花光譜儀檢測器輸出的各元素特征譜線的強度的采集、存儲、處理及上傳，并最終實現(xiàn)火花光譜儀對被測試樣元素含量的分析。
[0004]本發(fā)明的設計思想在于，系統(tǒng)主控器通過以太網(wǎng)與PC機進行交互控制火花光譜儀光源系統(tǒng)輸出同步信號，產(chǎn)生的同步信號觸發(fā)本系統(tǒng)對火花光譜儀檢測器輸出的各元素譜線強度信號進行采集存儲及打包，并通過以太網(wǎng)將打包后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機進行實時處理及顯示，以實現(xiàn)火花光譜儀對被測試樣元素含量分析的功能;另外，施加在火花光譜儀的光電檢測器上的負高壓直接影響各元素特征譜線的強度，因此，系統(tǒng)需具備對負高壓進行實時數(shù)字化控制的功能。
[0005]本發(fā)明采用高分辨率高速并行AD采集元素譜線強度，因而采集速率快、精度高;采用多通道DA設置施加在光電檢測器的負高壓，實現(xiàn)多通道的負高壓的實時數(shù)字化控制;采用FPGA作為主控制器，實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能并行實時處理;采用FPGA內(nèi)建FIFO進行存儲，實現(xiàn)譜線強度信號的實時存儲及處理;通過以太網(wǎng)與PC機通訊，提高通訊可靠性，可廣泛應用于需要數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的儀器中。
[0006]本發(fā)明包括PC機、網(wǎng)線、信號采集傳輸處理模塊、串口線負高壓控制模塊五個部分;PC機通過網(wǎng)線與信號采集傳輸處理模塊通信，信號采集傳輸處理模塊3輸出1信號控制儀器光源系統(tǒng)產(chǎn)生同步信號，同時信號采集傳輸處理模塊通過串口線與負高壓控制模塊通信，負高壓控制模塊輸出1-60路負高壓信號施加于光電檢測器，此時光源產(chǎn)生的同步信號觸發(fā)信號采集傳輸處理模塊3對光電檢測器輸出的1-100通道信號進行采集、存儲及打包，打包后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線2傳輸?shù)絇C機處理并顯示。
[0007]所述的信號采集傳輸處理模塊由通道選擇單元、AD采集單元、存儲器單元、主控器單元、1控制單元及以太網(wǎng)通信單元組成；
[0008]通道選擇單元由多片16路模擬開關芯片構(gòu)成，通過主控器的配置可實現(xiàn)1-100通道檢測器輸出信號的選通;AD采集單元由參考電壓配置電路、輸入信號跟隨電路及一片16位高速AD芯片構(gòu)成，通過主控器的配置可實現(xiàn)1-100通道檢測器輸出信號的采集;存儲器單元由主控制器FPGA內(nèi)建FIFO構(gòu)成，可實現(xiàn)對采集到的信號高速緩存；1控制單元電平轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，通過主控器的配置可實現(xiàn)對光源、負高壓及普通1的控制；以太網(wǎng)控制單元由一片內(nèi)部集成10/100M以太網(wǎng)控制器，MAC和TCP/IP協(xié)議棧的芯片構(gòu)成，通過主控器的配置可實現(xiàn)與PC機的雙向通信。
[0009]所述的負高壓控制模塊由一片串口通信芯片、一片控制器及一片多通道DA芯片構(gòu)成，所述的信號采集傳輸處理模塊通過串口通信芯片與負高壓控制模塊的控制器通信，配置DA芯片輸出施加到檢測器的1-60通道負高壓。
[0010]本發(fā)明的創(chuàng)新點在于:系統(tǒng)采用可編程門陣列(FPGA)作為主控制器，以實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能的并行實時處理;系統(tǒng)與PC機采用以太網(wǎng)的通信方式，提高了與PC機通信的可靠性及抗干擾能力；系統(tǒng)的負高壓控制模塊采用多通道并行DA芯片，使得PC機可以實時控制1-60通道的負高壓輸出，進而實現(xiàn)火花光譜儀的多通道負高壓的數(shù)字化精確控制；系統(tǒng)的信號采集傳輸處理模塊采用采樣速率范圍為100k-2M的16位并行AD芯片，可實現(xiàn)1-100通道元素譜線強度信號的精確采集，同時采用主控器FPGA內(nèi)建FIFO，實現(xiàn)了強度信號的存儲打包及傳輸，使火花光譜儀整機測試的實時性及準確性更高。本發(fā)明實現(xiàn)了對儀器的光源系統(tǒng)的控制，并能根據(jù)實際情況調(diào)整負高壓的輸出，同時對光電檢測器輸出的多通道元素譜線強度信號進行實時采集存儲打包及傳輸。該信號采集控制系統(tǒng)具有簡潔通用、實時性高、自動化程度高及抗干擾能力強的顯著優(yōu)點，可廣泛應用于需要信號采集控制的儀器中。
[0011]同現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用分辨率16位的高速AD芯片對各元素譜線強度進行采集，以提高數(shù)據(jù)采樣的準確性;采用FPGA內(nèi)置FIFO實現(xiàn)對各元素譜線強度的高速緩存，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的實時性;此外，系統(tǒng)采用多通道DA芯片對施加在光電檢測器的負高壓進行設置，實現(xiàn)多達60通道的負高壓的實時數(shù)字化控制。
[0012]本發(fā)明對比已有技術具有以下創(chuàng)新點和顯著優(yōu)點:
[0013]根據(jù)火花光譜儀的實際應用需求實現(xiàn)了多達60路負高壓的實時數(shù)字化控制;實現(xiàn)了對多達100路元素譜線強度信號的實時采集及處理;采用以太網(wǎng)進行信號傳輸，使系統(tǒng)抗干擾能力更強。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明一種用于火花光譜儀的信號采集控制系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明中的信號采集傳輸處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0017]本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖如附圖1所示，包括PC機、網(wǎng)線、信號采集傳輸處理模塊、串口線、負高壓控制模塊，系統(tǒng)工作過程簡述如下:
[0018]1、信號采集傳輸處理模塊工作過程:將所需測量的檢測器輸出信號連接到信號采集傳輸處理模塊，系統(tǒng)上電之后，PC機通過網(wǎng)線將光源配置參數(shù)傳遞給信號采集傳輸處理模塊，信號采集傳輸處理模塊3將從PC機接收到的光源配置參數(shù)輸出以控制光源產(chǎn)生同步信號，產(chǎn)生的同步信號觸發(fā)信號采集傳輸處理模塊對檢測器輸出信號進行數(shù)據(jù)采集、存儲及打包，打包后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線2傳輸給PC機進行處理并顯示。
[0019]信號采集傳輸處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖2所示，由通道選擇單元、AD采集單元、存儲器單元、主控器單元、1控制單元及以太網(wǎng)通訊單元組成。通道選擇單元由多片16路模擬開關芯片構(gòu)成，通過主控器的配置可實現(xiàn)1-100通道檢測器輸出信號的選通;AD采集單元由參考電壓配置電路、輸入信號跟隨電路及一片16位高速AD芯片構(gòu)成，通過主控器的配置可實現(xiàn)1-100通道檢測器輸出信號的采集;存儲器單元由主控制器FPGA內(nèi)建FIFO構(gòu)成，可實現(xiàn)對采集到的信號高速緩存；1控制單元電平轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，通過主控器的配置可實現(xiàn)對光源、負高壓及普通1的控制；以太網(wǎng)控制單元由一片內(nèi)部集成10/100M以太網(wǎng)控制器，MAC和TCP/ IP協(xié)議棧的芯片構(gòu)成，通過主控器的配置可實現(xiàn)與PC機的雙向通信。
[0020]2、負高壓控制模塊工作過程:將所需施加負高壓的檢測器連接到負高壓控制模塊，系統(tǒng)上電之后，信號采集傳輸處理模塊將從PC機I接收到的負高壓配置數(shù)據(jù)通過串口線轉(zhuǎn)發(fā)給負高壓控制模塊，負高壓控制模塊5通過多通道DA芯片控制多達60路負高壓的輸出。
[0021]負高壓控制模塊由一片串口通信芯片、一片控制器及一片多通道DA芯片構(gòu)成，信號采集傳輸處理模塊通過串口通信芯片與負高壓控制模塊的控制器通信，配置DA芯片輸出施加到檢測器的1-60通道負高壓。
【主權(quán)項】
1.一種用于火花光譜儀的信號采集控制系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括:PC機、網(wǎng)線、信號采集傳輸處理模塊、串口線、負高壓控制模塊； 其中，PC機通過網(wǎng)線與信號采集傳輸處理模塊通信，信號采集傳輸處理模塊輸出1信號控制光源系統(tǒng)產(chǎn)生同步信號，同時信號采集傳輸處理模塊通過串口線與負高壓控制模塊通信，負高壓控制模塊輸出1-60路負高壓控制信號施加在光電檢測器，光源產(chǎn)生的同步信號觸發(fā)信號采集傳輸處理模塊根據(jù)PC機配置的參數(shù)對1-100通道檢測器輸出信號進行采集、存儲及打包，打包后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線傳輸?shù)絇C機處理及顯示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號采集傳輸處理模塊由通道選擇單元、AD采集單元、存儲器單元、主控器單元、1控制單元及以太網(wǎng)通信單元組成； 通道選擇單元由多片16路模擬開關芯片構(gòu)成，通過主控器的配置實現(xiàn)1-100通道檢測器輸出信號的選通;AD采集單元由參考電壓配置電路、輸入信號跟隨電路及一片16位高速AD芯片構(gòu)成，通過主控器的配置實現(xiàn)1-100通道檢測器輸出信號的采集;存儲器單元由主控制器FPGA內(nèi)建FIFO構(gòu)成，實現(xiàn)對采集到的信號緩存；1控制單元電平轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，通過主控器的配置實現(xiàn)對光源、負高壓及普通1的控制；以太網(wǎng)控制單元由一片內(nèi)部集成10/100M以太網(wǎng)控制器，MAC和TCP/IP協(xié)議棧的芯片構(gòu)成，通過主控器的配置實現(xiàn)與PC機的雙向通?目O3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的負高壓控制模塊由一片串口通信芯片、一片控制器及一片多通道DA芯片構(gòu)成，所述的信號采集傳輸處理模塊通過串口通信芯片與負高壓控制模塊的控制器通信，配置DA芯片輸出施加到檢測器的1-60通道負尚壓。
【專利摘要】一種用于火花光譜儀的信號采集控制系統(tǒng)，屬于火花光譜儀技術領域。包括PC機、網(wǎng)線、數(shù)據(jù)采集傳輸處理模塊、串口線、負高壓控制模塊。PC機與數(shù)據(jù)采集傳輸處理模塊通過以太網(wǎng)通訊，負高壓控制模塊輸出多路負高壓控制信號，數(shù)據(jù)采集傳輸處理模塊對多通道光電檢測器輸出信號進行采集、處理及傳輸。優(yōu)點在于，采用高分辨率高速并行AD采集元素譜線強度，因而采集速率快、精度高；采用多通道DA設置施加在光電檢測器的負高壓，實現(xiàn)多通道的負高壓的實時數(shù)字化控制；采用FPGA作為主控制器，實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能并行實時處理；采用FPGA內(nèi)建FIFO進行存儲，實現(xiàn)譜線強度信號的實時存儲及處理；通過以太網(wǎng)與PC機通訊，提高通訊可靠性。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN105676725
【申請?zhí)枴緾N201610006001
【發(fā)明人】宋春苗, 劉佳, 李明, 姚君, 孟祥娥, 馮光, 呂海馬
【申請人】鋼研納克檢測技術有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月4日