一种基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统及方法，其系统包括上位机和四极杆质谱测试设备，所述四极杆质谱测试设备包括至少一电磁阀、至少一气动阀、一四极杆分析器、一分子泵、一离子泵、一真空机组、一USB-CAN转换器和一超高真空腔；所述上位机包括主控模块、数据信号分析模块、存储模块、I/O卡、USB接口和显示器，所述主控模块中包括阀门开关控制模块和串口通信模块。采用本发明可充分发挥虚拟仪器技术LabVIEW编程的简单和界面友好等优点，以及四极杆质谱分析器的优点，实现性价比较高、测控程序简单且易于调试和维护的质谱测控系统。

说明书

技术领域

本发明涉及仪器与仪表技术领域中的分析与测量控制技术，尤其涉及的是一种基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统及方法。

背景技术

目前，国内的四极杆质谱测控系统，一般都采用价格比较昂贵的硬件设备，而且采用现有的四极杆质谱测控系统还存在测控程序复杂、维护困难、灵活性不高等缺点。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统及方法，旨在解决现有的四极杆质谱测控系统硬件昂贵，测控程序复杂等问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统，其包括上位机和四极杆质谱测试设备，所述四极杆质谱测试设备包括至少一电磁阀、至少一气动阀、一四极杆分析器、一分子泵、一离子泵、一真空机组、一USB-CAN转换器和一超高真空腔；所述上位机包括主控模块、数据信号分析模块、存储模块、I/O卡、USB接口和显示器，所述主控模块中包括阀门开关控制模块和串口通信模块，

其中，每个电磁阀与一个气动阀连接，通过电位的高低控制气动阀的断开和闭合，所述气动阀连接超高真空腔，所述电磁阀连接上位机的I/O卡；所述四极杆连接超高真空腔和上位机的串口通信模块；所述分子泵、离子泵和真空机组的一端各连接至所述超高真空腔，另一端均连接至CAN总线，所述CAN总线连接USB-CAN转换器，所述USB-CAN转换器连接上位机的USB接口；

所述数据信号分析模块、存储模块和USB接口连接所述主控模块，所述I/O卡连接所述阀门开关控制模块。

所述的基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统，其中，所述四极杆质谱测试设备还包括一锆铝吸气泵，所述锆铝吸气泵一端连接所述超高真空腔，另一端连接至CAN总线。

所述的基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统，其中，所述四极杆质谱测试设备还包括一机械泵，所述机械泵一端连接所述超高真空腔，另一端连接至CAN总线。

所述的基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统，其中，所述上位机还包括自动控制模块和手动控制模块，且手动控制与自动控制级联至主控模块，便于系统在使用过程中的调试与分段测试。

所述的基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统，其中，所述I/O卡为数据采集卡，用于进行电位控制。

所述的基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统，其中，所述真空机组采用多级结构。

所述的基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统，其中，所述电磁阀为10个。

所述的基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统，其中，所述上位机为计算机。

一种基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控方法，其中，包括以下步骤：

步骤1：连接上位机和四极杆质谱测试设备；

步骤2：启动上位机的主控模块，在上位机的显示器中显示图形化的虚拟的仪器；

步骤3：启动主控模块中的阀门开关控制模块，通过该阀门开关控制模块控制相应的气动阀打开，进行真空抽取；

步骤4：启动运行主控模块中的串口通信模块，通过串口配置自动检测并连接串口，然后进行串口测试进行数据测试，并缓存结果；

步骤5：决定是否保存缓存的测试数据结果；

步骤6：若需要改变某个气动阀，进而测试改变后的压强数据，可以通过启动主控模块中的阀门开关控制模块进行改变，然后重复步骤4和步骤5，若不需要则执行步骤7；

步骤7：结束测控操作退出系统。

所述的基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控方法，其中，所述测控方法的计算机语言是采用并行的图形化编程方式编写的。

本发明的有益效果：本发明通过在确保测试精度的情况下，采用基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统，充分发挥虚拟仪器技术LabVIEW编程的简单和界面友好等优点，以及四极杆质谱分析器的优点，实现性价比较高、测控程序简单且易于调试和维护的质谱测控系统。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统的原理图；

图2是本发明基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

对比其他昂贵的质谱测控系统，该测控系统采用的是相对便宜的四极杆质谱测试设备。通过采用四极杆质谱技术以及无焊连接结构实现超高真空的质谱测控，硬件结构相对简单。

参见图1，所述基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控系统包括上位机和四极杆质谱测试设备。所述四极杆质谱测试设备包括至少一电磁阀、至少一气动阀、一四极杆分析器、一分子泵、一离子泵、一真空机组、一USB-CAN转换器和一超高真空腔。所述上位机包括主控模块、数据信号分析模块、存储模块、I/O卡、USB接口和显示器，所述主控模块中包括阀门开关控制模块和串口通信模块。

其中，每个电磁阀与一个气动阀连接，通过电位的高低控制气动阀的断开和闭合，所述气动阀连接超高真空腔，所述电磁阀连接上位机的I/O卡。所述四极杆连接超高真空腔和上位机的串口通信模块。所述分子泵、离子泵和真空机组的一端各连接至所述超高真空腔，另一端均连接至CAN总线，所述CAN总线连接USB-CAN转换器，所述USB-CAN转换器连接上位机的USB接口。

所述数据信号分析模块、存储模块和USB接口连接所述主控模块，所述I/O卡连接所述阀门开关控制模块。

所述四极杆质谱测试设备还包括一锆铝吸气泵，所述锆铝吸气泵一端连接所述超高真空腔，另一端连接至CAN总线。

所述四极杆质谱测试设备还包括一机械泵，所述机械泵一端连接所述超高真空腔，另一端连接至CAN总线。

所述上位机还包括自动控制模块和手动控制模块，且手动控制与自动控制级联至主控模块，便于系统在使用过程中的调试与分段测试。

用来测试的真空机组采用多级结构，辅以选择性抽气的锆铝吸气泵，最大限度地降低了残余气体——惰性气体质量数测量的本底，整个真空腔包含机械泵、分子泵、离子泵和锆铝吸气泵，使整个系统的测试方式全面、精准。

所述上位机为计算机。其中，所述I/O卡与10个电磁阀直接相连，每个电磁阀分别与一个气动阀连接，通过控制电位的高低可以控制气动阀的断开和闭合；所述I/O卡是采用研华的PCI-1762数据采集卡进行电位控制，所述数据采集卡则由上位机中的阀门开关控制模块进行控制。计算机的串口通信模块与四极杆分析器连接，通过与四极杆的质谱测试进行串口通信，计算机能接收到真空腔中各种质谱对应的电流，并通过数据信号分析模块进行压强转换，则可获得其当前压强。

上位机中的存储模块用于存储测试结果，且测试结果可以随时保存或追加保存，便于以后的对比分析。测试数据的缓存大小适当设置，使系统能进行长时间的真空抽样和数据记录。

本发明实施例提供的基于虚拟仪器技术的四极杆质谱测控方法，包括以下步骤：

步骤1：连接上位机和四极杆质谱测试设备；

步骤2：启动上位机的主控模块，在上位机的显示器中显示图形化的虚拟的仪器；

步骤3：启动主控模块中的阀门开关控制模块，通过该阀门开关控制模块控制相应的气动阀打开，进行真空抽取；

步骤4：启动运行主控模块中的串口通信模块，通过串口配置自动检测并连接串口，然后进行串口测试进行数据测试，并缓存结果；

步骤5：决定是否保存缓存的测试数据结果；

步骤6：若需要改变某个气动阀，进而测试改变后的压强数据，可以通过启动主控模块中的阀门开关控制模块进行改变，然后重复步骤4和步骤5，若不需要则执行步骤7；

步骤7：结束测控操作退出系统。

所述测控方法的计算机语言是采用并行的图形化编程方式编写的。在本实施例中是采用LabVIEW 8.6进行编写，所述LabVIEW语言是一种基于图形程序的编程语言，内含丰富的数据采集、数据信号分析及控制等子程序，用户利用创建和调用子程序的方法编写程序，使创建的程序模块化，易于调试、理解和维护，而且程序编程简单、直观，因此特别适用于数据测试控制系统。在上位机的显示器中显示出虚拟的图形化的仪器，方便直接的调试和维护。

所述系统的程序控制体系结构紧凑，控制界面直观简单。并实现测试流程的同步操作。手动控制与自动控制级联，便于装置使用过程中的调试与分段测试。

主程序实现了两大子程序的动态运行，阀门开关控制和串口通信，测试和控制动态运行，可以在测试过程中随时改变控制的方式，进而测试得到变化的数据，便于对测试结果进行即时的对比研究。

为了克服质谱测控系统控制界面复杂；程序运行时延较大的不足，本发明提供了一种新的质谱测控系统系统。该系统能够在超高真空下，以极高精度实现对质谱的电流、压强等参数进行测控，其至少可应用于以下四个方面：(1)固体材料中稀有气体质量的测定；(2)油气盆地热历史和烃源岩成熟度的测定；(3)次生矿床和地表过程地质年代学研究；(4)大陆地壳剥蚀和造山带隆升热历史的研究。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。