真空泵驱动控制装置的制作方法

本发明涉及质谱仪领域，特别涉及质谱仪的真空泵驱动技术。

背景技术：

质谱仪对待测物质进行定量定性分析时，要求待测物质运行于真空系统中，真空系统的作用是提供足够的真空度来满足质谱仪的检测功能。高真空系统可以为待测物质提供足够高的平均自由程，减少背景噪声，提升后级检测系统的灵敏度。

目前质谱仪获得高真空普遍采用的方法是通过机械泵和涡轮分子泵组合抽真空实现，为保证足够高的真空度，机械泵和涡轮分子泵通常处于不间歇工作状态，这会导致涡轮分子泵的使用寿命严重降低，增大后期维护成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种质谱仪真空泵驱动控制装置，能够智能控制质谱仪涡轮分子泵的转速，动态调节输出功率，在确保足够高的真空度的前提下达到提升涡轮分子泵使用寿命及节能目的。

本申请涉及一种质谱仪驱动控制装置，包括：

第一真空装置、至少一个第二真空装置、机械泵、涡轮分子泵、处理单元、第三真空球阀、驱动模块；

第一真空装置包括第一真空室、第一真空检测装置、第一真空球阀，第一真空室分别与第一真空检测装置和第一真空球阀连通，第一真空检测装置与处理单元电连接，第一真空球阀与机械泵连通；

第二真空装置包括第二真空室、第二真空检测装置、第二真空球阀，第二真空室分别与第二真空检测装置和第二真空球阀连通，第二真空检测装置与处理单元电连接，第二真空球阀与涡轮分子泵连通，各第二真空室依次连通；

第三真空球阀分别与机械泵、涡轮分子泵和处理单元连接，处理单元通过驱动模块与涡轮分子泵连接；

处理单元根据第一和第二真空检测装置的输出信号，控制第一、第二和第三真空球阀的开合角度，并且通过驱动模块控制涡轮分子泵的转速。

在一个优选例中，第一真空检测装置是真空规。

在一个优选例中，第二真空检测装置是离子压力计。

在一个优选例中，处理单元是dsp数字处理单元。

在一个优选例中，驱动模块是pwm驱动模块。

在一个优选例中，包括3个第二真空装置。

在一个优选例中，处理单元通过通信线路与上位机连接。

在一个优选例中，通信线路是232/485总线。

本申请还涉及一种真空泵驱动控制方法，包括以下步骤：

处理单元控制第一真空球阀打开，机械泵对第一真空室抽真空，第一真空检测装置检测第一真空室的真空度并反馈至处理单元；

处理单元判断第一真空室的真空度达到预真空阈值时，控制关闭第一真空球阀，打开各第二真空球阀和第三真空球阀，涡轮分子泵对个第二真空室抽真空，机械泵对涡轮分子泵进行真空排气；

各第二真空检测装置检测各第二真空室的真空度并反馈至处理单元；

处理单元判断各第二真空室的真空度实时调节涡轮分子泵的转速及真空球阀的开合角度。

在一个优选例中，“处理单元判断各第二真空室的真空度实时调节涡轮分子泵的转速及真空球阀的开合角度”包括：

当处理单元判断各第二真空室的真空度均大于预定真空度时，控制调小各真空球阀的打开角度，以及降低涡轮分子泵的转速；

当处理单元判断任何一个第二真空室的真空度小于预定真空度时，控制调大各真空球阀的打开角度，以及调高涡轮分子泵的转速。

本发明实施方式与现有技术相比，至少具有以下区别和效果：

本申请所述的真空泵驱动控制装置，能够智能驱动涡轮分子泵的工作状态，动态调节电机转速，为质谱仪真空系统提供足够高的真空度，同时提供涡轮分子泵的使用寿命，提升电能利用率使电能转换效率更高，同时真空泵系统产生的噪音更小，降低了检测系统背景噪声，提升了后级检测系统的灵敏度。

进一步地，与常规质谱仪真空控制系统相比较，本申请所述的真空泵驱动控制装置采用dsp数字芯片控制，其外围元件的数量减少，集成度提高，通过软件实现部分硬件控制功能，同时功率电源采用smps模块，降低了控制装置的体积，从而使得的体积更小，性能更稳定，有利于集成化安装调试。

进一步地，所述真空泵驱动电路采用dsp数字处理单元，能够实时精确地检测反馈真空泵系统的各种参数，数据处理能力更强集成度高，稳定性好，同时为上位机操作电路提供兼容平台。

可以理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施方式和例子)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1是本申请第一实施方式中一种真空泵驱动控制装置的结构图。

图2是本申请第二实施方式中一种真空泵驱动控制方法的流程图。

图3是本申请一个实施例中一种真空泵驱动控制装置的结构图。

图4是本申请一个实施例中一种真空泵驱动控制方法的流程图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本申请的第一实施方式涉及一种真空泵驱动控制装置，图1是本申请第一实施方式中一种真空泵驱动控制装置的结构图。如图1所示，所述质谱仪驱动控制装置，包括：

第一真空装置、至少一个第二真空装置、机械泵、涡轮分子泵、处理单元、第三真空球阀、驱动模块，优选地为pwm驱动模块；

第一真空装置包括第一真空室、第一真空检测装置、第一真空球阀，优选地，第一真空检测装置是真空规；

第一真空室分别与第一真空检测装置和第一真空球阀连通，第一真空检测装置与处理单元电连接，第一真空球阀与机械泵连通；

第二真空装置包括第二真空室、第二真空检测装置、第二真空球阀，优选地，第二真空检测装置是离子压力计；

第二真空室分别与第二真空检测装置和第二真空球阀连通，第二真空检测装置与处理单元电连接，第二真空球阀与涡轮分子泵连通，各第二真空室依次连通；

第三真空球阀分别与机械泵、涡轮分子泵和处理单元连接，处理单元通过驱动模块与涡轮分子泵连接；

处理单元根据第一和第二真空检测装置的输出信号，控制第一、第二和第三真空球阀的开合角度，并且通过驱动模块控制涡轮分子泵的转速。

在一个实施例中，所述处理单元是dsp数字处理单元，通过232/485总线与上位机连接，使用232/485指令与上位机通讯，能够实时检测反馈真空泵系统的各参数值，同时也为上位机操作提供兼容平台。

在一个实施例中，真空泵驱动控制装置包括3个所述第二真空装置。

本申请的第二实施方式涉及一种真空泵驱动控制方法，图2是本申请第二实施方式中一种真空泵驱动控制方法的流程图。如图2所示，包括以下步骤：

步骤101：处理单元控制第一真空球阀打开，机械泵对第一真空室抽真空，第一真空检测装置检测第一真空室的真空度并反馈至处理单元；

此后进入步骤102：处理单元判断所述第一真空室的真空度达到预真空阈值时，控制关闭第一真空球阀，打开各第二真空球阀和第三真空球阀，涡轮分子泵对个第二真空室抽真空，机械泵对涡轮分子泵进行真空排气；

此后进入步骤103：各第二真空检测装置检测各第二真空室的真空度并反馈至处理单元；

此后进入步骤104：处理单元判断各第二真空室的真空度实时调节涡轮分子泵的转速及真空球阀的开合角度，包括以下步骤：

步骤105：当处理单元判断各第二真空室的真空度均大于预定真空度时，控制调小各真空球阀的打开角度，以及降低涡轮分子泵的转速；

步骤106：当处理单元判断任何一个第二真空室的真空度小于预定真空度时，控制调大各真空球阀的打开角度，以及调高涡轮分子泵的转速。

在本申请的一个实施例中，一种质谱仪驱动控制装置如图3所示，包括：

机械泵与真空球阀a、第一真空室、真空规依次连接，

涡轮分子泵与真空球阀b、第二真空室、离子压力计a依次连接，

涡轮分子泵与真空球阀c、第三真空室、离子压力计b依次连接，

涡轮分子泵与真空球阀d、第四真空室、离子压力计c依次连接，

机械泵与涡轮分子泵之间通过真空球阀e连接，第二真空室、第三真空室和第四真空室依次连通。

dsp数字处理单元分别与真空球阀a、真空球阀b、真空球阀c、真空球阀d、真空球阀e、离子压力计a、离子压力计b、离子压力计c连接，dsp数字处理单元与pwm驱动模块、涡轮分子泵依次连接，dsp数字处理单元通过232/485总线与主机连接。

质谱仪开始工作时，dsp数字处理单元控制真空球阀a打开，机械泵对第一真空室进行抽真空，同时dsp数字处理单元控制真空规检测第一真空室的真空度，当检测结果达到预定的真空阈值时，dsp数字处理单元控制关闭真空球阀a，打开真空球阀b、真空球阀、c真空球阀d和真空球阀e；

dsp数字处理单元通过pwm驱动模块控制涡轮分子泵对第二真空室、第三真空室、第四真空室抽真空，机械泵通过真空球阀e对涡轮分子泵进行抽真空；

同时dsp数字处理单元控制离子压力计a、离子压力计b、离子压力计检测真空度并获取检测结果，根据检测结果实时调节涡轮分子泵的转速及真空球阀的开合角度；

当第二至第四真空室均达到设定真空度时，dsp调小各真空球阀打开角度，缩减pwm的脉宽，降低涡轮分子泵的转速，在确保各真空室具有足够高真空度的前提下，最大限度的节能降噪；

当真空规或离子压力计检测到任何一个真空室的真空度降低时，dsp数字处理单元根据检测结果增大涡轮分子泵的转速及真空球阀的打开角度，以使各真空室维持预定的真空度。

在本申请的一个实施例中，一种质谱仪驱动控制装置的电路如图4所示，

dsp数字处理单元与真空规、压力计a依次连接、压力计b依次连接、压力计c之间分别设置有隔离采样电路，作用是确保实现信号的可靠传输，同时因为采用光电耦合隔离采样，有效滤除杂散信号对后级采样电路的干扰，提高了采样的精度。

dsp数字处理单元与真空球阀a、真空球阀b、真空球阀c、真空球阀d、真空球阀e之间分别设置有h桥驱动电路，设置h桥驱动的作用是提高dsp数字芯片的驱动能力，确保真空球阀的可靠开关动作。

dsp数字处理单元与涡轮分子泵之间设置有mos型h桥驱动电路。由于驱动涡轮分子泵瞬间负载较重，为保证dsp能及时可靠的驱动涡轮分子泵，同时确保功率电源的电压不会出现明显的跌落现象，因此采用mos型h桥驱动电路。

需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所要求保护的范围。