专利名称：一种用于离子迁移谱仪的气体流速自动控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及离子迁移谱技术领域，尤其涉及一种可以用于离子迁移谱仪的气体流速自动控制装置，精确控制气路中的气体流速，起到保证离子迁移谱仪精确稳定工作的作用。
背景技术：
当前对爆炸物、毒品、以及大气环境中苯、芳香烃类等有毒致癌物质的检测是一项艰巨的任务，常规的手段有光谱分析、电子鼻、色谱质谱联用、离子迁移谱等。光谱分析法虽然较为准确，但对样品较为苛刻，对采样得到的固体样品需要先进行压片，对采集到的气体样品则需要用专用的气体样品池进行检测，并且难以从干扰信号中分辨出来自痕量爆炸物的微弱信号。另外，高可靠性、高灵敏度的光谱仪通常体积和重量均较大，而且价格昂贵，目前主要在实验室中使用，难以大量应用于现场环境的实时监测。 “电子鼻”属于化学传感器，其灵敏度也较高，但选择性和稳定性在短期内难以有较大改善， 在具体应用时一般是将性能各异的化学传感器组成阵列，并采用神经网络等智能技术进行多传感器信息融合，其检测对象通常是一些混合物气体。气相色谱与电子捕获器联用技术的检测原理是，不同种类的气体分子在色谱柱中停留的时间不同，先将气体样品分子注入色谱柱，对某个特定时间段流出色谱柱的气体分子进行离化处理，使其成为带电的离子，然后用电极进行收集。根据电极上是否有放电电流以及电流大小，即可确定气体样品分子的种类和数量。该方法特异性不是很强，多种对电子具有较强亲和能力的化学物质都会引起报警，误报率较高。另外，检测时还需配备一个专用的储气罐以提供高纯载气(一般是氦气或氮气)，因而不易于便携使用。离子迁移谱是该领域的一种主流技术，已经实现了仪器的小型化甚至可以便携使用，是世界各国研究的研究重点。其核心部件是一个离子迁移管，迁移管的最前部设置样品入口，被测样品在载气的带动下由此进入离化区，载气一般是纯净的氮气或净化过的空气。 IMS样品的离化有很多种方式。目前，在IMS中最常用的离化源还是采用放射性材料制成。 样品分子在离化区里形成离子后，并不直接进入迁移区，而是先集结在离子门的前部，只有在离子门开启时，才能同步进入迁移区中进行漂移。离子门实际上是两个靠得很近(0. Imm) 的门栅，中间夹着一层绝缘膜片组成，通常情况下，在两个门栅上加上和离子漂移方向相反的电压信号，由于该电场的作用，离子会被束缚在门栅之间，此时离子门关闭；当电压信号撤去时，离子门开启，离子进入迁移区内在电场力的作用下产生漂移运动。在离子迁移谱的工作过程中，载气在仪器内部的流速是影响其正常工作的重要因素。因为到达检测电极的离子信号强度与样品离子的浓度成正比，而影响样品离子浓度的主要因素有三个(a)进入离化区前样品气体的浓度；(b)样品分子在离化区的离化效率； (c)样品离子从离化区到检测区的复合几率。放射源作为离化源离化效率基本恒定，当载气流速变化时，主要考虑进入离化区前样品气体浓度变化和样品离子从离化区到检测区的复合几率的变化所引起的样品离子浓度的改变。[0006]因此保证离子迁移谱内部气体流速稳定对离子迁移谱的正常工作有重要意义。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有技术存在的诸多缺陷，提供一种用于离子迁移谱仪的气体流速自动控制装置，精确控制气路中的气体流速，起到保证离子迁移谱仪精确稳定工作的作用。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一种用于离子迁移谱仪的气体流速自动控制装置，设置在离子迁移谱仪的气路中，其特征在于，包括用于测量气体流速并转换输出相应气体流速电信号的气体流速传感器、负责采集转换后的气体流速电信号并处理后输出控制信号的数据采集处理装置、以及通过该控制信号来控制气体流速的气体流速控制装置，所述气体流速传感器与数据采集处理装置的输入端连接，数据采集处理装置的输出端与气体流速控制装置连接。在本实用新型的一个优选实施例中，所述数据采集处理装置包括AD转换模块、数据处理模块和电流输出模块三部分，AD转换模块的输入端与气体流速传感器连接，AD转换模块依次连接数据处理模块和电流输出模块，电流输出模块的输出端与气体流速控制装置连接。在本实用新型的一个优选实施例中，所述气体流速控制装置是微型气体比例控制阀。在本实用新型的一个优选实施例中，气体流速传感器包括主要流通管和毛细感应管，所述毛细感应管内设置有高精度温度感应线圈。本实用新型首先通过气体流速传感器测量气体流速并转换输出相应气体流速电信号，然后进行AD转换，经过低通滤波后，计算得到相应的控制值并输出相应的控制信号， 微型气体比例控制阀通过该控制信号将其控制在相应开度，从而精确控制气路中的气体流速。
以下结合附图和具体实施方式
来详细说明本实用新型
图1为本实用新型的总体框图。图2为本实用新型的数据采集处理装置所用电路图。图3为本实用新型的PID控制框图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本实用新型。参见图1，一种用于离子迁移谱仪的气体流速自动控制装置，设置在离子迁移谱仪的气路中，用于保证离子迁移谱内部气体流速稳定。该气体流速自动控制装置主要包括气体流速传感器1、数据采集处理装置3和气体流速控制装置2三部分。气体流速传感器1与数据采集处理装置3的输入端连接，数据采集处理装置3的输出端与气体流速控制装置2 连接。[0020]气体流速传感器1用于测量气体流速并转换输出相应气体流速电信号。气体流速传感器可以精确检测气体流速，包括主要流通管和毛细感应管，测量的气体被分流到这两个气体通道内，毛细感应管内设置有两根高精度温度感应线圈。当气体流动开始时，气体携带热量从上游线圈到下游线圈，结果使高精度温度感应线圈电阻的变化同温度微分值成比例关系。惠斯登桥电路用来检监测高精度温度感应线圈的阻抗梯度对应的温度变化的线性关系，从而获得瞬间气流速率。这种气体流速传感器具有高精度和高灵敏度的特点。数据采集处理装置3负责采集转换后的气体流速电信号并处理后输出控制信号。 数据采集处理装置3包括AD转换模块4、数据处理模块5和电流输出模块6三部分，AD转换模块4的输入端与气体流速传感器1连接，AD转换模块4依次连接数据处理模块5和电流输出模块6，电流输出模块6的输出端与气体流速控制装置2连接。在本实施例中，数据采集处理装置采用一个ARM 7处理器作为主器件，其自带高精度AD转换/DA转换模块，可以方便的进行数据采集和输出。只要配置简单的时钟电路即可运行，简化了装置的结构。 在信号输出端设计了 4-20mA电流环电路，用于驱动微型气体比例控制阀工作，基本电路如图2所示。该芯片还具备丰富的外设资源和强大的计算能力，可作为整个离子迁移谱的控制芯片。数据采集处理装置采集到气体流速信号后，采用了经典的PID控制策略，计算得到相应的控制值并输出相应的控制信号。PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈控制方法。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。整个PID控制由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定，可以调整控制效果，PID控制框图如图3所示。气体流速控制装置2通过该控制信号来控制气体流速，在本实施例中，气体流速控制装置是微型气体比例控制阀。微型气体比例控制阀可以根据输入的电流迅速任意的调节阀的开度，从而有效控制气体的流速在设定值。并且微型气体比例控制阀采用压电陶瓷作为主材料，具有很强的抗腐蚀性。本实用新型首先通过气体流速传感器测量气体流速并转换输出相应气体流速电信号，然后进行AD转换，经过低通滤波后，计算得到相应的控制值并输出相应的控制信号， 微型气体比例控制阀通过该控制信号将其控制在任意开度，从而精确控制气路中的气体流速。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求1.一种用于离子迁移谱仪的气体流速自动控制装置，设置在离子迁移谱仪的气路中， 其特征在于，包括用于测量气体流速并转换输出相应气体流速电信号的气体流速传感器、 负责采集转换后的气体流速电信号并处理后输出控制信号的数据采集处理装置、以及通过该控制信号来控制气体流速的气体流速控制装置，所述气体流速传感器与数据采集处理装置的输入端连接，数据采集处理装置的输出端与气体流速控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的用于离子迁移谱仪的气体流速自动控制装置，其特征在于， 所述数据采集处理装置包括AD转换模块、数据处理模块和电流输出模块三部分，AD转换模块的输入端与气体流速传感器连接，AD转换模块依次连接数据处理模块和电流输出模块， 电流输出模块的输出端与气体流速控制装置连接。
3.根据权利要求1所述的用于离子迁移谱仪的气体流速自动控制装置，其特征在于， 所述气体流速控制装置是微型气体比例控制阀。
4.根据权利要求1所述的用于离子迁移谱仪的气体流速自动控制装置，其特征在于， 气体流速传感器包括主要流通管和毛细感应管，所述毛细感应管内设置有高精度温度感应线圈。
专利摘要一种用于离子迁移谱仪的气体流速自动控制装置，设置在离子迁移谱仪的气路中，包括用于测量气体流速并转换输出相应气体流速电信号的气体流速传感器、负责采集转换后的气体流速电信号并处理后输出控制信号的数据采集处理装置、以及通过该控制信号来控制气体流速的气体流速控制装置，气体流速传感器与数据采集处理装置的输入端连接，数据采集处理装置的输出端与气体流速控制装置连接。本实用新型首先通过气体流速传感器测量气体流速并转换输出相应气体流速电信号，然后进行AD转换，经过低通滤波后，计算得到相应的控制值并输出相应的控制信号，气体流速传感器通过该控制信号将其控制在相应开度，从而精确控制气路中的气体流速。
文档编号G01N27/62GK202083670SQ201120116109
公开日2011年12月21日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者朱莉芳, 陈柏松 申请人:西安艾尔特仪器有限公司