一种用于火花光谱仪的信号采集控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于火花光谱仪技术领域，特别是一种用于火花光谱仪的信号采集控制系统，适用于火花光谱仪中多个通道光电检测器输出的元素谱线强度信号的采集及光源控制和多个通道的负高压输出控制的系统。
【背景技术】
[0002]火花光谱仪的原理是通过激发试样使其发射出特征谱线，产生的特征谱线经过光栅进行色散分光，用光电检测器采集按波长顺序排列的谱线的强度，经计算机处理从而得到不同元素的含量。火花光谱仪由光源系统、色散系统、检测系统和数据处理系统组成。其中光源系统使试样激发发光、色散系统将复合光色散成各元素的特征谱线、检测系统用光电法来测量各元素的谱线强度，数据处理系统将信号换算成为元素百分含量。而不同元素的特征谱线通过光电转换后得到的电信号幅值(微弱程度)不同，通过控制施加在光电检测器的负高压的大小可以实现对电信号幅值的调节。因此，设计一种能实现光源控制及负高压控制，同时又能对各个元素的特征谱线的强度进行实时检测处理的系统，是决定火花光谱仪功能及性能好坏的必要条件。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种用于火花光谱仪的信号采集控制系统，实现对火花光谱仪的光源系统及负高压系统的控制、并实现对火花光谱仪检测器输出的各元素特征谱线的强度的采集、存储、处理及上传，并最终实现火花光谱仪对被测试样元素含量的分析。
[0004]本发明的设计思想在于，系统主控器通过以太网与PC机进行交互控制火花光谱仪光源系统输出同步信号，产生的同步信号触发本系统对火花光谱仪检测器输出的各元素谱线强度信号进行采集存储及打包，并通过以太网将打包后的数据传输到PC机进行实时处理及显示，以实现火花光谱仪对被测试样元素含量分析的功能;另外，施加在火花光谱仪的光电检测器上的负高压直接影响各元素特征谱线的强度，因此，系统需具备对负高压进行实时数字化控制的功能。
[0005]本发明采用高分辨率高速并行AD采集元素谱线强度，因而采集速率快、精度高;采用多通道DA设置施加在光电检测器的负高压，实现多通道的负高压的实时数字化控制;采用FPGA作为主控制器，实现系统各项功能并行实时处理;采用FPGA内建FIFO进行存储，实现谱线强度信号的实时存储及处理;通过以太网与PC机通讯，提高通讯可靠性，可广泛应用于需要数据采集控制系统的仪器中。
[0006]本发明包括PC机、网线、信号采集传输处理模块、串口线负高压控制模块五个部分;PC机通过网线与信号采集传输处理模块通信，信号采集传输处理模块3输出1信号控制仪器光源系统产生同步信号，同时信号采集传输处理模块通过串口线与负高压控制模块通信，负高压控制模块输出1-60路负高压信号施加于光电检测器，此时光源产生的同步信号触发信号采集传输处理模块3对光电检测器输出的1-100通道信号进行采集、存储及打包，打包后的数据通过网线2传输到PC机处理并显示。
[0007]所述的信号采集传输处理模块由通道选择单元、AD采集单元、存储器单元、主控器单元、1控制单元及以太网通信单元组成；
[0008]通道选择单元由多片16路模拟开关芯片构成，通过主控器的配置可实现1-100通道检测器输出信号的选通;AD采集单元由参考电压配置电路、输入信号跟随电路及一片16位高速AD芯片构成，通过主控器的配置可实现1-100通道检测器输出信号的采集;存储器单元由主控制器FPGA内建FIFO构成，可实现对采集到的信号高速缓存；1控制单元电平转换芯片构成，通过主控器的配置可实现对光源、负高压及普通1的控制；以太网控制单元由一片内部集成10/100M以太网控制器，MAC和TCP/IP协议栈的芯片构成，通过主控器的配置可实现与PC机的双向通信。
[0009]所述的负高压控制模块由一片串口通信芯片、一片控制器及一片多通道DA芯片构成，所述的信号采集传输处理模块通过串口通信芯片与负高压控制模块的控制器通信，配置DA芯片输出施加到检测器的1-60通道负高压。
[0010]本发明的创新点在于:系统采用可编程门阵列(FPGA)作为主控制器，以实现系统各项功能的并行实时处理;系统与PC机采用以太网的通信方式，提高了与PC机通信的可靠性及抗干扰能力；系统的负高压控制模块采用多通道并行DA芯片，使得PC机可以实时控制1-60通道的负高压输出，进而实现火花光谱仪的多通道负高压的数字化精确控制；系统的信号采集传输处理模块采用采样速率范围为100k-2M的16位并行AD芯片，可实现1-100通道元素谱线强度信号的精确采集，同时采用主控器FPGA内建FIFO，实现了强度信号的存储打包及传输，使火花光谱仪整机测试的实时性及准确性更高。本发明实现了对仪器的光源系统的控制，并能根据实际情况调整负高压的输出，同时对光电检测器输出的多通道元素谱线强度信号进行实时采集存储打包及传输。该信号采集控制系统具有简洁通用、实时性高、自动化程度高及抗干扰能力强的显著优点，可广泛应用于需要信号采集控制的仪器中。
[0011]同现有技术相比，本发明采用分辨率16位的高速AD芯片对各元素谱线强度进行采集，以提高数据采样的准确性;采用FPGA内置FIFO实现对各元素谱线强度的高速缓存，以实现数据处理的实时性;此外，系统采用多通道DA芯片对施加在光电检测器的负高压进行设置，实现多达60通道的负高压的实时数字化控制。
[0012]本发明对比已有技术具有以下创新点和显著优点:
[0013]根据火花光谱仪的实际应用需求实现了多达60路负高压的实时数字化控制;实现了对多达100路元素谱线强度信号的实时采集及处理;采用以太网进行信号传输，使系统抗干扰能力更强。
【附图说明】
[0014]图1为本发明一种用于火花光谱仪的信号采集控制系统的系统示意图。
[0015]图2为本发明中的信号采集传输处理模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图，对本发明作进一步详细说明。
[0017]本发明的系统示意图如附图1所示，包括PC机、网线、信号采集传输处理模块、串口线、负高压控制模块，系统工作过程简述如下:
[0018]1、信号采集传输处理模块工作过程:将所需测量的检测器输出信号连接到信号采集传输处理模块，系统上电之后，PC机通过网线将光源配置参数传递给信号采集传输处理模块，信号采集传输处理模块3将从PC机接收到的光源配置参数输出以控制光源产生同步信号，产生的同步信号触发信号采集传输处理模块对检测器输出信号进行数据采集、存储及打包，打包后的数据通过网线2传输给PC机进行处理并显示。
[0019]信号采集传输处理模块的结构示意图如附图2所示，由通道选择单元、AD采集单元、存储器单元、主控器单元、1控制单元及以太网通讯单元组成。通道选择单元由多片16路模拟开关芯片构成，通过主控器的配置可实现1-100通道检测器输出信号的选通;AD采集单元由参考电压配置电路、输入信号跟随电路及一片16位高速AD芯片构成，通过主控器的配置可实现1-100通道检测器输出信号的采集;存储器单元由主控制器FPGA内建FIFO构成，可实现对采集到的信号高速缓存；1控制单元电平转换芯片构成，通过主控器的配置可实现对光源、负高压及普通1的控制；以太网控制单元由一片内部集成10/100M以太网控制器，MAC和TCP/ IP协议栈的芯片构成，通过主控器的配置可实现与PC机的双向通信。
[0020]2、负高压控制模块工作过程:将所需施加负高压的检测器连接到负高压控制模块，系统上电之后，信号采集传输处理模块将从PC机I接收到的负高压配置数据通过串口线转发给负高压控制模块，负高压控制模块5通过多通道DA芯片控制多达60路负高压的输出。
[0021]负高压控制模块由一片串口通信芯片、一片控制器及一片多通道DA芯片构成，信号采集传输处理模块通过串口通信芯片与负高压控制模块的控制器通信，配置DA芯片输出施加到检测器的1-60通道负高压。
【主权项】
1.一种用于火花光谱仪的信号采集控制系统，其特征在于，系统包括:PC机、网线、信号采集传输处理模块、串口线、负高压控制模块； 其中，PC机通过网线与信号采集传输处理模块通信，信号采集传输处理模块输出1信号控制光源系统产生同步信号，同时信号采集传输处理模块通过串口线与负高压控制模块通信，负高压控制模块输出1-60路负高压控制信号施加在光电检测器，光源产生的同步信号触发信号采集传输处理模块根据PC机配置的参数对1-100通道检测器输出信号进行采集、存储及打包，打包后的数据通过网线传输到PC机处理及显示。2.根据权利要求1所述的采集控制系统，其特征在于，所述的信号采集传输处理模块由通道选择单元、AD采集单元、存储器单元、主控器单元、1控制单元及以太网通信单元组成； 通道选择单元由多片16路模拟开关芯片构成，通过主控器的配置实现1-100通道检测器输出信号的选通;AD采集单元由参考电压配置电路、输入信号跟随电路及一片16位高速AD芯片构成，通过主控器的配置实现1-100通道检测器输出信号的采集;存储器单元由主控制器FPGA内建FIFO构成，实现对采集到的信号缓存；1控制单元电平转换芯片构成，通过主控器的配置实现对光源、负高压及普通1的控制；以太网控制单元由一片内部集成10/100M以太网控制器，MAC和TCP/IP协议栈的芯片构成，通过主控器的配置实现与PC机的双向通?目O3.根据权利要求1所述的采集控制系统，其特征在于，所述的负高压控制模块由一片串口通信芯片、一片控制器及一片多通道DA芯片构成，所述的信号采集传输处理模块通过串口通信芯片与负高压控制模块的控制器通信，配置DA芯片输出施加到检测器的1-60通道负尚压。
【专利摘要】一种用于火花光谱仪的信号采集控制系统，属于火花光谱仪技术领域。包括PC机、网线、数据采集传输处理模块、串口线、负高压控制模块。PC机与数据采集传输处理模块通过以太网通讯，负高压控制模块输出多路负高压控制信号，数据采集传输处理模块对多通道光电检测器输出信号进行采集、处理及传输。优点在于，采用高分辨率高速并行AD采集元素谱线强度，因而采集速率快、精度高；采用多通道DA设置施加在光电检测器的负高压，实现多通道的负高压的实时数字化控制；采用FPGA作为主控制器，实现系统各项功能并行实时处理；采用FPGA内建FIFO进行存储，实现谱线强度信号的实时存储及处理；通过以太网与PC机通讯，提高通讯可靠性。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN105676725
【申请号】CN201610006001
【发明人】宋春苗, 刘佳, 李明, 姚君, 孟祥娥, 冯光, 吕海马
【申请人】钢研纳克检测技术有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月4日