用于光谱仪光学系统恒温的控制系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种用于光谱仪光学系统恒温的控制系统及方法，其中的系统包括加热单元、测温传感器、脉冲发生器、放大电路、电压比较器、驱动电路；加热单元，用于采用脉冲电流对光谱仪光学系统进行加热；测温传感器，用于采集加热单元的温度信号加载到控制单元；脉冲发生器，用于产生正弦正半波脉冲；放大电路，用于对测温传感器采集的温度信号进行放大处理，并且设定温度；电压比较器，用于对脉冲发生器产生的脉冲信号与放大电路输出的电压信号进行比较，并将比较后形成的脉冲信号加载到驱动电路上；驱动电路，用于将脉冲信号放大后推动MOS场效应晶体管，给加热单元送电。利用本发明，能够解决光谱仪光学系统温差变化大的问题，实现高精度控制。
【专利说明】
用于光谱仪光学系统恒温的控制系统及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及原子发射光谱检测仪器技术领域，更为具体地，涉及一种用于光谱仪光学系统恒温的控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]原子发射光谱仪的光学系统是光谱仪的核心系统，光学系统工作的稳定性直接影响仪器的稳定性及重现性，在影响光学系统稳定性的因素中，温度是最重要的因素之一，因此，光学系统的温度控制必须恒定，温度波动越小，波长漂移越小，光谱仪的稳定性更好。
[0003]目前，国内报道的原子发射光谱仪光学系统的恒温控制，常采用的控制方法是间隔加热法，即温度到了设定值，停止加热，温度下降到一定范围后，再启动加热，这样循环控制。后期发展为DIP算法控制，也就是逐次逼近，即温度要到达设定温度值时，减小加热电流，缓慢加热，到达设定值后，停止加热，当温度降下后，再启动加热，采用DIP算法，尽管温度波动减小了，但还是存在温差变化。因此，利用间隔加热法，温度波动会造成光谱仪波长漂移，导致光谱仪稳定性及重现性差。
[0004]因此，为了解决上述问题，本发明提供了一种用于光谱仪光学系统恒温的控制系统及方法。
【发明内容】
[0005]鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于光谱仪光学系统恒温的控制系统及方法，解决光谱仪光学系统温差变化大的问题，保证光谱仪光学系统温度波动尽可能小，实现高精度控制。
[0006]本发明提供一种用于光谱仪光学系统恒温的控制系统，包括加热单元、测温传感器和控制单元，其中，所述控制单元包括脉冲发生器、放大电路、电压比较器、驱动电路和MOS场效应晶体管；
[0007]所述加热单元，用于采用脉冲电流对光谱仪光学系统进行加热；
[0008]所述测温传感器，用于采集所述加热单元的温度信号加载到所述控制单元；
[0009]所述脉冲发生器，用于产生正弦正半波脉冲；
[0010]所述放大电路，用于对所述测温传感器采集的温度信号进行放大处理，并且设定温度；
[0011]所述电压比较器，用于对所述脉冲发生器产生的脉冲信号与所述放大电路输出的电压信号进行比较，并将比较后形成的所述脉冲信号加载到所述驱动电路上；
[0012]所述驱动电路，用于将比较后形成的所述脉冲信号放大后推动所述MOS场效应晶体管，给所述加热单元送电。
[0013]此外，优选的方案是，所述脉冲发生器产生的正弦正半波脉冲的频率、脉宽和幅值为固定值。
[0014]此外，优选的方案是，在所述脉冲发生器产生的脉冲信号与所述放大电路输出的电压信号进行比较的过程中，比较后形成的所述脉冲信号的脉冲宽度随所述温度信号的改变而改变。
[0015]此外，优选的方案是，所述放大电路的设定的温度范围为O?50°C。
[0016]本发明还提供一种用于光谱仪光学系统恒温的控制方法，采用上述用于光谱仪光学系统恒温的控制系统对光谱仪光学系统进行恒温控制，其方法如下:
[0017]测温传感器从加热单元采集到的温度信号加载到控制单元，并对所述控制单元产生的固定频率的正弦正半波上进行斩波；
[0018]当所述测温传感器采集到的温度远小于设定的温度值时，斩波后得到的脉冲信号的脉冲宽度宽，将此斩波后的脉冲信号加载到驱动电路上，所述驱动电路驱动MOS场效应晶体管，所述MOS场效应晶体管在一个加热周期中导通时间长；
[0019]当所述测温传感器采集到的温度接近于设定的温度值时，斩波后得到的脉冲信号的脉冲宽度窄，将此时斩波后的脉冲信号加载到驱动电路上，所述驱动电路驱动MOS场效应晶体管，所述MOS场效应晶体管在一个加热周期中导通时间短；
[0020]光学系统损失的热量与加热补充的热量相同，光学系统温度保持恒定。
[0021]从上面的技术方案可知，本发明提供的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统及方法，对光谱仪光学系统恒温控制，能保证光谱仪光学系统温度波动较小，温度波动<0.0re,实现高精度控制，光谱仪波长漂移较小，光谱分析数据稳定，仪器重现性好。
[0022]为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
【附图说明】
[0023]通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中:
[0024]图1为根据本发明实施例的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统结构示意图；
[0025]图2为根据本发明实施例的斩波示意图；
[0026]图3为根据本发明实施例的用于光谱仪光学系统恒温的控制方法流程示意图。
[0027]其中的附图标记包括:固定频率的正弦正半波脉冲1、测温传感器采集的接近设定温度的温度2、测温传感器采集的远小于设定温度的温度3。
[0028 ]在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
【具体实施方式】
[0029]在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
[0030]以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
[0031]为了说明本发明提供的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统的结构，图1示出了根据本发明实施例的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统结构。
[0032]如图1所示，本发明提供的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统包括加热单元110、测温传感器120和控制单元130，其中，控制单元130包括脉冲发生器132、放大电路131、电压比较器133、驱动电路134和MOS场效应晶体管135。
[0033]加热单元110，用于采用脉冲电流对光谱仪光学系统进行加热。
[0034]测温传感器120，用于采集加热单元110的温度信号加载到控制单元130。
[0035]脉冲发生器132，用于产生正弦正半波脉冲；
[0036]放大电路131，用于对测温传感器120采集的温度信号进行放大处理，并且设定温度；
[0037]电压比较器133，用于对脉冲发生器132产生的脉冲信号与放大电路131输出的电压信号进行比较，并将比较后形成的脉冲信号加载到驱动电路134上；
[0038]驱动电路134，用于将脉冲信号放大后推动MOS场效应晶体管135，给加热单元110送电。
[0039]其中，脉冲发生器132产生的正弦正半波脉冲的频率、脉宽和幅值为固定值。在脉冲发生器132产生的脉冲信号与放大电路131输出的电压信号进行比较的过程中，比较后形成的脉冲信号的脉冲宽度随温度信号的改变而改变。
[0040]在本发明的实施例中，用于光谱仪光学系统恒温的控制系统采用脉冲电流加热方式，脉冲频率固定，仅调整脉冲的宽度，且加热不间断，当光学系统温度远小于设定值时(温度较低时)，输出脉冲宽度越宽，当温度越接近设定值时(温度较低时)，输出脉冲宽度越窄，到最后，光学系统损失的热量刚好和加热补充的热量相当，光学系统温度保持恒定。
[0041 ]其中，在本发明中，脉冲频率为IKHz，放大电路131的设定的温度范围为O?50°C，温度波动为小于0.0re。
[0042]为了进一步对本发明说明，图2示出了根据本发明实施例的斩波。如图2所示，在坐标中，横坐标t表示时间，纵坐标V表示电压幅值；I是固定频率的正弦正半波脉冲，频率固定，脉宽固定，幅值固定;2是测温传感器采集的接近设定温度的温度，此温度信号较强，表示此时光谱仪光学系统的温度较高，已接近设定温度值，经斩波后得到的脉宽较窄，即脉冲信号占空比小；3是测温传感器采集的远小于设定温度的温度，此温度信号较弱，表示此时光谱仪光学系统的温度较低，远小于设定值，经斩波后得到的脉宽较宽，即脉冲信号占空比大。
[0043]从图2所示的实施例可以看出，当光学系统温度远小于设定值时(温度较低时)，测温传感器采集的温度信号值小，斩波后得到的脉宽较宽，即脉冲信号占空比大，此脉冲信号加载到驱动电路上，最后去驱动开关管，开关管在一个加热周期中导通时间长;当光学系统温度越接近设定值时(温度较高时)，测温传感器采集的温度信号值大，斩波后得到的脉宽较窄，即脉冲信号占空比小；到最后，光学系统损失的热量刚好和加热补充的热量相当，光学系统温度保持恒定。
[0044]与上述的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统相对应，本发明提供了一种用于光谱仪光学系统恒温的控制方法，图3示出了根据本发明实施例的用于光谱仪光学系统恒温的控制方法流程。
[0045]如图3所示，本发明提供的根据本发明实施例的用于光谱仪光学系统恒温的控制方法包括:
[0046]采用上述用于光谱仪光学系统恒温的控制系统对光谱仪光学系统进行恒温控制，其方法如下:
[0047]S130:测温传感器从加热单元采集到的温度信号加载到控制单元，并对所述控制单元产生的固定频率的正弦正半波上进行斩波；
[0048]S131:当所述测温传感器采集到的温度远小于设定的温度值时，斩波后得到的脉冲信号的脉冲宽度宽，将此斩波后的脉冲信号加载到驱动电路上，所述驱动电路驱动MOS场效应晶体管，所述MOS场效应晶体管在一个加热周期中导通时间长；
[0049]S132:当所述测温传感器采集到的温度接近于设定的温度值时，斩波后得到的脉冲信号的脉冲宽度窄，将此时斩波后的脉冲信号加载到驱动电路上，所述驱动电路驱动MOS场效应晶体管，所述MOS场效应晶体管在一个加热周期中导通时间短；
[0050]S134:光学系统损失的热量与加热补充的热量相同，光学系统温度保持恒定。
[0051]通过上述实施方式可以看出，本发明提供的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统及方法，对光谱仪光学系统恒温控制，能保证光谱仪光学系统温度波动较小，温度波动<
0.0re，实现高精度控制，光谱仪波长漂移较小，光谱分析数据稳定，仪器重现性好。
[0052]如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统及方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统及方法，还可以在不脱离本
【发明内容】
的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
【主权项】
1.一种用于光谱仪光学系统恒温的控制系统，包括加热单元、测温传感器和控制单元，其中，所述控制单元包括脉冲发生器、放大电路、电压比较器、驱动电路和MOS场效应晶体管； 所述加热单元，用于采用脉冲电流对光谱仪光学系统进行加热； 所述测温传感器，用于采集所述加热单元的温度信号加载到所述控制单元； 所述脉冲发生器，用于产生正弦正半波脉冲； 所述放大电路，用于对所述测温传感器采集的温度信号进行放大处理，并且设定温度；所述电压比较器，用于对所述脉冲发生器产生的脉冲信号与所述放大电路输出的电压信号进行比较，并将比较后形成的脉冲信号加载到所述驱动电路上； 所述驱动电路，用于将所述脉冲信号放大后推动所述MOS场效应晶体管，给所述加热单元送电。2.如权利要求1所述的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统，其中， 所述脉冲发生器产生的正弦正半波脉冲的频率、脉宽和幅值为固定值。3.如权利要求1所述的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统，其中， 在所述脉冲发生器产生的脉冲信号与所述放大电路输出的电压信号进行比较的过程中，比较后形成的所述脉冲信号的脉冲宽度随所述温度信号的改变而改变。4.如权利要求1所述的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统，其中， 所述放大电路的设定的温度范围为O?50°C。5.—种用于光谱仪光学系统恒温的控制方法，采用如权利要求1-4任一项所述的用于光谱仪光学系统恒温的控制系统对光谱仪光学系统进行恒温控制，其方法如下: 测温传感器从加热单元采集到的温度信号加载到控制单元，并对所述控制单元产生的固定频率的正弦正半波上进行斩波； 当所述测温传感器采集到的温度远小于设定的温度值时，斩波后得到的脉冲信号的脉冲宽度宽，将此斩波后的脉冲信号加载到驱动电路上，所述驱动电路驱动MOS场效应晶体管，所述MOS场效应晶体管在一个加热周期中导通时间长； 当所述测温传感器采集到的温度接近于设定的温度值时，斩波后得到的脉冲信号的脉冲宽度窄，将此时斩波后的脉冲信号加载到驱动电路上，所述驱动电路驱动MOS场效应晶体管，所述MOS场效应晶体管在一个加热周期中导通时间短； 光学系统损失的热量与加热补充的热量相同，光学系统温度保持恒定。
【文档编号】G05D23/30GK105867472SQ201610347331
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】王先国, 李太福, 姚立忠, 唐德东, 田应甫, 杨永龙, 孙小媛, 李清玲, 张恒健
【申请人】重庆科瑞分析仪器有限公司, 重庆科技学院