[0054]结合图2，温度控制单元101包括温度采集电路和加热电路。温度采集电路包括A/D转换电路和信号放大电路，温度传感器可采用铂电阻PTlOO或热电偶，其分别布置在迀移管I的加热层9上、进样装置6箱体内部、迀移管I的进样口处，温度传感器电连接到A/D转换电路，A/D转换电路用于将温度参数转换成电信号，信号放大电路用于将经A/D转换电路转换后得到的电信号放大;加热电路包括功率场效应管开关电路，加热层9、9 ’里的加热电阻丝连接至功率场效应关开关电路。温度控制单元101将转换、放大后的电信号传送给处理器单元100进行处理，处理器单元100根据处理结果生成控制命令，并传送给温度控制单元101，用于控制功率场效应开关电路的功率和通断，进而控制加热电阻丝的发热功率，将进样装置6的进样温度、解吸温度和迀移管I的管体温度控制在预定范围。
[0055]湿度传感单元104包括A/D转换电路和接口电路，湿度传感器分别布置在迀移管I的出气口 12和循环气路中分子筛5的出口端处，湿度传感器可电阻式或电容式的湿敏传感器，其可通过A/D转换电路、接口电路(例如串行接口电路)电连接到处理器单元100;或者采用集成数字型智能湿度传感器(例如SHTlx系列)完成湿度传感器与湿度传感单元104的功能，其直接连接到处理器单元100。
[0056]本发明的离子迀移谱仪中所用的真空栗10可选用抽打两用小流量真空栗，该真空栗的技术参数为:电压:12V;负载电流:<90mA；功率:〈1.08W;峰值流量:0.8L/min ；平均流量:0.7L/min;真空度:90KPa ；负压:-1OKPa ；最大正压:1KPa ；用于驱动真空栗的电机为无刷直流电机，无刷直流电机是真空栗10的动力机构，真空栗10连接到无刷直流电机的转轴上，用于控制真空栗10向进样装置6和迀移管I提供载气(载气一般为纯净的空气或氮气)。流量控制单元102包括驱动电路，驱动电路分别电连接到无刷直流电机和处理器单元100，从处理器单元100接收控制信号，进而控制无刷直流电机的启动、停止和转速大小，转速传感器安装在无刷直流电机的转轴上，并电连接到处理器单元100上，用于测量电机转速并传送到处理器单元100，从而计算得到载气流量值。
[0057]按键输入单元106电连接到处理器单元100，用于设定进样装置6的进样温度、解吸温度和迀移管I的管体温度以及载气流量参数值，并将设置的参数值传送到处理器单元100。
[0058]液晶显示单元105电连接到处理器单元100，用于显示设定的进样装置6的进样温度、解吸温度和迀移管I的管体温度的温度值、实时测量的温度值、实时测量的迀移管I出气口 12的湿度值、分子筛5出口端的载气湿度值以及由真空栗转速值计算得到的载气流量值，同时还显示是否需要对分子筛5进行更换的信息。
[0059]处理器单元100采用STM32系列的处理器，该系列处理器是意法半导体公司生产的32位高性能、低成本、低功耗的增强型系列单片机，内核采用ARM公司最新研发的CorteX-M3架构，其采用的THUMB指令集使其指令效率更高，性能更强;TM32最高工作频率为72MHz，片上集成A/D、D/A、PWM、CAN、USB、安全数字输入输出卡SD10、可变静态存储控制器FSMC等资源能够满足用户对高性能、低功耗和经济实用的要求。因此，概括来说，处理器单元100包括数据处理模块、PWM生成模块、输入捕获模块，PWM生成模块和输入捕获模块分别与数据处理模块电连接，其中，数据处理模块接收并处理来自按键输入单元106的设定温湿度、流量参数值和来自温度控制单元101、湿度传感单元104、流量控制单元102的实时测量的温湿度、流量参数值，根据监测到的分子筛5出气口湿度值判断是否需要更换分子筛5;PWM生成模块连接到温度控制单元101的功率开关电路，用于控制加热功率;输入捕获模块连接到接流量控制单元102，用于获取真空栗10的转速，并传送到数据处理模块，从而计算得到载气流量值。
[0060]以上各部件、单元模块按照上述连接关系组合构成为本发明的离子迀移谱仪，参照图2，该离子迀移谱仪的温湿度、载气流量的测量、控制过程如下:
[0061]温度控制单元101的温度传感器将采集到的温度参数经A/D转换电路将模拟信号转换为电信号，并进行放大后输入到处理器单元100;湿度传感单元104将湿度参数转换为模拟信号，内部A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号输入处理器单元100;处理器单元100以STM32F103ZET6为控制器，内部集成了包括数模转换、脉冲调制、输入捕获等外设，其通过将按键输入单元106设定的温度值与温度控制单元101采集到的温度的值进行对比，产生控制信号指令给温度控制单元101，进而控制各加热层加热电路的功率场效应管开关电路，经过开关的接通和断开控制进样装置6的进样温度、解吸温度和迀移管I管体温度;处理器单元100通过监测分子筛5出气口湿度和迀移管I的出气口 12处的湿度，通过比较二者湿度值来确定分子筛是否失效，并在液晶显示单元105显示相关信息，同时实验操作人员可根据监测到的迀移管I出气口 12的载气湿度，调节加湿瓶8前端的的流量阀9控制迀移管I内反应湿度;处理器单元100通过其内部的输入捕获单元模块的真空栗10输出的电机转速反馈信号，将该信号同按键输入单元106设定的转速值进行对比，采用专家辅助PID算法，产生PWM信号并输入到真空栗10的驱动电路，驱动电路对输入信号进行放大，驱动直流无刷电机，从而控制真空栗10的流量。
[0062]载气流量影响离子迀移谱仪的检测灵敏性和准确度，载气流量的控制可以采用PID控制器，但PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，主要适用于基本上线性，且动态特性不随时间变化的系统，考虑载气流量测定的特殊性以及气体控制过程的非线性、时变、滞后等特性，为了更精确地将载气流量控制在目标流量范围，在采用一般PID算法的基础上辅以专家控制规则来进行模糊控制。
[0063]图3为载气流量控制方法的流程图，该控制方法包括以下步骤:
[0064](I)转速与流量的关系模型获取步骤:获取真空栗转速V与载气流量f之间的关系模型，可通过历史数据或模拟真实工作场景(即在特定温度和压力条件下)的实验数据进行多项式拟合而得到，即:
[0065]f=mo+miv+m2V2+...+mnvn φ
[ΟΟ??]其中，mQ，mi，m2，...，mn为模型系数，η为2?4。模型系数可通过最小二乘法求解。
[0067]图4为常温常压下真空栗10转速与载气流量的关系模型曲线图。如图4所示，采用二次多项式拟合、最小二乘法求解，得到的真空栗转速V与载气流量f呈非线性；
[0068](2)离线学习步骤:通过真空栗10将载气引入离子迀移谱仪的迀移管I内，并改变真空栗的转速V，记录并分析离子迀移谱仪获取的信号强度和信号曲线，根据专家经验或专家模糊智能学习算法获得目标转速Vop，并根据式①获取目标流量fop。
[0069](3)参数设定步骤:通过按键输入单元106设置目标流量Lp、载气流量误差下界值A fmin、载气流量误差上界值Δ fmax以及积分误差限Δ fint，其中，满足关系Δ fint< Δ fmin<
A fmax ο
[0070](4)专家辅助PID控制调整步骤:采用闭环PID控制策略，将目标流量f㈤作为输入，控制量为真空栗的目标流量fοΡ和输出流量fcmt(被控量)之差ef(k)以及差值变化率Aef(k)，其中，ef(k)为流量误差ef的第k个值;PID参数采用专家经验进行调整:
[0071 ] 规则1:当I ef (k) I > Δ fmaJ寸，使控制器的输出fcmt达到最大，误差绝对值I ef (k) I以最大速度减小；
[0072]规则2:当ef(k).Aef(k) >O0t^|ef(k) > Δ fmin，PID 控制器的输出为:
[0073]u(k) = u(k_l )+ki{KP[e(k)-e(k_l) ]+Ki e(k)+Kd[e(k)-2e(k_l )+e(k_2) ]}
[0074]其中，ki为增益放大系数，ki