专利名称：一种智能高速元素分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种光电比色智能高速元素分析仪器，特别是可以快速更换不同波长的发光二极管作测试光源的元素分析仪。
背景技术：
目前，国内大部分企业为分析金属材料中的微量元素的成分时，大多采用光电比色元素分析仪，该类仪器具有价格不高，容易维修的优点，其测试光源多采用直流白炽灯，波长调整通过更换滤光片解决，存在光线不够稳定、寿命不长以及干涉滤光片价格昂贵而普通滤光片波长精度不高的缺点。现已有部分光电比色元素分析仪采用发光二极管冷光源，但存在不同波长的发光二极管更换和参数调整不方便的问题。
发明内容
本实用新型要解决的就是现有的采用发光二极管冷光源的光电比色元素分析仪，存在不同波长的发光二极管更换和和由于发光强度不同带来的参数调整不方便的问题。
本实用新型包括LED光源、比色皿、发射过光管、接受过光管、光电转换器、吸收盒、放液铁芯，其特征在于还包括参数调整电路，吸收盒内设有十字形空腔，比色皿位于前述十字形空腔的纵向空腔内，其上下两端与伸出吸收盒，放液铁芯安装在比色皿下端的出液口处；发射过光管和接受过光管分别安装在前述十字形空腔的两个横向空腔内；光电转换器和LED光源分别安装在吸收盒的两侧与接受过光管和发射过光管相对应的位置，其中LED光源以可拆卸的方式安装在吸收盒上；参数调整电路一方面为LED光源提供工作电流，另一方面用于对配合的增益参数进行调整。
前述参数调整电路包括光源电源和零点取样电路E、增益放大电路C、增益调整电路A、中央处理控制电路B、模数转换电路D和线圈驱动电路F，光源电源和零点取样电路E用于LED光源和线圈驱动电路F提供直流工作电流并向中央处理控制电路B输入高电平或低电平，增益放大电路C用于接收来自光电转换器的模拟信号并通过模数转换电路D转换成数字信号送给中央处理控制电路B，中央处理控制电路B根据预设值向增益调整电路A输出控制信号，并通过该电路对增益放大电路C的增益进行调整。
本实用新型结构简单、使用方便。它采用发光二极管冷光源，因而具有稳定的亮度和测试波长，并可以方便的更换不同波长的发光二极管作光源，更换后配合不同的发光强度其增益参数可以自动适时调整，从而具有适用范围广、分析精度高、方便操作的优点，可以用于冶金、铸造、机械、化工等行业中作为金属材料多种元素含量的分析的元素分析仪。
图1是本实用新型光电比色部分的结构原理图。
图2是本实用新型的参数调整控制电路原理方框图。
图3是本实用新型调整控制电路的电原理图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的测量光源采用波长精度≤10nm的φ5发光二极管，其波长在400nm～750nm范围之间选择，光电转换器5采用优质硅光电池2CU025，安装在光电转换器座4上。LED1光源1采用发光二极管并安装在LED座2上，LED座2与吸收盒7上的冷光源固定座3之间用螺纹方式连接，从面可以方便的旋下更换。发光二极管发出的特定波长的光线，通过发射过光管6，穿过特制比色杯10，再通过接收过光管8，由光电转换器5接收。比色皿10由玻璃制成，安装在吸收盒7的十字形空腔13的纵向空腔内，它们之间用封垫9阻隔外界光线进入吸收盒7。比色皿10上端为被测元素溶液入口，中间用于存放溶液，下端为出液口，出液口装有放液铁芯12，该放液铁芯由环绕在比色皿放液口外部的放液线圈11控制是否放液。冷光源固定座3和光电转换器座4安装在吸收盒7的外壁上，整个吸收盒7形成不透光的密闭空间。
参见图2，参数调整电路包括光源电源和零点取样电路E、增益放大电路C、增益调整电路A、中央处理控制电路B、模数转换电路D和线圈驱动电路F。
1.LED光源和零点满度取样控制LED光源1的电源由光源电源和零点取样电路E控制供给。由电源变压器输出的交流电压输入电路E，经整流和稳压，成为稳定的直流电源，此电源经控制输出供给LED光源1。当控制无输出时，LED光源1因无电源不亮，此时电路E输出LB电平为低电平至中央处理电路B，电路B将此时从模数转换电路D接收到的信号记忆为零点信号。当电路E的LED光源电源由输出时，LED光源1点亮，电路E输出LB电平为高电平至电路B，电路B将此时从电路D接收到的信号记忆为满度信号(在测试状态时记忆为含量信号)。
2.光检测信号处理光电转换器5的电信号从IN端输入增益放大电路C放大后，从OUT端输出给模数转换电路D进行模拟和数字信号转换，从DATA端输出给电路B处理。
3.增益控制流程电路B的软件预先设定好满度值的电平大小范围，当电路B接收到的满度信号高于设定范围时，由SCL和SDA端输出控制信号至增益调整电路A，电路A根据控制信号降低其连接到电路C的RW+和RW-之间的电阻值，由于RW(即RW+和RW-之间的阻值)是电路C的负反馈电阻，其阻值的降低使电路C的增益变小，从而使电路D的DATA输出信号值变小直至达到电路B的满度预设范围。同理，当电路B接收到的满度信号低于设定范围时，由SCL和SDA端输出控制信号至增益调整电路A，电路A根据控制信号提高其连接到电路C的RW阻值，由于RW是电路C的负反馈电阻，其阻值的提高使电路C的增益变大，从而使电路D的DATA输出信号值变大直至达到电路B的满度预设范围。
4.线圈控制。当零点满度取样或检测完成后，接通(按下)放液开关，线圈驱动电路F驱动放液线圈11，使放液铁芯12上升，进行放液。
下面结合图3对本参数调整电路进一步说明如下其中模数转换电路D和线圈驱动电路F采用现有广泛应用的成熟电路即可，因此就不作介绍了。
1.电路A增益调整电路选用电子电位器芯片X9241W，其有4路RW输出，每路的RW+和RW-之间的阻值可由SCL和SDA信号控制。增益调整电路A的各路RW+端和RW-端之间的电子电阻值相应变化，使ICL7650的增益大小亦相应变化，直至DATA数字信号为满度预设值，完成增益参数自动调整。
2.电路B中央处理器芯片选用W78E58，当LB输入为低电平时，记忆此时DATA信号为零点信号。当LB输入为高电平时，在设置状态，根据DATA信号是否在预设范围内决定是否由SCL和SDA端输出增益控制信号，去控制增益调整电路A。C8/C9和Z2晶振用于保证W78E58正常工作。
3.电路C(本图显示第4通道电路，其余通道电路相同)发光二极管LED1的光线通过发射过光管6，比色杯10(杯中装有参考透明溶液)，接收过光管8到达硅光电池5，产生电流信号。此信号由运算放大器ICL7650电路的IN端输入，从OUT端输出，经模数转换电路D转换成相应数字信号给电路B。此时电路B的LB端为高电平，产品菜单显示为满度确认。电路中C110/111保证ICL7650正常工作，C112用于滤除信号中的干扰成分；R3/R4用于输入端IN的阻抗匹配；R5和R6、RW(RW+和RW-之间的电阻值)决定电路的增益大小，其计算公式为增益倍数＝(R6+RW)/R5；R7用于输出OUT的阻抗匹配。
4.电路E输入的交流电经DZ1和C201、C202整流滤波后，由U201稳压成所需电压，再由C205、C206滤波后由光源控制三极管Q1控制供给LED1作为光源的电源，当开关SI接通时，Q1基极接地，(LB为低电平输出到电路B)Q1截止，发射极LED端没有输出，发光二极管不能点亮；当S1开关打开时，Q1基极电位由R1和R2决定(LB为高电平输出到电路B)，Q1导通，发射极LED端有电压输出供给光源发光二极管。
当因分析不同元素的需要，要求更换不同波长的冷光源时，首先旋下LED座，换上装有需要波长发光二极管的LED座，打开产品电源后，产品在设置状态按上述过程完成零点和满度的智能调整跟踪，即可进入分析检测。
分析检测时，发光二极管的光线会通过装有被测材料溶液的比色杯，光线被所测元素溶液吸收一部分(吸收多少根据朗伯-比尔定律由元素溶液的含量多少相应变化)，剩余部分进入光电转换器，其电流信号通过电路C按前述调整好的增益放大后，进入电路B由设定软件处理计算(与记忆满度值通过对数比较)后即可得出被测元素的含量。
权利要求1.一种智能高速元素分析仪，包括LED光源、比色皿、发射过光管、接受过光管、光电转换器、吸收盒、放液铁芯和放液线圈，其特征在于还包括参数调整电路，吸收盒(7)内设有十字形空腔(13)，比色皿(10)位于前述十字形空腔(13)的纵向空腔内，其上下两端与伸出吸收盒(7)，放液铁芯(12)安装在比色皿(10)下端的出液口处，比色皿(10)的下端外套放液线圈(11)；发射过光管(6)和接受过光管(8)分别安装在前述十字形空腔(13)的两个横向空腔内；光电转换器(5)和LED光源(1)分别安装在吸收盒(4)的两侧与接受过光管(8)和发射过光管(6)相对应的位置，其中LED光源(1)以可拆卸的方式安装在吸收盒(7)上；参数调整电路一方面为LED光源提供工作电流，另一方面用于对增益参数进行调整。
2.如权利要求1所述的智能高速元素分析仪，其特征在于所述的参数调整电路包括光源电源和零点取样电路E、增益放大电路C、增益调整电路A、中央处理控制电路B、模数转换电路D和线圈驱动电路F，光源电源和零点取样电路E用于LED光源和线圈驱动电路F提供直流工作电流并向中央处理控制电路B输入高电平或低电平，增益放大电路C用于接收来自光电转换器(5)的模拟信号并通过模数转换电路D转换成数字信号送给中央处理控制电路B，中央处理控制电路B根据预设值向增益调整电路A输出控制信号，并通过该电路对增益放大电路C的增益进行调整。
3.如权利要求1或2所述的智能高速元素分析仪，其特征在于在比色皿(10)与吸收盒(7)之间装有防止外部光线通过的封垫(9)。
4.如权利要求1或2所述的智能高速元素分析仪，其特征在于吸收盒(7)两侧分别设有冷光源固定座(3)和光电转换器座(4)，分别用于安装LED光源(1)和光电转换器(5)，其中LED光源(1)通过LED座(2)与冷光源固定座(3)形成螺纹连接。
5.如权利要求1或2所述的智能高速元素分析仪，其特征在于参数调整电路的光源电源和零点取样电路E和线圈驱动电路F之间设有一放液开关。
专利摘要本实用新型涉及一种智能高速元素分析仪，包括LED光源、比色皿、发射过光管、接受过光管、光电转换器、吸收盒、放液铁芯和放液线圈及参数调整电路，吸收盒内设有十字形空腔，比色皿位于前述十字形空腔的纵向空腔内，其上下两端与伸出吸收盒，放液铁芯安装在比色皿下端的出液口处，比色皿的下端外套放液线圈；发射过光管和接受过光管分别安装在前述十字形空腔的两个横向空腔内；光电转换器和LED光源分别安装在吸收盒的两侧。参数调整电路一方面为LED光源提供工作电流，另一方面用于对增益参数进行调整。本实用新型结构简单、使用方便，并可以方便的更换不同波长的发光二极管作光源，更换后配合不同的发光强度其增益参数可以自动适时调整。
文档编号G01N21/25GK2881610SQ20062006879
公开日2007年3月21日 申请日期2006年1月24日 优先权日2006年1月24日
发明者曹锋, 徐斌, 陈天水 申请人:南京麒麟分析仪器有限公司