专利名称：一种离子色谱仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于技术分析技术领域，具体地说是一种能够对复杂水域进行 高精度水质检测的离子色谱仪。
技术背景现有技术中的离子色谱仪，基本采用由探头传感器、分析处理电路和电脑 分析装置组成的，不能直接进水样，而且一次仅能测量一个指标。使用中通过 旋转箱体面板上的旋钮，发出指令，操作反应迟钝且不美观。同时，受到检测 环境中噪声的影响，被测物质中的有用离子信号很难有效的分离出来，因此基 线漂移过大，灵敏度和分辨率达不到国标要求，不能充分的显示离子的动态特 性，造成整机的检测下限高，更不能适应十种离子分离法的需要。发明内容本实用新型的目的在于克服上述技术中的缺点，提供一种分辨率、精度、 和灵敏度高，检测下限低，动态特性稳定而且能适应十种离子分离法需要的离 子色谱仪。本实用新型的目的是由以下技术方案实现的 一种离子色谱仪，包括固定 在机箱上部的功能操作面板，与功能操作面板连接的电路部分，高压平流泵1 和化学流路箱2在机箱的内下方，其中电源电路的输出端分别连接电导池、调 制解调器、及A/D转换器的输入端，电导池的输出端连接调制解调器的输入端， A/D转换器的输出端连接微机分析仪的输入端，其特征在于调制解调器的输出端 连接信号调理装置，信号调理装置的输出端连接A/D转换器的输入端。信号调理装置的功能在于放大离子信号、滤除噪音、抑制基线漂移，使整
机的检测下限低，分辨率高，灵敏度高。机箱上部的功能操作面板上装有触摸显示操作屏3，电路部分电源电路的输 出端连接触摸屏显示电路的输入端，触摸屏显示电路的输出端连接A/D转换器 的输入端。触摸显示操作，显示屏可以是中文界面，能够显示整机工作状态， 工作直观，明晰，迅速，且操作方便。恒流源电路的输入端连接电源电路，输出端连接电导池。能够提供恒定的 电流，抑制化学流路系统的再生离子。信号调理装置的主放大模块U9的输入端B，连接调制解调器U。的输出端A， 输出端C连接主滤波模块Ue的输入端D;主滤波模块U6的输出端E连接辅助滤 波放大模块U7的输入端F;辅助滤波放大模块U7的输出端G连接A/D转换器U8 的输入端。主放大模块U9用于放大离子信号，提高灵敏度；主滤波模块Ufi，主 要用于滤除噪音，抑制基线漂移，提取并放大有用的离子浓度信号，它不但具 有很强的滤除噪音的能力，而且还有优良的瞬态特性；辅助滤波放大模块U7与 主滤波模块级联，进一步滤除噪音，抑制基线漂移；放大有用的色谱信号，使 整机灵敏度足够高，以满足A/D转换器和整机对灵敏度的要求。该滤波器也是 改进型双二次电路，既节省了运放又保持了双二次电路的特有的稳定性和易调 整性。主放大模块U9采用由运算放大器IC7650与R51、 R52和R53组成的低漂移 运算放大器电路。其输入端B接调制解调器的输出端A，将解调器输出的色谱仪 离子电导电压信号进行放大，满足主滤波模块的要求。主滤波模块U6的运算放大器的四个运放U6A、 U6B、 U6C、 U6D和输入电阻，反馈电阻，积分阻尼电阻；桥T电阻，偏置电阻，偏置电源电阻，电位器；反相放 大电阻和积分电容，桥T电容组成了四阶双二次型滤波电路，其输出端E连接
辅助滤波放大模块U7。辅助滤波放大模块U7是由四运算放大器的U7A和U7B、输入电阻、反馈电阻、积分阻尼电阻、桥T电阻，积分电容、桥T电容、反相放大电阻，偏置电阻，无源滤波电阻，无源滤波电容，组成三阶双二次型的滤波电路，并与主滤波器 级联构成七阶滤波器。七阶滤波器，在通带内具有良好的阶跃响应，适于脉冲 信号不失真地通过。在衰减带内具有切比雪夫衰减特性，从而进一步滤除噪音，它的输出送至U7c所构成的射随器，U7c输出送至辅助放大器U7D和电阻R83、 R84，将滤除噪音后的离子信号进一步放大，使灵敏度进一步提高，使信号幅度满足A/D转化器U8的要求，电阻R85、 R86、 R87和电位器W3组成偏置电路，调整输 出零位线以满足A/D的要求，然后可以进行A/D转换和谱分析。同时信号送入 触摸屏检测。触摸屏显示电路连接微电脑处理器U,、触摸屏控制电路、通道控制电路和 液晶显示电路；电导采样信号从接口 J3输入，经运算放大器电路，连接A/D转 换器U8的输入端；压力采样从接口J4输入，经运算放大器电路，连接A/D转换 器的输入端；平流泵的转速信号从接口 J7输入，经电平转换器与微电脑处理器 连接；恒流源电路由接口 J2输入运算放大器电路，连接A/D转换器U8;信号调 理装置的输出端与接口 J5连接，经运算放大器电路，连接A/D转换器。触摸屏 控制器的输入端通过接口 J3，连接调制解调器的输出端A，用于检测基线漂移， 以便指导基线调整；触摸屏控制器的多路开关输入端，连接各传感器和检测信 号调理装置输出基线，其功能是采集电导信号、信号调理装置信号、压力变送 器信号、平流泵信号，进行适当的放大、判别，用以检测压力大小、平流泵的 转速，同时在显示屏上显示出基线、电导、压力、泵速等参量。触摸屏控制电路的接口 Jl连接微电脑处理器仏，微电脑处理器连接光电耦合
器和锁存器；微电脑处理器连接总线驱动器，其输出端连接液晶显示接口RP1; 取样电阻由接口J6输入，接口 J6连接总线驱动器和继电器驱动器，并连通输 出接口 J9。触摸屏的控制装置与各传感器相连接，便于操作和控制；并对这些 传感器进行调控，例如对平流泵的转速进行控制，对基线漂移进行调控。调制解调器是低噪声调制解调器。由于采用了信号调理电路，使湮没在噪声中的有用离子信号被选出来，并 进行放大，从而使整机的检测下限比现有的国内同类色谱仪降低25倍，具有分 析精度高，基线漂移小，在30分钟内小于3%，整机噪音低，信号幅度大，可 以直接进水样，最低lppb水样，最大量程可达1000mV，检测下限为0.08ppb的 优点；在机箱上部的功能操作面板上安装触摸显示操作屏，满足了整机结构的 一体化设计，縮短了电路连线及化学流路管路连接的距离，避免了电信号的损 耗及干扰，具有操作简便，显示直观、清晰的优点。与新的"十种离子分离法" 相结合，可以同时测试十余种离子，使离子色谱仪更加适合对复杂水域进行高 精度的水质检测。
图1是本实用新型的整机结构示意图；图2是本实用新型的系统电路框图；图3是本实用新型的信号调理装置电路框图；图4是本实用新型的恒流源电原理图；图5是本实用新型的主放大模块电原理图；图6是本实用新型的主滤波器电原理图；图7是本实用新型的辅助滤波放大电原理图；图8是本实用新型的触摸屏控制电原理图； 图9是本实用新型的整机电路图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的整机结构采用了一体化设计，电路部分及功能 操作面板在整机上部，高压平流泵1在整机右下角，化学流路箱2在整机的左 下方，泵室上方为触摸显示操作屏3。该种结构形式，可避免化学液体渗漏对电 路的损害，縮短了电路连线及化学样品流路，避免了电信号的损耗及干扰，最 大限度地减少了对电性能的影响，提高了分析的精度。显示屏为中文界面，直 观、明晰，使操作简单、使用方便。如图2所示，本实用新型含有电导池、调制解调器、信号调理装置、A/D转 换器、微机分析仪、触摸屏控制显示器、电源电路和机箱；其中信号调理装置 是关键的电路。起到抑制基线漂移，降低检测下限，提高分辨率和灵敏度的作 用。如图3所示，本实用新型的信号调理电路中的主放大模块U9用于放大离子信 号，提高灵敏度。主滤波模块仏，主要用于滤除噪音，抑制基线漂移，提取并 放大有用的离子浓度信号，它不但具有很强的滤除噪音的能力，而且还有优良 的瞬态特性。辅助滤波放大模块U7与主滤波模块U6级联，组成七阶滤波器，进 一步滤除噪音，抑制基线漂移；放大有用的色谱信号，使整机灵敏度足够高， 以满足A/D转换器U8和整机对灵敏度的要求。如图4所示，采用DH9054恒流源电路，提供恒定的电流，抑制化学流路系 统中的再生离子。图5、图6、图7所示本实用新型的信号调理装置的电原理图，图5中的低 漂移运放IC7650和电阻R51、 R52、 R53将解调器输出的色谱仪离子电导电压信 号进行放大，满足主滤波模块的要求。图6中的运算放大器是有4277的四个运放(UM、 U6B、 UK、 U6D)和输入电阻R55、 R65，反馈电阻R60、 R68，积分阻尼电阻 R59、 R67;桥T电阻R63、 R64、 R71、 R72,偏置电阻R66,偏置电源电阻R56、 R57、 R58，电位器W2;反相放大电阻R61、 R62, R69、 R70和积分电容C23、 C25， 桥T电容C24、 C26组成了四阶改进型双二次电路，其输出E送至辅助滤波放大 模块仏。图7中采用四运放4277的IJ7A和U7B、输入电阻R73、反馈电阻R76、积 分阻尼电阻R75、桥T电阻R79、 R80;积分电容C27、桥T电容C28、反相放大 电阻R77、 R78;偏置电阻R74，无源滤波电阻R81，无源滤波电容C29，组成三 阶滤波器，电路型式也是改进型双二次电路型式。它与主滤波器级联构成七阶 滤波器，在通带内具有良好的阶跃响应，适于脉冲信号不失真地通过。在衰减 带内具有切比雪夫衰减特性，从而进一步滤除噪音，它的输出送至lk所构成的 射随器，L^输出送至辅助放大器U7D和电阻R83、 R84构成，将滤除噪音后的离 子信号进一步放大，使灵敏度进一步提高，使信号幅度满足A/D转化器U8的要 求，电阻R85、 R86、 R87和电位器W3组成偏置电路，调整输出零位线以满足A/D 的要求，然后可以进行A/D转换和谱分析。同时信号送入触摸屏检测。如图8所示微电脑处理器部分，由微处理器89C51和外围电阻R2、 R3，电 容C1、 C2、 C3，晶振Y1组成，负责进行智能处理输入信号和控制信号信息的输 出。触摸屏控制部分，由J1、 TLP521、 74LS373、 Dl组成，动作信号由Jl接口 输入，经D1产生中断信号给微电脑处理器，微电脑处理器控制光电耦合器和锁 存器进行相关的动作，驱动触摸屏，来取得相应的位置信号，从而判断具体的 输入参数和指令，进行对应的执行。液晶显示部分，由RP1、总线驱动器(74LS373)组成，微处理器把相关的显 示信息，经过总线驱动器驱动输出给液晶显示接口RP1，从而驱动液晶显示出信息。压力采样部分，由J4、运算放大器(LM324)、 R21、 R22、 R23、 C25组成， 压力信号从接口 J4输入，经运算放大器和其他外围电阻R21、 R22、 R23、 C25 处理后，送A/D转换器将模拟信号转换为数字信号给微电脑处理器。电导采样部分，由J3、运算放大器(LM324) 、 R18、 R19、 C28、 A/D转换器组 成，电导信号从接口J3输入，经运算放大器和其外围电路R18、 R19、 C28处理 后，送A/D转换器将模拟信号转换为数字信号给微电脑处理器。通道控制部分，由J6、 K1 K10、 R1 R10、总线驱动器和继电器驱动器组成， 微电脑处理器，把控制命令通过总线驱动器，送继电器驱动器，来驱动继电器 K广KIO，把相应的采样电阻R1 R10接入通道，从J9接口送出。泵通讯部分，由J7、通讯接口 (MAX202)、 C4、 C6、 C7、 C23组成，微电脑 处理器通过MAX202及其外围电容C4、 C5、 C7、 C23,和接口 J7连接泵，以进行控制和信息交流通讯。恒流源显示部分由J2、运算放大器(LM324)，电容C26、电阻R16、 R17和 A/D转换器组成。基线检测部分信号调理装置的输出，用来检测整机基线漂移。由J5、 C27、 Rll、 R12、 R14、 R15、 R13组成。图9是本实用新型的整机主要电路设计实例。包含有调制解调器电路和信 号调理装置电路图，该电阻在实际调整中，根据输出信号质量进行调整。调制 解调器电路，采用AD620仪用放大器和四运放0P4227完成，产生与离子浓度大小相应的直流脉冲电压信号。
权利要求1、一种离子色谱仪，包括固定在机箱上部的功能操作面板，与功能操作面板连接的电路部分，高压平流泵(1)和化学流路箱(2)在机箱的内下方，其中电源电路的输出端，分别连接电导池、调制解调器、及A/D转换器的输入端，电导池的输出端连接调制解调器的输入端，A/D转换器的输出端连接微机分析仪的输入端，其特征在于调制解调器的输出端连接信号调理装置，信号调理装置的输出端连接A/D转换器的输入端。
2、 根据权利要求1所述的一种离子色谱仪，其特征在于机箱上部的功能操 作面板上装有触摸显示操作屏(3)，电路部分电源电路的输出端连接触摸屏显 示电路的输入端，触摸屏显示电路的输出端连接A/D转换器的输入端。
3、 根据权利要求1所述的一种离子色谱仪，其特征在于恒流源电路的输入 端连接电源电路，输出端连接电导池。
4、 根据权利要求1所述的一种离子色谱仪，其特征在于信号调理装置的主 放大模块U9的输入端B，连接调制解调器U。的输出端A，输出端C连接主滤波模 块UB的输入端D;主滤波模块UB的输出端E连接辅助滤波放大模块U7的输入端F; 辅助滤波放大模块U7的输出端G连接A/D转换器U8的输入端。
5、 根据权利要求4所述的一种离子色谱仪，其特征在于主放大模块U9采用 由运算放大器IC7650与R51、 R52和R53组成的低漂移运算放大器电路。
6、 根据权利要求4所述的一种离子色谱仪，其特征在于主滤波模块Ue的运 算放大器的四个运放IL、 UfiB、 Ufi(;、 U6D和输入电阻，反馈电阻，积分阻尼电阻； 桥T电阻，偏置电阻，偏置电源电阻，电位器；反相放大电阻和积分电容，桥T 电容组成了四阶双二次型滤波电路，其输出端E连接辅助滤波放大模块U7。
7、 根据权利要求4所述的一种离子色谱仪，其特征在于辅助滤波放大模块 U7是由四运算放大器的U7A和U7B、输入电阻、反馈电阻、积分阻尼电阻、桥T电阻，积分电容、桥T电容、反相放大电阻，偏置电阻，无源滤波电阻，无源 滤波电容，组成三阶双二次型的滤波电路，并与主滤波器级联构成七阶滤波器。
8、 根据权利要求2所述的一种离子色谱仪，其特征在于触摸屏显示电路连接微电脑处理器U,、触摸屏控制电路、通道控制电路和液晶显示电路；电导采样信号从接口J3输入，经运算放大器电路，连接A/D转换器U8的输入端；压力 采样从接口J4输入，经运算放大器电路，连接A/D转换器的输入端；平流泵的转速信号从接口J7输入，经电平转换器与微电脑处理器连接；恒流源电路由接口 J2输入运算放大器电路，连接A/D转换器；信号调理装置的输出端与接口 J5 连接，经运算放大器电路，连接A/D转换器。
9、 根据权利要求8所述的一种离子色谱仪，其特征在于触摸屏控制电路的 接口 Jl连接微电脑处理器仏，微电脑处理器连接光电耦合器和锁存器；微电脑 处理器连接总线驱动器，其输出端连接液晶显示接口 RP1;取样电阻由接口 J6 输入，接口 J6连接总线驱动器和继电器驱动器，连接输出接口J9。
10、 根据权利要求1所述的一种离子色谱仪，其特征在于调制解调器是低 噪声调制解调器。
专利摘要一种离子色谱仪，功能操作面板固定在机箱的上部，电路部分连接功能操作面板，高压平流泵和化学流路箱在机箱的内下方，其中电源电路的输出端分别连接电导池、调制解调器、及A/D转换器的输入端，电导池的输出端连接调制解调器的输入端，A/D转换器的输出端连接微机分析仪的输入端，该调制解调器的输出端连接信号调理装置，信号调理装置的输出端连接A/D转换器的输入端。由于采用了信号调理电路，具有检测下限为0.08ppb的优点；与“十种离子分离法”结合，可以同时测试十余种离子，适合对复杂水域进行高精度的水质检测；在机箱面板上安装触摸显示操作屏，具有操作简便，显示直观、清晰的优点。
文档编号G01N30/00GK201016967SQ20072001900
公开日2008年2月6日 申请日期2007年2月15日 优先权日2007年2月15日
发明者孙传花, 腾 徐, 荆建增, 迎 逯, 颜怡真 申请人:青岛盛瀚色谱技术有限公司