主题：【资料】日本岛津产ICP1000型等离子体发射光谱仪的改造方法(硬件部分)

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发表于：2010/09/20 19:39:48 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

摘要

本文提出了对日本岛津产ICP1000型等离子体发射光谱仪的改造方法,并详细介绍了具体仪器的硬件改造过程,以及改造后的考核测试结果,为国内该种大型精密光学仪器的改造做了有益的尝试。

1 前言

等离子体发射光谱仪是将高频电能以电感耦合方式传送给等离子炬,来激发被测物质使其原子化或离子化,对其激发所产生的特征谱线进行分析的装置。具有样品测试快、适应浓度范围宽、多元素同时测量的优点。1000型号是20世纪80年代初期产品,国内进口了大量同类型仪器,在使用多年后,仪器的日常维护保养工作日益紧迫,而国内尚无专业维护公司承担这项工作。作者对国内同类型仪器进行了调查,发现部分仪器也进行过改动,方法各异,为仪器的进一步维护增加了难度。本文就该类型仪器提出一套通行改造方法,建立1000型部件协议,使符合协议的部件都可以与之互联,大大降低维护成本。

2 改造的意义

(1)实际测量系统由于受外界条件影响及内部微观结构的变化,测量系统的重复性、稳定性,会随时间发生变化。具体表现为测量结果的估计值较测量系统初期朝着背离被测量真值的方向发生明显漂移,且使得测量结果估计值与被测量真值的差异逐渐增大;另一方面,一系列随机因素和未知系统因素对测量不确定性影响增强。使测量标准差随时间发生变化,导致测量不确定度随时间延续而不断增大。因此,测量系统的精度随时间不断损失,当损失到一定程度时,测量系统不再满足测量精度的要求,就需要对测量系统进行维护、和调整。

(2)大型高档光学分析仪器大多是部分定向制造,同类型仪器内部差别较大。仪器的软硬件资源严重缺乏。国内无专业服务公司承担仪器维护工作,请国外厂商维护,周期长费用高。该类型进口仪器十分昂贵,挖掘潜在价值极高。

(3)仪器内智能部件功能较弱,采取多智能部件接力控制操作,控制信息、数据信息传送困难。操作性能差。

4 仪器的具体改造

4.1 具体仪器的相对标准偏差与再现性

通过对仪器出厂时由岛津员工所做的验收测试数据进行统计,可以准确的得知出厂时仪器精密度性能,并从统计数据了解仪器出厂时的系统分辨率.

4.2 确定单片机系统

单片机系统由单片处理器89C52、片内存储器及必须的辅助芯片外,扩充7个输入输出口及驱动、及扩充了符合RS232C标准的双工通讯接口。

4.3 数据采集系统

由高速AD变换AD574、运算放大器OP27、多路器AD7501、多路数模光隔离、多路控制逻辑电路、多路积分器、程控增益、多路信号选择输出。4.4 单片机软件设计

首先分析仪器测试、维护工作,分解归纳为21条基本命令,通过对基本命令动作进行编组,形成仪器的测试、调试、日常维护工作。单片机软件采用汇编语言设计,是一多中断源实时控制程序,进行采集数据处理、系统控制、信息传送。主要有:数据、系统初始化,数据传送循环队列,时钟服务程序,数据采集服务程序,接收数据、命令识别程序,命令服务程序组,串行数据接收发送服务程序。外部中断服务程序。

4.5 终端机软件设计

采用windoes程序设计,编制了测试、分析、说明、质控、自动生成测试报告等全套窗口集成程序,可以在wingdows98、winme下运行。

5 改造调试结果

改造后,我们进行了调试,并用国家标准样品对仪器的性能进行了检测(见表1和表2),结果表明该仪器分析性能已恢复到出厂时的状态,仪器的使用性能已经达到当前分析仪器的水平,与原仪器相比操作的方便快捷测程度有了大幅度提高:测试在全中文提示下进行,只须在测试窗口轻点鼠标即可,且测试结果同步出现在浓度窗口;从仪器自检到制作曲线,从制定测试计划到检测报告(标准格式)自动输出都在集成界面下完成;此外集成环境还特地开发了环境监测质量控制窗口。此次纯改造费用少于人民币5000元,仪器原值与改造费用比高达400∶1。2000年初国家环保总局副局长王新芳一行来我站检查时给予了很高的评价。该仪器的各项性能指标完全满足环境样品等分析的要求。

6 结论

按协议对日本岛津1000型ICP仪器的相关部件进行了改造[1,2],各部件可以单独升级,仪器的终端界面可以始终与潮流接轨。当协议受到众多1000型ICP用户的认同,就有可能建立起国内专业的服务机构,从而延长该类仪器的使用寿命,并为我国节约大量的外汇。

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