基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)研究

李玉豪

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器已經(jīng)成為了當(dāng)前四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)的主要設(shè)備，相對(duì)于傳統(tǒng)儀器而言，虛擬儀器主要基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而產(chǎn)生，其應(yīng)用效果以及相對(duì)良好。本文在簡(jiǎn)要介紹了虛擬儀器以及四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)的同時(shí)，詳細(xì)研究了基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，希望能夠?yàn)橛嘘P(guān)領(lǐng)域提供參考，從而使虛擬儀器技術(shù)下的四級(jí)桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)的功能能夠達(dá)到更好。

【關(guān)鍵詞】虛擬儀器技術(shù) 四極桿質(zhì)譜 測(cè)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)

四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)是質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)的一個(gè)主要類型，基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中具有性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)，因此有必要對(duì)其設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行研究。

1 虛擬儀器與四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)概述

1.1 虛擬儀器概述

虛擬儀器（Virtual Instruments）簡(jiǎn)稱VI，是將目前所形成的儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合所實(shí)現(xiàn)的一種儀器[1]。與計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合是虛擬儀器相對(duì)于傳統(tǒng)儀器特殊性的主要體現(xiàn)。傳統(tǒng)儀器在運(yùn)行過(guò)程中，其硬件設(shè)備出現(xiàn)故障不可避免，對(duì)故障的解決會(huì)影響設(shè)備的使用效率，同時(shí)也會(huì)造成維修成本的浪費(fèi)，在虛擬儀器技術(shù)下，系統(tǒng)的修改以及優(yōu)化的靈活性得到了極大程度的提高，同時(shí)設(shè)備的性能也能夠得到很好的維護(hù)，這對(duì)于系統(tǒng)功能的順利發(fā)揮具有重要價(jià)值。

1.2 四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)概述

四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)是質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)中的一種。質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)的功能在于對(duì)樣本的質(zhì)譜進(jìn)行分析，進(jìn)而達(dá)到了解樣本基本性能的目的。目前，質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域均有所應(yīng)用，基于虛擬儀器的四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)系統(tǒng)而言具有極大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于上述檢測(cè)過(guò)程中，能夠有效改善傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的不足，進(jìn)而更好的實(shí)現(xiàn)測(cè)試目的。

2 基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 框架設(shè)計(jì)

基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)框架如圖1所示[2]。

基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)主要由四大模塊組成，分別為登陸模塊、數(shù)據(jù)采集卡控制模塊、質(zhì)譜儀控制模塊以及激光控制模塊。上述四種模塊均屬于Lab VIEW主程序，是在Lab VIEW8.6的環(huán)境下所開(kāi)發(fā)出的一種系統(tǒng)程序。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)硬件主要包括電磁閥、氣動(dòng)閥、四級(jí)桿分析儀、轉(zhuǎn)換器、分子泵、離子泵以及真空計(jì)與激光加熱器等多種。其中電磁閥以及氣動(dòng)閥的功能在于實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)閥門的開(kāi)啟以及關(guān)閉，最終達(dá)到對(duì)閥門進(jìn)行控制的目的。四級(jí)桿分析器的功能在于實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本的壓強(qiáng)測(cè)試。而基于USB-CAN轉(zhuǎn)換器下的分子泵等部分的功能則在于完成超高真空的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。上述硬件通過(guò)與計(jì)算機(jī)中的I/0卡、串口以及USB接口的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)質(zhì)譜測(cè)試過(guò)程。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)軟件主要由登陸模塊、數(shù)據(jù)采集卡控制模塊、質(zhì)譜儀控制模塊以及激光控制模塊四大部分構(gòu)成，對(duì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)需要在上述四大模塊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。

首先，對(duì)登陸模塊的設(shè)計(jì)十分重要。在登陸模塊中需要采取用戶名加密碼的設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶登陸權(quán)限的控制。其次，數(shù)據(jù)采集卡控制模塊設(shè)計(jì)的目的要以真空腔閥門開(kāi)關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)為主，對(duì)此，可以通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)按鈕的安裝以及設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。再次，質(zhì)譜儀測(cè)控模塊的設(shè)計(jì)要保證其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)質(zhì)譜儀中信息的自動(dòng)提取，同時(shí)還要能夠自動(dòng)的對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。在整個(gè)軟件模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，這一模塊屬于系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心，因此必須得到重視。最后，在激光加熱器控制模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要包含對(duì)這一器械的開(kāi)關(guān)以及探頭定位等諸多方面的內(nèi)容，要使加熱過(guò)程能夠在系統(tǒng)控制的前提下自動(dòng)完成。

3 基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，為了確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否能夠達(dá)到一定的效果，需要通過(guò)展開(kāi)試驗(yàn)的方式來(lái)完成。本文主要針對(duì)完成超高真空和氣體流動(dòng)的電路與氣路進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。在完成設(shè)備參數(shù)的配置之后，對(duì)設(shè)備所需要的控制的合法性進(jìn)行了判斷，在合法的前提下，對(duì)腔內(nèi)的真空水平進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)灌入待測(cè)氣體的方式進(jìn)行了串口測(cè)試。測(cè)試完成之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了保存。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，基于虛擬儀器技術(shù)的四級(jí)桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)的功能能夠得到很好的發(fā)揮，因此值得被應(yīng)用于實(shí)踐過(guò)程中。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，基于虛擬儀器技術(shù)的四級(jí)桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要從硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)角度出發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在硬件設(shè)計(jì)中，保證各硬件的使用性能需要成為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。而在軟件設(shè)計(jì)中，則需要從軟件的功能出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，這樣才能使其與硬件充分結(jié)合，進(jìn)而達(dá)到提高系統(tǒng)性能的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳家輝.基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測(cè)控系統(tǒng)[D].華南理工大學(xué)，2012.

[2]郭北濤，柳洪義，曹陽(yáng)，羅忠，王菲.基于虛擬儀器技術(shù)的電磁閥綜合特性測(cè)控系統(tǒng)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2010（02）：293-298.