專利名稱：一種智能高速元素分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種光電比色智能高速元素分析儀器，特別是可以快速更換不同波長(zhǎng)的發(fā)光二極管作測(cè)試光源的元素分析儀。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)為分析金屬材料中的微量元素的成分時(shí)，大多采用光電比色元素分析儀，該類儀器具有價(jià)格不高，容易維修的優(yōu)點(diǎn)，其測(cè)試光源多采用直流白熾燈，波長(zhǎng)調(diào)整通過更換濾光片解決，存在光線不夠穩(wěn)定、壽命不長(zhǎng)以及干涉濾光片價(jià)格昂貴而普通濾光片波長(zhǎng)精度不高的缺點(diǎn)。現(xiàn)已有部分光電比色元素分析儀采用發(fā)光二極管冷光源，但存在不同波長(zhǎng)的發(fā)光二極管更換和參數(shù)調(diào)整不方便的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的就是現(xiàn)有的采用發(fā)光二極管冷光源的光電比色元素分析儀，存在不同波長(zhǎng)的發(fā)光二極管更換和和由于發(fā)光強(qiáng)度不同帶來的參數(shù)調(diào)整不方便的問題。
本實(shí)用新型包括LED光源、比色皿、發(fā)射過光管、接受過光管、光電轉(zhuǎn)換器、吸收盒、放液鐵芯，其特征在于還包括參數(shù)調(diào)整電路，吸收盒內(nèi)設(shè)有十字形空腔，比色皿位于前述十字形空腔的縱向空腔內(nèi)，其上下兩端與伸出吸收盒，放液鐵芯安裝在比色皿下端的出液口處；發(fā)射過光管和接受過光管分別安裝在前述十字形空腔的兩個(gè)橫向空腔內(nèi)；光電轉(zhuǎn)換器和LED光源分別安裝在吸收盒的兩側(cè)與接受過光管和發(fā)射過光管相對(duì)應(yīng)的位置，其中LED光源以可拆卸的方式安裝在吸收盒上；參數(shù)調(diào)整電路一方面為L(zhǎng)ED光源提供工作電流，另一方面用于對(duì)配合的增益參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
前述參數(shù)調(diào)整電路包括光源電源和零點(diǎn)取樣電路E、增益放大電路C、增益調(diào)整電路A、中央處理控制電路B、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路D和線圈驅(qū)動(dòng)電路F，光源電源和零點(diǎn)取樣電路E用于LED光源和線圈驅(qū)動(dòng)電路F提供直流工作電流并向中央處理控制電路B輸入高電平或低電平，增益放大電路C用于接收來自光電轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送給中央處理控制電路B，中央處理控制電路B根據(jù)預(yù)設(shè)值向增益調(diào)整電路A輸出控制信號(hào)，并通過該電路對(duì)增益放大電路C的增益進(jìn)行調(diào)整。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。它采用發(fā)光二極管冷光源，因而具有穩(wěn)定的亮度和測(cè)試波長(zhǎng)，并可以方便的更換不同波長(zhǎng)的發(fā)光二極管作光源，更換后配合不同的發(fā)光強(qiáng)度其增益參數(shù)可以自動(dòng)適時(shí)調(diào)整，從而具有適用范圍廣、分析精度高、方便操作的優(yōu)點(diǎn)，可以用于冶金、鑄造、機(jī)械、化工等行業(yè)中作為金屬材料多種元素含量的分析的元素分析儀。


圖1是本實(shí)用新型光電比色部分的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是本實(shí)用新型的參數(shù)調(diào)整控制電路原理方框圖。
圖3是本實(shí)用新型調(diào)整控制電路的電原理圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型的測(cè)量光源采用波長(zhǎng)精度≤10nm的φ5發(fā)光二極管，其波長(zhǎng)在400nm～750nm范圍之間選擇，光電轉(zhuǎn)換器5采用優(yōu)質(zhì)硅光電池2CU025，安裝在光電轉(zhuǎn)換器座4上。LED1光源1采用發(fā)光二極管并安裝在LED座2上，LED座2與吸收盒7上的冷光源固定座3之間用螺紋方式連接，從面可以方便的旋下更換。發(fā)光二極管發(fā)出的特定波長(zhǎng)的光線，通過發(fā)射過光管6，穿過特制比色杯10，再通過接收過光管8，由光電轉(zhuǎn)換器5接收。比色皿10由玻璃制成，安裝在吸收盒7的十字形空腔13的縱向空腔內(nèi)，它們之間用封墊9阻隔外界光線進(jìn)入吸收盒7。比色皿10上端為被測(cè)元素溶液入口，中間用于存放溶液，下端為出液口，出液口裝有放液鐵芯12，該放液鐵芯由環(huán)繞在比色皿放液口外部的放液線圈11控制是否放液。冷光源固定座3和光電轉(zhuǎn)換器座4安裝在吸收盒7的外壁上，整個(gè)吸收盒7形成不透光的密閉空間。
參見圖2，參數(shù)調(diào)整電路包括光源電源和零點(diǎn)取樣電路E、增益放大電路C、增益調(diào)整電路A、中央處理控制電路B、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路D和線圈驅(qū)動(dòng)電路F。
1.LED光源和零點(diǎn)滿度取樣控制LED光源1的電源由光源電源和零點(diǎn)取樣電路E控制供給。由電源變壓器輸出的交流電壓輸入電路E，經(jīng)整流和穩(wěn)壓，成為穩(wěn)定的直流電源，此電源經(jīng)控制輸出供給LED光源1。當(dāng)控制無輸出時(shí)，LED光源1因無電源不亮，此時(shí)電路E輸出LB電平為低電平至中央處理電路B，電路B將此時(shí)從模數(shù)轉(zhuǎn)換電路D接收到的信號(hào)記憶為零點(diǎn)信號(hào)。當(dāng)電路E的LED光源電源由輸出時(shí)，LED光源1點(diǎn)亮，電路E輸出LB電平為高電平至電路B，電路B將此時(shí)從電路D接收到的信號(hào)記憶為滿度信號(hào)(在測(cè)試狀態(tài)時(shí)記憶為含量信號(hào))。
2.光檢測(cè)信號(hào)處理光電轉(zhuǎn)換器5的電信號(hào)從IN端輸入增益放大電路C放大后，從OUT端輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路D進(jìn)行模擬和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換，從DATA端輸出給電路B處理。
3.增益控制流程電路B的軟件預(yù)先設(shè)定好滿度值的電平大小范圍，當(dāng)電路B接收到的滿度信號(hào)高于設(shè)定范圍時(shí)，由SCL和SDA端輸出控制信號(hào)至增益調(diào)整電路A，電路A根據(jù)控制信號(hào)降低其連接到電路C的RW+和RW-之間的電阻值，由于RW(即RW+和RW-之間的阻值)是電路C的負(fù)反饋電阻，其阻值的降低使電路C的增益變小，從而使電路D的DATA輸出信號(hào)值變小直至達(dá)到電路B的滿度預(yù)設(shè)范圍。同理，當(dāng)電路B接收到的滿度信號(hào)低于設(shè)定范圍時(shí)，由SCL和SDA端輸出控制信號(hào)至增益調(diào)整電路A，電路A根據(jù)控制信號(hào)提高其連接到電路C的RW阻值，由于RW是電路C的負(fù)反饋電阻，其阻值的提高使電路C的增益變大，從而使電路D的DATA輸出信號(hào)值變大直至達(dá)到電路B的滿度預(yù)設(shè)范圍。
4.線圈控制。當(dāng)零點(diǎn)滿度取樣或檢測(cè)完成后，接通(按下)放液開關(guān)，線圈驅(qū)動(dòng)電路F驅(qū)動(dòng)放液線圈11，使放液鐵芯12上升，進(jìn)行放液。
下面結(jié)合圖3對(duì)本參數(shù)調(diào)整電路進(jìn)一步說明如下其中模數(shù)轉(zhuǎn)換電路D和線圈驅(qū)動(dòng)電路F采用現(xiàn)有廣泛應(yīng)用的成熟電路即可，因此就不作介紹了。
1.電路A增益調(diào)整電路選用電子電位器芯片X9241W，其有4路RW輸出，每路的RW+和RW-之間的阻值可由SCL和SDA信號(hào)控制。增益調(diào)整電路A的各路RW+端和RW-端之間的電子電阻值相應(yīng)變化，使ICL7650的增益大小亦相應(yīng)變化，直至DATA數(shù)字信號(hào)為滿度預(yù)設(shè)值，完成增益參數(shù)自動(dòng)調(diào)整。
2.電路B中央處理器芯片選用W78E58，當(dāng)LB輸入為低電平時(shí)，記憶此時(shí)DATA信號(hào)為零點(diǎn)信號(hào)。當(dāng)LB輸入為高電平時(shí)，在設(shè)置狀態(tài)，根據(jù)DATA信號(hào)是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)決定是否由SCL和SDA端輸出增益控制信號(hào)，去控制增益調(diào)整電路A。C8/C9和Z2晶振用于保證W78E58正常工作。
3.電路C(本圖顯示第4通道電路，其余通道電路相同)發(fā)光二極管LED1的光線通過發(fā)射過光管6，比色杯10(杯中裝有參考透明溶液)，接收過光管8到達(dá)硅光電池5，產(chǎn)生電流信號(hào)。此信號(hào)由運(yùn)算放大器ICL7650電路的IN端輸入，從OUT端輸出，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字信號(hào)給電路B。此時(shí)電路B的LB端為高電平，產(chǎn)品菜單顯示為滿度確認(rèn)。電路中C110/111保證ICL7650正常工作，C112用于濾除信號(hào)中的干擾成分；R3/R4用于輸入端IN的阻抗匹配；R5和R6、RW(RW+和RW-之間的電阻值)決定電路的增益大小，其計(jì)算公式為增益倍數(shù)＝(R6+RW)/R5；R7用于輸出OUT的阻抗匹配。
4.電路E輸入的交流電經(jīng)DZ1和C201、C202整流濾波后，由U201穩(wěn)壓成所需電壓，再由C205、C206濾波后由光源控制三極管Q1控制供給LED1作為光源的電源，當(dāng)開關(guān)SI接通時(shí)，Q1基極接地，(LB為低電平輸出到電路B)Q1截止，發(fā)射極LED端沒有輸出，發(fā)光二極管不能點(diǎn)亮；當(dāng)S1開關(guān)打開時(shí)，Q1基極電位由R1和R2決定(LB為高電平輸出到電路B)，Q1導(dǎo)通，發(fā)射極LED端有電壓輸出供給光源發(fā)光二極管。
當(dāng)因分析不同元素的需要，要求更換不同波長(zhǎng)的冷光源時(shí)，首先旋下LED座，換上裝有需要波長(zhǎng)發(fā)光二極管的LED座，打開產(chǎn)品電源后，產(chǎn)品在設(shè)置狀態(tài)按上述過程完成零點(diǎn)和滿度的智能調(diào)整跟蹤，即可進(jìn)入分析檢測(cè)。
分析檢測(cè)時(shí)，發(fā)光二極管的光線會(huì)通過裝有被測(cè)材料溶液的比色杯，光線被所測(cè)元素溶液吸收一部分(吸收多少根據(jù)朗伯-比爾定律由元素溶液的含量多少相應(yīng)變化)，剩余部分進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器，其電流信號(hào)通過電路C按前述調(diào)整好的增益放大后，進(jìn)入電路B由設(shè)定軟件處理計(jì)算(與記憶滿度值通過對(duì)數(shù)比較)后即可得出被測(cè)元素的含量。
權(quán)利要求1.一種智能高速元素分析儀，包括LED光源、比色皿、發(fā)射過光管、接受過光管、光電轉(zhuǎn)換器、吸收盒、放液鐵芯和放液線圈，其特征在于還包括參數(shù)調(diào)整電路，吸收盒(7)內(nèi)設(shè)有十字形空腔(13)，比色皿(10)位于前述十字形空腔(13)的縱向空腔內(nèi)，其上下兩端與伸出吸收盒(7)，放液鐵芯(12)安裝在比色皿(10)下端的出液口處，比色皿(10)的下端外套放液線圈(11)；發(fā)射過光管(6)和接受過光管(8)分別安裝在前述十字形空腔(13)的兩個(gè)橫向空腔內(nèi)；光電轉(zhuǎn)換器(5)和LED光源(1)分別安裝在吸收盒(4)的兩側(cè)與接受過光管(8)和發(fā)射過光管(6)相對(duì)應(yīng)的位置，其中LED光源(1)以可拆卸的方式安裝在吸收盒(7)上；參數(shù)調(diào)整電路一方面為L(zhǎng)ED光源提供工作電流，另一方面用于對(duì)增益參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
2.如權(quán)利要求1所述的智能高速元素分析儀，其特征在于所述的參數(shù)調(diào)整電路包括光源電源和零點(diǎn)取樣電路E、增益放大電路C、增益調(diào)整電路A、中央處理控制電路B、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路D和線圈驅(qū)動(dòng)電路F，光源電源和零點(diǎn)取樣電路E用于LED光源和線圈驅(qū)動(dòng)電路F提供直流工作電流并向中央處理控制電路B輸入高電平或低電平，增益放大電路C用于接收來自光電轉(zhuǎn)換器(5)的模擬信號(hào)并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送給中央處理控制電路B，中央處理控制電路B根據(jù)預(yù)設(shè)值向增益調(diào)整電路A輸出控制信號(hào)，并通過該電路對(duì)增益放大電路C的增益進(jìn)行調(diào)整。
3.如權(quán)利要求1或2所述的智能高速元素分析儀，其特征在于在比色皿(10)與吸收盒(7)之間裝有防止外部光線通過的封墊(9)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的智能高速元素分析儀，其特征在于吸收盒(7)兩側(cè)分別設(shè)有冷光源固定座(3)和光電轉(zhuǎn)換器座(4)，分別用于安裝LED光源(1)和光電轉(zhuǎn)換器(5)，其中LED光源(1)通過LED座(2)與冷光源固定座(3)形成螺紋連接。
5.如權(quán)利要求1或2所述的智能高速元素分析儀，其特征在于參數(shù)調(diào)整電路的光源電源和零點(diǎn)取樣電路E和線圈驅(qū)動(dòng)電路F之間設(shè)有一放液開關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種智能高速元素分析儀，包括LED光源、比色皿、發(fā)射過光管、接受過光管、光電轉(zhuǎn)換器、吸收盒、放液鐵芯和放液線圈及參數(shù)調(diào)整電路，吸收盒內(nèi)設(shè)有十字形空腔，比色皿位于前述十字形空腔的縱向空腔內(nèi)，其上下兩端與伸出吸收盒，放液鐵芯安裝在比色皿下端的出液口處，比色皿的下端外套放液線圈；發(fā)射過光管和接受過光管分別安裝在前述十字形空腔的兩個(gè)橫向空腔內(nèi)；光電轉(zhuǎn)換器和LED光源分別安裝在吸收盒的兩側(cè)。參數(shù)調(diào)整電路一方面為L(zhǎng)ED光源提供工作電流，另一方面用于對(duì)增益參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，并可以方便的更換不同波長(zhǎng)的發(fā)光二極管作光源，更換后配合不同的發(fā)光強(qiáng)度其增益參數(shù)可以自動(dòng)適時(shí)調(diào)整。
文檔編號(hào)G01N21/25GK2881610SQ20062006879
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者曹鋒, 徐斌, 陳天水 申請(qǐng)人:南京麒麟分析儀器有限公司