專利名稱：一種離子色譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于技術(shù)分析技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種能夠?qū)?fù)雜水域進(jìn)行 高精度水質(zhì)檢測的離子色譜儀。
技術(shù)背景現(xiàn)有技術(shù)中的離子色譜儀，基本采用由探頭傳感器、分析處理電路和電腦 分析裝置組成的，不能直接進(jìn)水樣，而且一次僅能測量一個指標(biāo)。使用中通過 旋轉(zhuǎn)箱體面板上的旋鈕，發(fā)出指令，操作反應(yīng)遲鈍且不美觀。同時，受到檢測 環(huán)境中噪聲的影響，被測物質(zhì)中的有用離子信號很難有效的分離出來，因此基 線漂移過大，靈敏度和分辨率達(dá)不到國標(biāo)要求，不能充分的顯示離子的動態(tài)特 性，造成整機(jī)的檢測下限高，更不能適應(yīng)十種離子分離法的需要。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種分辨率、精度、 和靈敏度高，檢測下限低，動態(tài)特性穩(wěn)定而且能適應(yīng)十種離子分離法需要的離 子色譜儀。本實(shí)用新型的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種離子色譜儀，包括固定 在機(jī)箱上部的功能操作面板，與功能操作面板連接的電路部分，高壓平流泵1 和化學(xué)流路箱2在機(jī)箱的內(nèi)下方，其中電源電路的輸出端分別連接電導(dǎo)池、調(diào) 制解調(diào)器、及A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，電導(dǎo)池的輸出端連接調(diào)制解調(diào)器的輸入端， A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接微機(jī)分析儀的輸入端，其特征在于調(diào)制解調(diào)器的輸出端 連接信號調(diào)理裝置，信號調(diào)理裝置的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。信號調(diào)理裝置的功能在于放大離子信號、濾除噪音、抑制基線漂移，使整
機(jī)的檢測下限低，分辨率高，靈敏度高。機(jī)箱上部的功能操作面板上裝有觸摸顯示操作屏3，電路部分電源電路的輸 出端連接觸摸屏顯示電路的輸入端，觸摸屏顯示電路的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器 的輸入端。觸摸顯示操作，顯示屏可以是中文界面，能夠顯示整機(jī)工作狀態(tài)， 工作直觀，明晰，迅速，且操作方便。恒流源電路的輸入端連接電源電路，輸出端連接電導(dǎo)池。能夠提供恒定的 電流，抑制化學(xué)流路系統(tǒng)的再生離子。信號調(diào)理裝置的主放大模塊U9的輸入端B，連接調(diào)制解調(diào)器U。的輸出端A， 輸出端C連接主濾波模塊Ue的輸入端D;主濾波模塊U6的輸出端E連接輔助濾 波放大模塊U7的輸入端F;輔助濾波放大模塊U7的輸出端G連接A/D轉(zhuǎn)換器U8 的輸入端。主放大模塊U9用于放大離子信號，提高靈敏度；主濾波模塊Ufi，主 要用于濾除噪音，抑制基線漂移，提取并放大有用的離子濃度信號，它不但具 有很強(qiáng)的濾除噪音的能力，而且還有優(yōu)良的瞬態(tài)特性；輔助濾波放大模塊U7與 主濾波模塊級聯(lián)，進(jìn)一步濾除噪音，抑制基線漂移；放大有用的色譜信號，使 整機(jī)靈敏度足夠高，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器和整機(jī)對靈敏度的要求。該濾波器也是 改進(jìn)型雙二次電路，既節(jié)省了運(yùn)放又保持了雙二次電路的特有的穩(wěn)定性和易調(diào) 整性。主放大模塊U9采用由運(yùn)算放大器IC7650與R51、 R52和R53組成的低漂移 運(yùn)算放大器電路。其輸入端B接調(diào)制解調(diào)器的輸出端A，將解調(diào)器輸出的色譜儀 離子電導(dǎo)電壓信號進(jìn)行放大，滿足主濾波模塊的要求。主濾波模塊U6的運(yùn)算放大器的四個運(yùn)放U6A、 U6B、 U6C、 U6D和輸入電阻，反饋電阻，積分阻尼電阻；橋T電阻，偏置電阻，偏置電源電阻，電位器；反相放 大電阻和積分電容，橋T電容組成了四階雙二次型濾波電路，其輸出端E連接
輔助濾波放大模塊U7。輔助濾波放大模塊U7是由四運(yùn)算放大器的U7A和U7B、輸入電阻、反饋電阻、積分阻尼電阻、橋T電阻，積分電容、橋T電容、反相放大電阻，偏置電阻，無源濾波電阻，無源濾波電容，組成三階雙二次型的濾波電路，并與主濾波器 級聯(lián)構(gòu)成七階濾波器。七階濾波器，在通帶內(nèi)具有良好的階躍響應(yīng)，適于脈沖 信號不失真地通過。在衰減帶內(nèi)具有切比雪夫衰減特性，從而進(jìn)一步濾除噪音，它的輸出送至U7c所構(gòu)成的射隨器，U7c輸出送至輔助放大器U7D和電阻R83、 R84，將濾除噪音后的離子信號進(jìn)一步放大，使靈敏度進(jìn)一步提高，使信號幅度滿足A/D轉(zhuǎn)化器U8的要求，電阻R85、 R86、 R87和電位器W3組成偏置電路，調(diào)整輸 出零位線以滿足A/D的要求，然后可以進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和譜分析。同時信號送入 觸摸屏檢測。觸摸屏顯示電路連接微電腦處理器U,、觸摸屏控制電路、通道控制電路和 液晶顯示電路；電導(dǎo)采樣信號從接口 J3輸入，經(jīng)運(yùn)算放大器電路，連接A/D轉(zhuǎn) 換器U8的輸入端；壓力采樣從接口J4輸入，經(jīng)運(yùn)算放大器電路，連接A/D轉(zhuǎn)換 器的輸入端；平流泵的轉(zhuǎn)速信號從接口 J7輸入，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換器與微電腦處理器 連接；恒流源電路由接口 J2輸入運(yùn)算放大器電路，連接A/D轉(zhuǎn)換器U8;信號調(diào) 理裝置的輸出端與接口 J5連接，經(jīng)運(yùn)算放大器電路，連接A/D轉(zhuǎn)換器。觸摸屏 控制器的輸入端通過接口 J3，連接調(diào)制解調(diào)器的輸出端A，用于檢測基線漂移， 以便指導(dǎo)基線調(diào)整；觸摸屏控制器的多路開關(guān)輸入端，連接各傳感器和檢測信 號調(diào)理裝置輸出基線，其功能是采集電導(dǎo)信號、信號調(diào)理裝置信號、壓力變送 器信號、平流泵信號，進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?、判別，用以檢測壓力大小、平流泵的 轉(zhuǎn)速，同時在顯示屏上顯示出基線、電導(dǎo)、壓力、泵速等參量。觸摸屏控制電路的接口 Jl連接微電腦處理器仏，微電腦處理器連接光電耦合
器和鎖存器；微電腦處理器連接總線驅(qū)動器，其輸出端連接液晶顯示接口RP1; 取樣電阻由接口J6輸入，接口 J6連接總線驅(qū)動器和繼電器驅(qū)動器，并連通輸 出接口 J9。觸摸屏的控制裝置與各傳感器相連接，便于操作和控制；并對這些 傳感器進(jìn)行調(diào)控，例如對平流泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，對基線漂移進(jìn)行調(diào)控。調(diào)制解調(diào)器是低噪聲調(diào)制解調(diào)器。由于采用了信號調(diào)理電路，使湮沒在噪聲中的有用離子信號被選出來，并 進(jìn)行放大，從而使整機(jī)的檢測下限比現(xiàn)有的國內(nèi)同類色譜儀降低25倍，具有分 析精度高，基線漂移小，在30分鐘內(nèi)小于3%，整機(jī)噪音低，信號幅度大，可 以直接進(jìn)水樣，最低lppb水樣，最大量程可達(dá)1000mV，檢測下限為0.08ppb的 優(yōu)點(diǎn)；在機(jī)箱上部的功能操作面板上安裝觸摸顯示操作屏，滿足了整機(jī)結(jié)構(gòu)的 一體化設(shè)計，縮短了電路連線及化學(xué)流路管路連接的距離，避免了電信號的損 耗及干擾，具有操作簡便，顯示直觀、清晰的優(yōu)點(diǎn)。與新的"十種離子分離法" 相結(jié)合，可以同時測試十余種離子，使離子色譜儀更加適合對復(fù)雜水域進(jìn)行高 精度的水質(zhì)檢測。


圖1是本實(shí)用新型的整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)電路框圖；圖3是本實(shí)用新型的信號調(diào)理裝置電路框圖；圖4是本實(shí)用新型的恒流源電原理圖；圖5是本實(shí)用新型的主放大模塊電原理圖；圖6是本實(shí)用新型的主濾波器電原理圖；圖7是本實(shí)用新型的輔助濾波放大電原理圖；圖8是本實(shí)用新型的觸摸屏控制電原理圖； 圖9是本實(shí)用新型的整機(jī)電路圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型的整機(jī)結(jié)構(gòu)采用了一體化設(shè)計，電路部分及功能 操作面板在整機(jī)上部，高壓平流泵1在整機(jī)右下角，化學(xué)流路箱2在整機(jī)的左 下方，泵室上方為觸摸顯示操作屏3。該種結(jié)構(gòu)形式，可避免化學(xué)液體滲漏對電 路的損害，縮短了電路連線及化學(xué)樣品流路，避免了電信號的損耗及干擾，最 大限度地減少了對電性能的影響，提高了分析的精度。顯示屏為中文界面，直 觀、明晰，使操作簡單、使用方便。如圖2所示，本實(shí)用新型含有電導(dǎo)池、調(diào)制解調(diào)器、信號調(diào)理裝置、A/D轉(zhuǎn) 換器、微機(jī)分析儀、觸摸屏控制顯示器、電源電路和機(jī)箱；其中信號調(diào)理裝置 是關(guān)鍵的電路。起到抑制基線漂移，降低檢測下限，提高分辨率和靈敏度的作 用。如圖3所示，本實(shí)用新型的信號調(diào)理電路中的主放大模塊U9用于放大離子信 號，提高靈敏度。主濾波模塊仏，主要用于濾除噪音，抑制基線漂移，提取并 放大有用的離子濃度信號，它不但具有很強(qiáng)的濾除噪音的能力，而且還有優(yōu)良 的瞬態(tài)特性。輔助濾波放大模塊U7與主濾波模塊U6級聯(lián)，組成七階濾波器，進(jìn) 一步濾除噪音，抑制基線漂移；放大有用的色譜信號，使整機(jī)靈敏度足夠高， 以滿足A/D轉(zhuǎn)換器U8和整機(jī)對靈敏度的要求。如圖4所示，采用DH9054恒流源電路，提供恒定的電流，抑制化學(xué)流路系 統(tǒng)中的再生離子。圖5、圖6、圖7所示本實(shí)用新型的信號調(diào)理裝置的電原理圖，圖5中的低 漂移運(yùn)放IC7650和電阻R51、 R52、 R53將解調(diào)器輸出的色譜儀離子電導(dǎo)電壓信 號進(jìn)行放大，滿足主濾波模塊的要求。圖6中的運(yùn)算放大器是有4277的四個運(yùn)放(UM、 U6B、 UK、 U6D)和輸入電阻R55、 R65，反饋電阻R60、 R68，積分阻尼電阻 R59、 R67;橋T電阻R63、 R64、 R71、 R72,偏置電阻R66,偏置電源電阻R56、 R57、 R58，電位器W2;反相放大電阻R61、 R62, R69、 R70和積分電容C23、 C25， 橋T電容C24、 C26組成了四階改進(jìn)型雙二次電路，其輸出E送至輔助濾波放大 模塊仏。圖7中采用四運(yùn)放4277的IJ7A和U7B、輸入電阻R73、反饋電阻R76、積 分阻尼電阻R75、橋T電阻R79、 R80;積分電容C27、橋T電容C28、反相放大 電阻R77、 R78;偏置電阻R74，無源濾波電阻R81，無源濾波電容C29，組成三 階濾波器，電路型式也是改進(jìn)型雙二次電路型式。它與主濾波器級聯(lián)構(gòu)成七階 濾波器，在通帶內(nèi)具有良好的階躍響應(yīng)，適于脈沖信號不失真地通過。在衰減 帶內(nèi)具有切比雪夫衰減特性，從而進(jìn)一步濾除噪音，它的輸出送至lk所構(gòu)成的 射隨器，L^輸出送至輔助放大器U7D和電阻R83、 R84構(gòu)成，將濾除噪音后的離 子信號進(jìn)一步放大，使靈敏度進(jìn)一步提高，使信號幅度滿足A/D轉(zhuǎn)化器U8的要 求，電阻R85、 R86、 R87和電位器W3組成偏置電路，調(diào)整輸出零位線以滿足A/D 的要求，然后可以進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和譜分析。同時信號送入觸摸屏檢測。如圖8所示微電腦處理器部分，由微處理器89C51和外圍電阻R2、 R3，電 容C1、 C2、 C3，晶振Y1組成，負(fù)責(zé)進(jìn)行智能處理輸入信號和控制信號信息的輸 出。觸摸屏控制部分，由J1、 TLP521、 74LS373、 Dl組成，動作信號由Jl接口 輸入，經(jīng)D1產(chǎn)生中斷信號給微電腦處理器，微電腦處理器控制光電耦合器和鎖 存器進(jìn)行相關(guān)的動作，驅(qū)動觸摸屏，來取得相應(yīng)的位置信號，從而判斷具體的 輸入?yún)?shù)和指令，進(jìn)行對應(yīng)的執(zhí)行。液晶顯示部分，由RP1、總線驅(qū)動器(74LS373)組成，微處理器把相關(guān)的顯 示信息，經(jīng)過總線驅(qū)動器驅(qū)動輸出給液晶顯示接口RP1，從而驅(qū)動液晶顯示出信息。壓力采樣部分，由J4、運(yùn)算放大器(LM324)、 R21、 R22、 R23、 C25組成， 壓力信號從接口 J4輸入，經(jīng)運(yùn)算放大器和其他外圍電阻R21、 R22、 R23、 C25 處理后，送A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號給微電腦處理器。電導(dǎo)采樣部分，由J3、運(yùn)算放大器(LM324) 、 R18、 R19、 C28、 A/D轉(zhuǎn)換器組 成，電導(dǎo)信號從接口J3輸入，經(jīng)運(yùn)算放大器和其外圍電路R18、 R19、 C28處理 后，送A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號給微電腦處理器。通道控制部分，由J6、 K1 K10、 R1 R10、總線驅(qū)動器和繼電器驅(qū)動器組成， 微電腦處理器，把控制命令通過總線驅(qū)動器，送繼電器驅(qū)動器，來驅(qū)動繼電器 K廣KIO，把相應(yīng)的采樣電阻R1 R10接入通道，從J9接口送出。泵通訊部分，由J7、通訊接口 (MAX202)、 C4、 C6、 C7、 C23組成，微電腦 處理器通過MAX202及其外圍電容C4、 C5、 C7、 C23,和接口 J7連接泵，以進(jìn)行控制和信息交流通訊。恒流源顯示部分由J2、運(yùn)算放大器(LM324)，電容C26、電阻R16、 R17和 A/D轉(zhuǎn)換器組成?；€檢測部分信號調(diào)理裝置的輸出，用來檢測整機(jī)基線漂移。由J5、 C27、 Rll、 R12、 R14、 R15、 R13組成。圖9是本實(shí)用新型的整機(jī)主要電路設(shè)計實(shí)例。包含有調(diào)制解調(diào)器電路和信 號調(diào)理裝置電路圖，該電阻在實(shí)際調(diào)整中，根據(jù)輸出信號質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整。調(diào)制 解調(diào)器電路，采用AD620儀用放大器和四運(yùn)放0P4227完成，產(chǎn)生與離子濃度大小相應(yīng)的直流脈沖電壓信號。
權(quán)利要求1、一種離子色譜儀，包括固定在機(jī)箱上部的功能操作面板，與功能操作面板連接的電路部分，高壓平流泵(1)和化學(xué)流路箱(2)在機(jī)箱的內(nèi)下方，其中電源電路的輸出端，分別連接電導(dǎo)池、調(diào)制解調(diào)器、及A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，電導(dǎo)池的輸出端連接調(diào)制解調(diào)器的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接微機(jī)分析儀的輸入端，其特征在于調(diào)制解調(diào)器的輸出端連接信號調(diào)理裝置，信號調(diào)理裝置的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子色譜儀，其特征在于機(jī)箱上部的功能操 作面板上裝有觸摸顯示操作屏(3)，電路部分電源電路的輸出端連接觸摸屏顯 示電路的輸入端，觸摸屏顯示電路的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子色譜儀，其特征在于恒流源電路的輸入 端連接電源電路，輸出端連接電導(dǎo)池。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子色譜儀，其特征在于信號調(diào)理裝置的主 放大模塊U9的輸入端B，連接調(diào)制解調(diào)器U。的輸出端A，輸出端C連接主濾波模 塊UB的輸入端D;主濾波模塊UB的輸出端E連接輔助濾波放大模塊U7的輸入端F; 輔助濾波放大模塊U7的輸出端G連接A/D轉(zhuǎn)換器U8的輸入端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種離子色譜儀，其特征在于主放大模塊U9采用 由運(yùn)算放大器IC7650與R51、 R52和R53組成的低漂移運(yùn)算放大器電路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種離子色譜儀，其特征在于主濾波模塊Ue的運(yùn) 算放大器的四個運(yùn)放IL、 UfiB、 Ufi(;、 U6D和輸入電阻，反饋電阻，積分阻尼電阻； 橋T電阻，偏置電阻，偏置電源電阻，電位器；反相放大電阻和積分電容，橋T 電容組成了四階雙二次型濾波電路，其輸出端E連接輔助濾波放大模塊U7。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種離子色譜儀，其特征在于輔助濾波放大模塊 U7是由四運(yùn)算放大器的U7A和U7B、輸入電阻、反饋電阻、積分阻尼電阻、橋T電阻，積分電容、橋T電容、反相放大電阻，偏置電阻，無源濾波電阻，無源 濾波電容，組成三階雙二次型的濾波電路，并與主濾波器級聯(lián)構(gòu)成七階濾波器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種離子色譜儀，其特征在于觸摸屏顯示電路連接微電腦處理器U,、觸摸屏控制電路、通道控制電路和液晶顯示電路；電導(dǎo)采樣信號從接口J3輸入，經(jīng)運(yùn)算放大器電路，連接A/D轉(zhuǎn)換器U8的輸入端；壓力 采樣從接口J4輸入，經(jīng)運(yùn)算放大器電路，連接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端；平流泵的轉(zhuǎn)速信號從接口J7輸入，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換器與微電腦處理器連接；恒流源電路由接口 J2輸入運(yùn)算放大器電路，連接A/D轉(zhuǎn)換器；信號調(diào)理裝置的輸出端與接口 J5 連接，經(jīng)運(yùn)算放大器電路，連接A/D轉(zhuǎn)換器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種離子色譜儀，其特征在于觸摸屏控制電路的 接口 Jl連接微電腦處理器仏，微電腦處理器連接光電耦合器和鎖存器；微電腦 處理器連接總線驅(qū)動器，其輸出端連接液晶顯示接口 RP1;取樣電阻由接口 J6 輸入，接口 J6連接總線驅(qū)動器和繼電器驅(qū)動器，連接輸出接口J9。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子色譜儀，其特征在于調(diào)制解調(diào)器是低 噪聲調(diào)制解調(diào)器。
專利摘要一種離子色譜儀，功能操作面板固定在機(jī)箱的上部，電路部分連接功能操作面板，高壓平流泵和化學(xué)流路箱在機(jī)箱的內(nèi)下方，其中電源電路的輸出端分別連接電導(dǎo)池、調(diào)制解調(diào)器、及A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，電導(dǎo)池的輸出端連接調(diào)制解調(diào)器的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接微機(jī)分析儀的輸入端，該調(diào)制解調(diào)器的輸出端連接信號調(diào)理裝置，信號調(diào)理裝置的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。由于采用了信號調(diào)理電路，具有檢測下限為0.08ppb的優(yōu)點(diǎn)；與“十種離子分離法”結(jié)合，可以同時測試十余種離子，適合對復(fù)雜水域進(jìn)行高精度的水質(zhì)檢測；在機(jī)箱面板上安裝觸摸顯示操作屏，具有操作簡便，顯示直觀、清晰的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N30/00GK201016967SQ20072001900
公開日2008年2月6日 申請日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日
發(fā)明者孫傳花, 騰 徐, 荊建增, 迎 逯, 顏怡真 申請人:青島盛瀚色譜技術(shù)有限公司