專利名稱：離子遷移譜儀用多路溫控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子遷移譜儀中的溫度控制，具體涉及一種用于離子遷移譜儀的多路溫度控制裝置。
背景技術(shù)：
在離子遷移譜儀中，遷移管是核心部件，工作在大氣壓力下，它的工作溫度對(duì)離子遷移率、反應(yīng)物離子的種類和產(chǎn)量等都有著很大的影響。選擇合適的遷移管工作溫度，能有效地增加反應(yīng)物離子的產(chǎn)量，有利于改善離子遷移譜儀檢測(cè)的分辨率，提高檢測(cè)的靈敏度和選擇性。離子遷移譜儀中遷移管的工作溫度對(duì)其工作性能有重要影響。因此，離子遷移譜儀對(duì)溫度控制有較高的要求。一般要求遷移管的工作溫度可以設(shè)定在80°C至300°C之間， 恒溫時(shí)精度為士 1°C，穩(wěn)定性也要求在士1°C以內(nèi)。另外，遷移管輸出的是大約幾十飛庫 (femtocoulomb)級(jí)的微弱電荷信號(hào)，很容易受外界電磁信號(hào)的干擾。因此，溫控電路在工作過程中不能對(duì)遷移管輸出信號(hào)產(chǎn)生干擾。離子遷移譜儀中不僅遷移管需要進(jìn)行溫度控制，還有進(jìn)樣器等部分也需進(jìn)行溫度控制。因此，在離子遷移譜儀中要求同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路溫度控制，并且各路溫控相互獨(dú)立，互不影響。目前工業(yè)中常用的溫控電路大都是通過對(duì)加熱器件上的電壓進(jìn)行通斷控制來實(shí)現(xiàn)，如采用脈沖寬度調(diào)制PWM來實(shí)現(xiàn)控制。這種控制雖然電路和算法簡(jiǎn)單，但它采用方波脈沖來作為控制和加熱，脈沖信號(hào)的上升下降沿跳變很容易對(duì)遷移管輸出信號(hào)產(chǎn)生干擾。另外，還有應(yīng)用傳統(tǒng)模擬PID控制和數(shù)字PID算法來實(shí)現(xiàn)溫控的。傳統(tǒng)模擬PID溫度控制電路大都最終也是以驅(qū)動(dòng)類似繼電器等的通斷方式來實(shí)現(xiàn)溫度控制。數(shù)字PID算法相對(duì)來說比較復(fù)雜。在以單片機(jī)為核心進(jìn)行系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)采集的離子遷移譜儀系統(tǒng)中， 溫控過程中的PID計(jì)算會(huì)占用過多的單片機(jī)資源，導(dǎo)致實(shí)時(shí)采集譜儀數(shù)據(jù)時(shí)單片機(jī)資源緊張。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用于以單片機(jī)為控制和數(shù)據(jù)采集核心的離子遷移譜儀時(shí)存在的缺陷，提供一種離子遷移譜儀用的多路溫控裝置。在本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種離子遷移譜儀用多路溫控裝置，包括數(shù)字電路部分和模擬電路部分，其中數(shù)字電路部分包括單片機(jī)；與所述單片機(jī)連接并具有多路獨(dú)立輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC ；與所述單片機(jī)連接并具有單路模擬輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC ；模擬電路部分包括多路獨(dú)立的控制電路部分以及多選一開關(guān)，每個(gè)控制電路部分包括由設(shè)置在離子遷移譜儀上的溫度傳感器和所述DAC的所述多路獨(dú)立輸出中的相應(yīng)一個(gè)輸出等組成的惠斯頓電橋；與所述惠斯頓電橋輸出之一相連接的比例積分微分PID控制電路；與所述惠斯頓電橋另一路輸出相連接的多選一開關(guān)；與所述多選一開關(guān)輸出相連接的所述CN 102541117 AADC;在所述PID控制電路的輸出信號(hào)控制下，驅(qū)動(dòng)設(shè)置在離子遷移譜儀上的加熱單元的驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述溫度傳感器作為惠斯頓電橋的一個(gè)橋臂電阻，通過惠斯頓電橋產(chǎn)生的偏差信號(hào)經(jīng)過放大后輸出到所述PID控制電路。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述加熱單元是加熱膜，通過驅(qū)動(dòng)器控制流過加熱單元的電流來進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述驅(qū)動(dòng)器是MOS管，所述PID控制電路輸出電壓控制量輸入到所述MOS管的柵極，利用MOS管漏極電流隨柵極和源極間反向電壓變化而變化的特性， 改變通過加熱膜的電流來實(shí)現(xiàn)溫度控制。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述離子遷移譜儀上需要進(jìn)行溫度控制的位置的恒溫點(diǎn)是通過與所述單片機(jī)相連的計(jì)算機(jī)來設(shè)置的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述單片機(jī)自帶通用串行總線USB接口，并且通過該USB接口與所述計(jì)算機(jī)連接。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述PID控制電路包括比例控制單元，包括第一運(yùn)算放大器、第一電阻器、第二電阻器和第三電阻器，其中所述第一運(yùn)算放大器具有正相輸入端、反相輸入端和輸出端，第一電阻器的一端接收溫度控制信號(hào)，另一端連接第二電阻器的一端， 第二電阻器的另一端連接第一運(yùn)算放大器的輸出端，第一運(yùn)算放大器的正相輸入端接第一偏置電壓，反相輸入端連接第一電阻器和第二電阻器之間的節(jié)點(diǎn)，第三電阻器的一端連接第一運(yùn)算放大器的輸出端，另一端輸出經(jīng)過比例調(diào)節(jié)的溫度控制信號(hào)；積分控制單元，包括第二運(yùn)算放大器、第四電阻器、第五電阻器、第六電阻器、第七電阻器和第一電容器，所述第四電阻器的一端接收所述溫度控制信號(hào)，另一端連接到第五電阻器和第六電阻器二者的一端，第五電阻器的另一端連接到第二運(yùn)算放大的正相輸入端，并且該正相輸入端接第二偏置電壓，第六電阻器的另一端接第二運(yùn)算放大器的反相輸入端和第一電容器的一端，第一電容器的另一端接第二運(yùn)算放大器的輸出端和第七電阻器的一端，第七電阻器的另一端輸出經(jīng)過積分調(diào)節(jié)的溫度控制信號(hào)；微分控制單元，包括第三運(yùn)算放大器、第八電阻器、第九電阻器、第十電阻器、第十一電阻器和第十二電阻器以及第二電容器，第八電阻器的一端接收所述溫度控制信號(hào)，另一端連接第九電阻器的一端和第二電容器的一端，第九電阻器的另一端接第三運(yùn)算放大器的正相輸入端，并且該正相輸入端接第三偏置電壓，第二電容器的另一端接第十電阻器的一端，第十電阻器的另一端接第三運(yùn)算放大器的反相輸入端和第十一電阻器的一端，第十一電阻器的另一端接第三運(yùn)算放大器的輸出端和第十二電阻器的一端，第十二電阻器的另一端輸出經(jīng)過微分調(diào)節(jié)的溫度控制信號(hào)；線性求和電路，包括第四運(yùn)算放大器、第十三電阻器和第三電容器，第四運(yùn)算放大器的反相輸入端接收來自經(jīng)過所述比例控制單元、所述積分控制單元和所述微分控制單元調(diào)節(jié)后的所述溫度控制信號(hào)，第四運(yùn)算放大器的正相輸入端接第四偏置電壓，所述第十三電阻器和所述第三電容器并聯(lián)在所述第四運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間，并且從所述第四運(yùn)算放大器的輸出端將求和后的溫度控制信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)器的控制端。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述PID控制電路還包括信號(hào)調(diào)理單元，對(duì)表示溫度傳感器檢測(cè)的溫度和設(shè)定的恒溫點(diǎn)之間的偏差的信號(hào)進(jìn)行放大，并與偏置電壓進(jìn)行和差調(diào)理， 輸出到比例控制單元、積分控制單元和微分控制單元。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述信號(hào)調(diào)理單元包括第五運(yùn)算放大器、第十四電阻器、第十五電阻器、第十六電阻器和第四電容器，所述第十四電阻器一端接收溫度差信號(hào)，另一端接第五運(yùn)算放大器的正相輸入端，并且該正相輸入端通過第四電容器接地，所述第十五電阻器一端接收第五偏置電壓，另一端接第五運(yùn)算放大器的反相輸入端，第十六電阻器并聯(lián)在所述第五運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，多路溫控電路可同時(shí)工作，又相互獨(dú)立。此外，各溫控電路的恒溫點(diǎn)可以靈活設(shè)置和調(diào)整、可調(diào)范圍寬、各路可以恒溫在不同溫度點(diǎn)。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，經(jīng)過PID控制電路后，產(chǎn)生的控制量是一個(gè)緩慢變化的電壓信號(hào)。采用MOS管作為控制輸出單元，最終控制的是通過加熱膜的電流大小，而不是加熱膜上電壓的通斷，從而大大減小了對(duì)離子遷移譜儀信號(hào)的干擾。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在溫控過程中，除了恒溫點(diǎn)的設(shè)置外，不需要單片機(jī)的干預(yù)，節(jié)約了單片機(jī)有限的資源。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使用帶USB接口的單片機(jī)，與計(jì)算機(jī)通訊時(shí)，具有連接簡(jiǎn)單、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。


從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)將更明顯，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫控系統(tǒng)的示意性框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的PID控制電路的示意性電路圖。
具體實(shí)施例方式下面，參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。在附圖中，雖然示于不同的附圖中，但相同的附圖標(biāo)記用于表示相同的或相似的組件。為了清楚和簡(jiǎn)明，包含在這里的已知的功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述將被省略，否則它們將使本發(fā)明的主題不清楚。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，而非用來限制本發(fā)明的范圍。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫控系統(tǒng)的示意性框圖。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的離子遷移譜儀用多路溫控電路100包括數(shù)字電路部分和模擬電路部分。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，數(shù)字電路部分主要包括帶USB接口 111的單片機(jī)110、有多路獨(dú)立輸出的DAC 120、具有單路模擬輸入的ADC 190。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，模擬電路部分包括多路獨(dú)立的溫度控制電路130、140、150 和160以及多選1模擬開關(guān)電路180。以溫度控制電路130為例，其包括對(duì)應(yīng)的由溫度傳感器PT1000等組成的惠斯頓電橋131、模擬PID控制電路132、MOS管133和加熱膜134。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫度控制裝置采用負(fù)反饋閉環(huán)控制。加熱膜134作為遷移管等部件的加熱單元。溫度傳感器PTiooo采樣遷移管等部件的溫度，同時(shí)作為惠斯頓電橋 131的一個(gè)橋臂電阻，通過惠斯頓電橋131產(chǎn)生的偏差信號(hào)作為PID控制電路132的輸入， 經(jīng)過PID控制電路調(diào)節(jié)后，輸出一個(gè)電壓控制量輸入到MOS管133的柵極，利用MOS管133漏極電流隨柵極和源極間反向電壓變化而變化的特性，來改變通過加熱膜134的電流實(shí)現(xiàn)溫度控制，從而構(gòu)成實(shí)時(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在加熱和恒溫過程中，除了設(shè)置恒溫點(diǎn)外，不再需要單片機(jī)的干預(yù)，完全由硬件電路自動(dòng)完成。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在溫控裝置中設(shè)置一個(gè)多選1的模擬開關(guān)180和具有單路模擬輸入的ADC 190，用來監(jiān)測(cè)遷移管等需要加熱部件的溫度狀態(tài)。如圖1所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中采用了 4路溫度控制電路130、140、150和160。參看圖1，虛線框內(nèi)為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的裝置100，它包括數(shù)字電路部分和模擬電路部分。數(shù)字電路部分包括帶USB接口 111的單片機(jī)110、有4路獨(dú)立輸出的DAC 120、 具有單路模擬輸入的ADC 190。模擬電路部分包括4路并行獨(dú)立的溫度控制電路130、140、 150和160、4選1模擬開關(guān)電路180以及為加熱膜供電的大功率電源170。每路溫度控制電路如130包括惠斯頓電橋131以及對(duì)應(yīng)的模擬PID控制電路132、M0S管電路133和加熱膜 134。離子遷移譜儀的溫控電路工作時(shí)，首先根據(jù)實(shí)際情況，利用計(jì)算機(jī)200通過USB接口 210向單片機(jī)110發(fā)送離子遷移譜儀各部件所需的恒溫點(diǎn)數(shù)據(jù)，讓單片機(jī)110設(shè)置好DAC 120的4路輸出模擬電壓信號(hào)，此電壓值等于期望溫度下PT1000在分壓電路中的壓降值， 此電壓值與PT1000分壓電路等效構(gòu)成惠斯頓電橋131的四個(gè)臂，此電壓值與溫度傳感器 PT1000實(shí)際的壓降值進(jìn)行比較產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)并通過儀表運(yùn)算放大器放大，經(jīng)過PID控制電路132后，產(chǎn)生一個(gè)電壓控制量輸入到MOS管133的柵極，這樣MOS管133的漏極電流隨之發(fā)生變化，從而也改變通過加熱膜134的電流，實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。如果需要監(jiān)測(cè)離子遷移譜儀各部分當(dāng)前的溫度狀況，可以通過4選1模擬開關(guān)180 選擇需要監(jiān)測(cè)支路的惠斯頓電橋產(chǎn)生的誤差信號(hào)輸入到ADC190，利用單片機(jī)110采集ADC 190的轉(zhuǎn)換輸出結(jié)果，經(jīng)過簡(jiǎn)單的換算即可得到所監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度值。圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溫控裝置的示意性電路圖。如圖2所示，惠斯頓電橋單元131包括儀表運(yùn)算放大器U1-INA333、運(yùn)算放大器 U2、電阻器R1、電阻器R2、電阻器R3、電容器Cl、電容器C2、溫度傳感器PT1000。利用增益可調(diào)的儀表運(yùn)算放大器U1，設(shè)置合適的增益，對(duì)DAC 120的輸出電壓值與溫度傳感器PT1000 的壓降值比較產(chǎn)生的誤差信號(hào)進(jìn)行放大，并通過運(yùn)算放大器U2跟隨，然后分兩路輸出，其中一路輸出連接到比例積分微分PID控制電路132，另一路輸出連接到4選1電路180。電阻器Rl —端接1. 8V穩(wěn)壓電源，另一端連接到儀表運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端和溫度傳感器PT1000的一端，溫度傳感器PT1000的另一端接地。DAC 120的一路輸出連接到儀表運(yùn)算放大器Ul的正相輸入端。由電阻器Rl和溫度傳感器PT1000組成了惠斯頓電橋的兩個(gè)橋臂，另兩個(gè)橋臂由DAC 120的輸出等效之。設(shè)置儀表運(yùn)算放大器Ul增益的增益電阻器R2兩端分別連接到儀表運(yùn)算放大器Ul的第1和第8管腳。儀表運(yùn)算放大器Ul 的參考電壓端與偏置電壓Vbias相連。電阻器R3的一端連接到儀表運(yùn)算放大器Ul的輸出端，另一端連接到運(yùn)算放大器U2的正向輸入端，而運(yùn)算放大器U2的反相輸入端與其輸出端相連，形成信號(hào)跟隨電路。解耦電容器Cl 一端與儀表運(yùn)算放大器Ul的工作電源相連，另一端接地。濾波電容器C2 —端與偏置電壓Vbias相連，另一端接地。如圖2所示，誤差信號(hào)調(diào)理單元1321包括運(yùn)算放大器U3、電阻器R4、電阻器R5、電阻器R6、電容器C3，用于對(duì)經(jīng)惠斯頓電橋單元131放大后的差值信號(hào)進(jìn)行和差調(diào)理，輸出調(diào)理后的信號(hào)。電阻器R4 —端接收來自惠斯頓電橋單元131的信號(hào)，并且它的另一端連接到運(yùn)算放大器U3的正相輸入端，該正相輸入端通過電容器C3接地。此外，電阻器R5的一端接收偏置電壓Vbias，另一端連接運(yùn)算放大器U3的反相輸入端和另一電阻器R6的一端，而電阻器R6并聯(lián)在運(yùn)算放大器U3的反相輸入端和輸出端之間。誤差信號(hào)調(diào)理單元1321輸出的信號(hào)連接到比例控制單元1322、積分控制單元1323和微分控制單元13M。比例(P)控制單元1322包括運(yùn)算放大器U4、電阻器R7、電阻器R8、電阻器R9，該比例控制單元的輸出與輸入信號(hào)成比例關(guān)系。電阻器R7的一端接收來自誤差信號(hào)調(diào)理單元1321的信號(hào)，另一端連接運(yùn)算放大器U4的反相輸入端和電阻器R8的一端，電阻器R8并聯(lián)連接在運(yùn)算放大器U4的反相輸入端和輸出端之間，電阻器R9的一端連接運(yùn)算放大器U4的輸出端，另一端作為比例控制單元 1322的輸出端，輸出經(jīng)過比例調(diào)節(jié)的溫度控制信號(hào)。此外，在運(yùn)算放大器U4的正相輸入端接一偏置電壓Vbias。積分(I)控制單元1323包括運(yùn)算放大器TO、電阻器R10、電阻器Rll、電阻器R12、 電阻器R13、電容器C4，該積分控制單元的輸出與輸入信號(hào)的積分成比例關(guān)系。電阻器RlO的一端接收來自誤差信號(hào)調(diào)理單元1321的信號(hào)，另一端與電阻器Rll 和R12的一端連接，電阻器Rll的另一端連接運(yùn)算放大器U5的正相輸入端，該正相輸入端同樣接一偏置電壓Vbias。電阻器R12的另一端連接運(yùn)算放大器的反相輸入端和電容器C4 一端，電容C4的另一端連接運(yùn)算放大器TO的輸出端，電阻器R13的一端連接運(yùn)算放大器TO 的輸出端，另一端輸出經(jīng)過積分調(diào)節(jié)的溫度控制信號(hào)。微分(D)控制單元13 包括運(yùn)算放大器U6、電阻器R14、電阻器R15、電阻器R16、 電阻器R17、電阻器R18、電容器C5，微分控制單元的輸出與輸入信號(hào)的微分成比例關(guān)系。電阻器R14的一端接收來自誤差信號(hào)調(diào)理單元1321的信號(hào)，另一端連接電阻器 R15和電容器C5的一端。電阻器R15的另一端接運(yùn)算放大器TO的正相輸入端，并且該正相輸入端接一偏置電壓Vbias。電容器C5的另一端連接電阻器R16的一端，電阻器R16的另一端連接運(yùn)算放大器U6的反相輸入端，電阻器R17并聯(lián)連接在運(yùn)算放大器U6的反相輸入端和輸出端之間，電阻器R18的一端連接運(yùn)算放大器U6的輸出端，另一端輸出經(jīng)過微分調(diào)節(jié)后的溫度控制信號(hào)。從比例控制單元1322、積分控制單元1323和微分控制單元13 輸出的溫度控制信號(hào)在線性求和單元1325進(jìn)行求和，然后輸出到MOS管Ql對(duì)加熱膜進(jìn)行控制。線性求和單元1325包括運(yùn)算放大器U7、電阻器R19、電容器C6，它對(duì)PID各控制單元的輸出信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算，輸出PID控制單元的最終控制信號(hào)電壓。電阻器R19和電容器C6 二者并聯(lián)連接在運(yùn)算放大器U7的反相輸入端和輸出端之間，運(yùn)算放大器U7的正相輸入端接一偏置電壓Vbias。在PID各控制單元中，運(yùn)算放大器U4、U5、TO、U7的正向輸入端在傳統(tǒng)PID控制電路中一般接地，但是在本發(fā)明實(shí)施例中接的是一個(gè)正偏置電壓，這樣在選擇運(yùn)算放大器時(shí)， 選用單電源供電的運(yùn)算放大器即可滿足要求，這樣降低了對(duì)電源的要求，同時(shí)簡(jiǎn)化了電路的布線，取得了良好的效果。
另外，在線性求和單元1325中，利用電容器C6構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，對(duì)運(yùn)算放大器進(jìn)行相位補(bǔ)償，用來防止運(yùn)算放大器產(chǎn)生自激。上面的描述僅用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的任何修改或局部替換，均應(yīng)該屬于本發(fā)明的權(quán)利要求限定的范圍，因此， 本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種離子遷移譜儀用多路溫控裝置，包括數(shù)字電路部分和模擬電路部分，其中數(shù)字電路部分包括單片機(jī)；與所述單片機(jī)連接并具有多路獨(dú)立輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC ； 與所述單片機(jī)連接并具有單路模擬輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC ；模擬電路部分包括多路獨(dú)立的控制電路部分以及多選一開關(guān)，其中每個(gè)控制電路部分包括設(shè)置在離子遷移譜儀上的溫度傳感器；由所述溫度傳感器和所述DAC的所述多路獨(dú)立輸出中的相應(yīng)一路輸出組成的惠斯頓電橋，從所述惠斯頓電橋中信號(hào)分兩路輸出，其中一路輸出連接到比例積分微分PID控制電路，另一路輸出經(jīng)過所述多選一開關(guān)連接到所述ADC ；在所述PID控制電路的輸出信號(hào)控制下，驅(qū)動(dòng)設(shè)置在離子遷移譜儀上的加熱單元的驅(qū)動(dòng)器。
2.如權(quán)利要求1所述的離子遷移譜儀用多路溫控裝置，其中所述溫度傳感器作為惠斯頓電橋的一個(gè)橋臂電阻，通過惠斯頓電橋產(chǎn)生的偏差信號(hào)經(jīng)過放大后輸出到所述PID控制電路。
3.如權(quán)利要求1所述的離子遷移譜儀用多路溫控裝置，其中所述加熱單元是加熱膜， 通過驅(qū)動(dòng)器控制流過加熱單元的電流來進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求3所述的離子遷移譜儀用多路溫控裝置，其中，所述驅(qū)動(dòng)器是MOS管，所述PID控制電路輸出電壓控制量輸入到所述MOS管的柵極，利用MOS管漏極電流隨柵極和源極間反向電壓變化而變化的特性，改變通過加熱膜的電流來實(shí)現(xiàn)溫度控制。
5.如權(quán)利要求1所述的離子遷移譜儀用多路溫控裝置，其中所述離子遷移譜儀上需要進(jìn)行溫度控制的位置的恒溫點(diǎn)是通過與所述單片機(jī)相連的計(jì)算機(jī)來設(shè)置的。
6.如權(quán)利要求5所述的離子遷移譜儀用多路溫控裝置，其中所述單片機(jī)自帶通用串行總線USB接口，并且通過該USB接口與所述計(jì)算機(jī)連接。
7.如權(quán)利要求1所述的離子遷移譜儀用多路溫控裝置，其中所述PID控制電路包括 比例控制單元，包括第一運(yùn)算放大器、第一電阻器、第二電阻器和第三電阻器，其中所述第一運(yùn)算放大器具有正相輸入端、反相輸入端和輸出端，第一電阻器的一端接收溫度控制信號(hào)，另一端連接第二電阻器的一端，第二電阻器的另一端連接第一運(yùn)算放大器的輸出端，第一運(yùn)算放大器的正相輸入端接第一偏置電壓，反相輸入端連接第一電阻器和第二電阻器之間的節(jié)點(diǎn)，第三電阻器的一端連接第一運(yùn)算放大器的輸出端，另一端輸出經(jīng)過比例調(diào)節(jié)的溫度控制信號(hào)；積分控制單元，包括第二運(yùn)算放大器、第四電阻器、第五電阻器、第六電阻器、第七電阻器和第一電容器，所述第四電阻器的一端接收所述溫度控制信號(hào)，另一端連接到第五電阻器和第六電阻器二者的一端，第五電阻器的另一端連接到第二運(yùn)算放大的正相輸入端， 并且該正相輸入端接第二偏置電壓，第六電阻器的另一端接第二運(yùn)算放大器的反相輸入端和第一電容器的一端，第一電容器的另一端接第二運(yùn)算放大器的輸出端和第七電阻器的一端，第七電阻器的另一端輸出經(jīng)過積分調(diào)節(jié)的溫度控制信號(hào)；微分控制單元，包括第三運(yùn)算放大器、第八電阻器、第九電阻器、第十電阻器、第十一電阻器和第十二電阻器以及第二電容器，第八電阻器的一端接收所述溫度控制信號(hào)，另一端連接第九電阻器的一端和第二電容器的一端，第九電阻器的另一端接第三運(yùn)算放大器的正相輸入端，并且該正相輸入端接第三偏置電壓，第二電容器的另一端接第十電阻器的一端， 第十電阻器的另一端接第三運(yùn)算放大器的反相輸入端和第十一電阻器的一端，第十一電阻器的另一端接第三運(yùn)算放大器的輸出端和第十二電阻器的一端，第十二電阻器的另一端輸出經(jīng)過微分調(diào)節(jié)的溫度控制信號(hào)；線性求和電路，包括第四運(yùn)算放大器、第十三電阻器和第三電容器，第四運(yùn)算放大器的反相輸入端接收來自經(jīng)過所述比例控制單元、所述積分控制單元和所述微分控制單元調(diào)節(jié)后的所述溫度控制信號(hào)，第四運(yùn)算放大器的正相輸入端接第四偏置電壓，所述第十三電阻器和所述第三電容器并聯(lián)在所述第四運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間，并且從所述第四運(yùn)算放大器的輸出端將求和后的溫度控制信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)器的控制端。
8.如權(quán)利要求7所述的離子遷移譜儀用多路溫控裝置，其中所述PID控制電路還包括信號(hào)調(diào)理單元，對(duì)表示溫度傳感器檢測(cè)的溫度和設(shè)定的恒溫點(diǎn)之間的偏差的信號(hào)進(jìn)行放大，并與偏置電壓進(jìn)行和差調(diào)理，輸出到比例控制單元、積分控制單元和微分控制單元。
9.如權(quán)利要求8所述的離子遷移譜儀用多路溫控裝置，其中所述信號(hào)調(diào)理單元包括第五運(yùn)算放大器、第十四電阻器、第十五電阻器、第十六電阻器和第四電容器，所述第十四電阻器一端接收溫度差信號(hào)，另一端接第五運(yùn)算放大器的正相輸入端，并且該正相輸入端通過第四電容器接地，所述第十五電阻器一端接收第五偏置電壓，另一端接第五運(yùn)算放大器的反相輸入端，第十六電阻器并聯(lián)在所述第五運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端之間。
全文摘要
公開了一種離子遷移譜儀用多路溫控裝置，它包括數(shù)字電路部分和模擬電路部分。數(shù)字電路部分主要包括帶USB接口的單片機(jī)、有多路獨(dú)立輸出的DAC、具有單路模擬輸入的ADC。模擬電路部分包括多路獨(dú)立的溫度控制電路以及多選1模擬開關(guān)電路。每個(gè)溫度控制電路包括對(duì)應(yīng)的PT1000溫度傳感器、模擬PID控制電路、MOS管和加熱膜。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，多路溫控電路可同時(shí)工作，又相互獨(dú)立。
文檔編號(hào)G05D23/20GK102541117SQ201010624248
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者劉以農(nóng), 張清軍, 李元景, 趙自然, 鄒湘, 陳志強(qiáng) 申請(qǐng)人:同方威視技術(shù)股份有限公司, 清華大學(xué)