【分享】JA90-750型ICAP光电直读光谱仪的改造

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JA90-750 型ICAP 光电直读光谱仪的改造
引 言
分析仪器是科学研究和开发的重要手段，现代自然科学发展紧密依赖于科研手段的先进性。随着现代科技的迅速发展，分析仪器的日新月异。据保守统计，分析仪器进口总额从2001 年的9 亿美元猛增到2004 年20 亿美元以上，但很多分析仪器老化问题严重，这些仪器价格大都十分昂贵，再买有很大的困难。科技部在《科研条件发展“九五”计划和2010 年远景目标纲要》中特别指出：“要注意对现有的进口仪器改造升级，对覆盖面广、国内已经掌握关键技术的仪器，要分期分批地进行升级改造，充分发挥和挖掘现有资源的潜力。”下面介绍JA90-750 型光电直读光谱仪的升级改造。
1 光谱仪工作原理及J A90-750 型I C A P光电直读光谱仪在外界能量作用下，物质成分的原子会被激发并发射出特征谱线，其强度与原子浓度有关。量子
力学认为，原子或离子光谱的产生是原子或离子发生能级跃迁的结果。在火焰、火花、电弧、等离子炬等光源的激发下，气态原子或离子的外层电子从基态跃迁到激发态。处于激发态的原子或离子是不稳定的，它们很快会自发地从高能级跃迁到低能级，直至返回基态，多余的能量以光子的形式释放出来，从面形成特征谱线，不同元素的特征谱线不同，而强度又与原子浓度有关，根据这些，就可定性定量地测量出物质成分。JA90-750 型ICAP 光电直读光谱仪是吉林大学在联合国开发计划署资助下，于1981 年从美国Jarrell-Ash 公司引进的大型精密分析仪器。该分析仪器内共有50 个测量通道，每个通道都要有对应的通道控制板、积分板、光电倍增管才能进行测量。现在该仪器使用29 个通道，其中有一道用于测量时做时间内标或元素内标以克服仪器的漂移，所以该仪器现在能瞬时测定多达28 种元素的化学成分，广泛应用于地质、治金、能源、化工和环保等方面的样品分析。仪器内部还有测量时使用的曝光灯、不测量时使用的疲劳灯、光谱移位器等器件。仪器的结构可分为激发系统、分光系统、积分测量系统、计算机系统几个部分（见图1）。

JA96-866 在1994 年进行测控系统设计，采用PC286 计算机代替原来的PDP-8A 计算机，采用DOS 环境下的编程语言编写测控软件，当时考虑电路的简单可靠，定时采用系统时钟，设计一块译码控制卡和一块采集卡，在当时取得很好的效果。随着科技的发展，这套系统的弊端日益显露出来，DOS 下程序操作界面不友好，而且每次从键盘输入的字符较多，容易出错，又因为采用系统时钟，导致不能运行Windows 系统，一运行就发生死机现象，分析的速度太慢。为从根本上解决这些问题、进一步开发仪器的功能，在国士资源部的资助下，决定把PC286 计算机换成现在先进的微型计算机，采用Windows 环境下编程语言重新编写测控系统软件，采用外部硬件定时，这样既可精确地定时，又可以不妨碍Windows 系统及其它软件运行，设计一块定时采集卡，代替原来的采集卡和定时部分。

2 与先进微型机的接口设计
接口电路中译码、控制为一块卡，定时、A/D转换为一块卡。使用的主要芯片有74154、8255A、8254、AD574A 等。通过测控电路实施对各个积分测量通道的接通、断开、积分和清零。对光谱移位器的移位和复位，对曝光灯的开与关等项控制。通过A/D 电路实现对各个积分测量通道的模拟信号进行模数转换。通过硬件定时电路可实现精确的定时数据采集。译码控制卡采用原有的卡，定时A/D卡的接口电路（见图2）

用户软件采用Windows 环境下编程语言进行编程，上层操作显示界面采用Visual Basic 6.0 编写，采用Visual C++ 6.0 嵌汇编语言混合编程生成动态库，由Visual Basic 调用动态库以实现对底层操作，测量条件及结果等数据全部以Access 数据库保存，从而大大提高访问速度。本软件设计的要点：（1）融合面向对象编程、模块化编程、数据库编程思想，对工作内容进行分类，明确关系，建立对象，从而使系统软件在维护和使用上很方便；（2）设计专用的动态库，以便有效地实现对底层操作，设计实时测控软件，从而测量方便；（3）为提高软件的效率，在用Visual C++ 编程时嵌入大量的汇编语言代码，软件中对数据库的大量操作全部采用DAO 技术，从而对数据库操作的速度达到最快；（4）软件提供大量容错、纠错、提示、帮助部分，尽量减小用户从键盘输入部分，尽量增加用户用鼠标操作的范围，从而使本软件易使用，操作方便，提高仪器的使用效率；（5）融合网络编程，在软件中设计网络浏览器，且提供帮助文件，从而把帮助和得到国际最新信息融为一体。软件的主程序，各部分的都包含相应的数据处理和打印报表，每一部分均可返回上一部分（见图3）。