专利名称：光电光谱仪脉冲激发光源的光纤耦合控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光源，特别是一种光电光谱仪脉冲激发光源的光纤耦合控制器。
背景技术：
光电直读光谱仪是快速分析物质中多元素含量的大型精密仪器。光电直读光谱仪主要由激发光源、分光系统、测量控制系统(又称读出系统)和一台微型计算机组成。激发光源的作用是使样品在氩气氛围下利用电火花放电的形式激发出样品中所含元素谱线的复合光，经分光、测量，由计算机直接计算出样品中被测元素的含量。目前光电光谱仪定量分析使用的激发光源，用得较多的是脉冲激发光源，激发频率为200 - 1000Hz。光源的激发是在多谐振荡器产生的定时脉冲方波的控制下按步完成的。光源激发时会产生非常强的干扰，受当时技术的限制，一些设计者不能兼顾测控系统和激发光源的技术特点，没有充分发挥测控系统单板计算机的功能，使仪器结构比较复杂。如美国贝尔德公司的光谱仪，其上世纪九十年代的产品使用HR400脉冲激发光源，单板机对光源的控制信号通过光导纤维传到继电器接口板，经继电器信号组合，再用光纤传到光源的继电器板进行控制。国内以上世纪九十年代美国贝尔德光谱仪为基础开发生产的光谱仪，测量控制系统仿制的是与贝尔德一样的MC20测量控制系统，脉冲激发光源同样使用HR400光源的信号板、电源功率板等主要部件，只是在继电器接口板上进行了改进。与贝尔德光谱仪一样，存在使用继电器过多，光源激发频率只有固定的两种(200Hz / 400Hz两种，或者 200Hz / 500Hz两种)，控制方式落后。由于没有用光纤进行信号隔离，对仪器干扰较大。另外，目前国产的光谱仪都仿制进口光谱仪的敞开式电极架，但又没有进口光谱仪的电极架连锁保护装置，分析人员的操作安全存在很大的隐患。当分析人员清理电极架时，其他人用鼠标或键盘启动光源激发、或者计算机由于受到电网干扰等因素引起光源激发时，电极上数万伏的高压很容易伤害分析者的生命。
发明内容针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的就是提供一种光电光谱仪脉冲激发光源的光纤耦合控制器，可有效解决光源干扰和安全使用等问题。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是用单片计算机构成的测控单板计算机通过光纤耦合控制器，用光电转换方式直接控制光源激发，一根光纤传输由测控单板计算机发出的激发所需频率的定时脉冲方波，两根光纤控制光源主继电器和曝光继电器。在激发电极架前安装一个激发按钮开关，与光源主继电器的交流驱动线包连锁，同时， 使用另一根光纤将激发按钮的按动信号传到单板机，分析人员在处理完电极、放好被测样品后再按下激发按钮，光源在计算机的控制下激发，避免了计算机受干扰或其他人的误操作引起的安全事故。据此，本实用新型包括测控单板计算机和光源信号板、继电器，测控单板计算机经发光二极管DSP、光导纤维GX3和光敏三极管QSP串接组成的连接器接光源信号板；测控单板计算机经发光二极管DK2、光导纤维GX2和光敏管QK2串接组成的连接器， 经发光二极管DK1、光导纤维GXl和光敏管QKl串联组成的连接器，经光敏管QST、光导纤维 GX4和发光二极管DST串接组成的连接器，分别接光电耦合可控硅开关板，光电耦合可控硅开关板经电缆接头JM、JM'与桥式整流器D51和激发按钮JF相连，光电耦合可控硅开关板装在激发光源箱内。本实用新型使用光纤传输单板计算机产生的激发定时脉冲，克服了原光源一个继电器只能控制两种激发频率的缺点，在光源硬件允许的激发频率范围内，分析者通过单板机软件可以选择多种激发频率，用光导纤维在测控单板机和激发光源间传输信号，减少了光源激发时对测控系统的干扰。单板机通过定时脉冲控制光源激发，充分发挥单板计算机的作用，以软件代替硬件，用可控硅开关电路代替中间继电器，最大限度减少继电器个数， 在整个仪器的氩气冲洗和光源激发部分，使光谱仪原有的近十个继电器减少到只用两个继电器，提高了仪器的可靠性。

附图是本实用新型的光纤耦合控制器结构原理图。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作详细说明。由附图所示，本实用新型包括测控单板计算机A和光源信号板B、继电器，测控单板计算机经发光二极管DSP、光导纤维GX3和光敏三极管QSP串接组成的连接器接光源信号板；测控单板计算机经发光二极管DK2、光导纤维GX2和光敏管QK2串接组成的连接器， 经发光二极管DK1、光导纤维GXl和光敏管QKl串联组成的连接器，经光敏管QST、光导纤维 GX4和发光二极管DST串接组成的连接器分别接光电耦合可控硅开关板C，光电耦合可控硅开关板经电缆接头JM、JM'与桥式整流器D51和激发按钮JF相连，光电耦合可控硅开关板装在激发光源箱内。所述的光电耦合可控硅开关板是由绝缘的印刷线路板上装有控制电路构成，所述的控制电路是，三极管Q102的基极与光敏管QK2的发射极和电阻R108相连，并经电阻R108 与三极管Q102的发射极及三极管QlOl的发射极相连，三极管Q102的集电极经发光二极管 D104接光电耦合器SR2，光电耦合器SR2经电阻R109接电阻R107，并经电阻R107接光敏管QK2的集电极，光电耦合器SR2接电阻Rl 10、Rl 11和双向可控硅KS2控制端，双向可控硅 KS2另两端间串接有电阻R112和电容C104，电容C104同电阻Rlll和继电器K2相连；三极管QlOl的基极接电阻R102—端和光敏三极管QKl的发射极，三极管QlOl的发射极接电阻 R102另一端及电容C102、电阻R100，三极管QlOl的集电极经发光二极管D103接光电耦合器SR1，光电耦合器SRl经电阻R103接电阻R107、R109、R101和电容C102以及二极管DlOl 正极(+9v端)、电解电容ClOl的正极和三端稳压器QlOO的3端(Vout端)，光电耦合器SRl 分别与电阻R104、R105及双向可控硅KSl相连，电阻R104接电阻R112、R106，电阻R106经电容C103接电阻R105、继电器Kl和电缆接头JM，电缆接头JM的1、3脚相联，接继电器常开触点Kl-C及继电器K1，继电器常开触点Kl-C接继电器K2和变压器TlOO的火线端；二
4极管D105的负极接电阻Rl 13及连接器发光二极管DST的正极，二极管D105的正极接连接器发光二极管DST的负极及变压器TlOO的零线端，二极管D105的负极经电阻R113接继电器Kl和电缆接头JM相连；电缆接头JM'的4脚接氩气电磁阀DCF和桥式整流器D51，电缆接头JM'的1脚、2脚间装有按钮开关JF，3脚接氩气电磁阀DCF和电阻R50，电阻R50接桥式整流器D51，桥式整流器D51上装有发光二极管D50 ；三端稳压器QlOO的2脚(GND端)接地，3脚(Vout端)接电解电容ClOl正极及电容C102，1脚(Vin端)接桥式整流器DlOO及电解电容ClOO的正极，电解电容ClOO负极接地，变压器TlOO经保险管FlOO接220VAC，三端稳压器QlOO的1脚与地线间有串联的发光二极管D102和电阻RlOO ；所述的光源信号板的脉冲信号输出端SP经电阻R接电源+5V，并与连接器的光敏三极管QSP集电极相连，光敏三极管QSP的发射极接地，SP端接至并替代多谐振荡器的输出端。所述的发光二极管DK2的正极接测控单板计算机的电源Vcc，负极经电阻R02接测控单板计算机集成块(门)UlB ；发光二极管DKl正极接电源Vcc，负极经电阻ROl接集成块 UlA ；光敏三极管QST的集电极经电阻R04接电源Vcc ；发光二极管DSP正极接电源Vcc，负极经电阻R03接集成块U1D。由上述电路结构可以看出，所述的光电耦合可控硅开关板是由绝缘的印刷线路板上装有控制电路构成，所述的控制电路是，由保险管F100、变压器T100、桥式整流器D100、 三端稳压器Q100、滤波电容C100、ClOU C102和二极管DlOl构成的典型的直流稳压电源， 两组相同的由三极管(Q101、Q102)进行光电流放大、发光二极管(D103、D104)指示、通过光电耦合可控硅(SRl、SR2)驱动双向可控硅(KSl、KS2)控制继电器的电路，以及有电阻Rl 13、 二极管D105构成的按钮信号电路。单板计算机产生的光源所需的定时脉冲信号经发光二极管Dsp、光导纤维GX3和光敏三极管Qsp组成的光纤耦合连接器接到光源信号板替代原有的多谐振荡器。单板计算机发出的开关信号经发光二极管Dkl、光导纤维GXl和光敏三极管Qkl组成的光纤耦合连接器接到光电耦合可控硅开关板，经三极管QlOl放大后，由光电耦合可控硅SRl驱动双向可控硅KSl控制光源主继电器Kl。单板计算机发出的开关信号经发光二极管Dk2、光导纤维GX2和光敏三极管Qk2组成的光纤耦合连接器接到光电耦合可控硅开关板，经三极管Q102放大后，由光电耦合可控硅SR2驱动双向可控硅KS2控制光源曝光继电器K2。激发按钮开关JF与光源主继电器Kl线包连锁，按钮开关JF按下的信号通过电阻 R113经由发光二极管Dst、光导纤维GX4和光敏三极管Qst组成的光纤连接器接到测控单板计算机。本实用新型的工作情况是，激发按钮JF和发光二极管D50安装在激发样品台上。 光电耦合可控硅开关板的工作情况是，220VAC通过保险管F100、变压器T100，在次级变为 12VAC,经过DlOO桥式整流、ClOO滤波、QlOO稳压成9VDC，供开关板用电。发光二极管D102 作为开关板的上电指示灯。这时，如果单板机信号Jkl为高电平，集成电路UlA用的7407 是同相的集电极开路输出门，其输出端也为高电平，发光二极管Dkl无光，经光导纤维GX1， 光敏三极管Qkl呈高阻状态，致使三极管QlOl截止，光电耦合可控硅SRl初级无电流通过而关断，双向可控硅KSl也处于断开状态，光源主继电器Kl释放(当Kl通过开关JF或Kl-C供电时)。如果单板机信号Jkl为低电平，UlA的输出端也为低电平，发光二极管Dkl发光， 经光导纤维GX1，光敏三极管Qkl导通，使三极管QlOl饱和导通，发光二极管D103作为Kl 继电器信号指示灯亮，光电耦合可控硅SRl和可控硅KSl处于导通状态，主继电器Kl吸合 (在激发按钮JF按下接通状态)。另一路开关信号Jk2通过发光二极管DK2、光纤GX2、光敏三极管QK2、光电耦合可控硅SR2等元器件控制曝光继电器K2的原理与此相同。总之，当Jkl、Jk2为高电平时，相应的继电器释放；Jkl、Jk2为低电平时，相应的继电器得电吸合(Kl在激发按钮JF按下时吸合)。光源定时脉冲的产生在原光源信号板上作如下改动。在信号板上，原有的继电器控制频率的多谐振荡器弃之不用。将图1所示的光敏三极管Qsp的发射极e接到信号板多谐振荡器的5V电源地、集电极c通过电阻R接到信号板多谐振荡器的+5V电源。多谐振荡器的脉冲输出端切断不用，用图1中Qsp的集电极c (即SP)接上取而代之。光源定时脉冲的传输过程如下，在图1，当单板机令Jsp为低电平时，UlD的输出亦为低电平，发光二极管Dsp亮，经光导纤维GX3传导，光敏三极管Qsp受光照导通，集电极输出SP变低电平；反之，当单板机令Jsp高电平时，发光管Dsp灭，经光纤GX3，Qsp未接收到光而呈高阻截止，集电极输出SP为高电平。输入Jsp与输出SP的波形相同。单板机只要在Jsp高、低电平时适当延时，就能输出需要频率的定时脉冲方波SP。光电光谱仪样品的激发要经过氩气冲洗、预燃激发、曝光激发三个阶段。氩气冲洗阶段，图1电磁阀DCF得电打开，大流量氩气经电磁阀进入样品台火花室冲洗，排除空气，此时样品不激发。在预燃和曝光阶段，激发光源按分析要求的频率激发样品。下面说明光源激发的控制过程。在待机状态下，单板计算机发出的开关信号Jkl、Jk2都处高电平，光源K1、K2继电器释放。定时脉冲信号Jsp无脉冲发出。由于激发按钮JF和Kl继电器的常开触点Kl-C 处于开路状态，经限流电阻R113和二极管D105保护的发光二极管Dst的供电回路被切断， Dst无光，通过光导纤维GX4，光敏三极管Qst截止，激发信号Pst为高电平。当计算机分析程序在等待样品激发状态下，在图1，按下JF按钮，220VAC电源经JF 开关、限流电阻R113，正半周时通过发光二极管Dst发光，负半周时通过二极管D105，对发光二极管Dst起到保护作用。电源正半周Dst的光经光纤GX4传到测控单板计算机的光敏三极管Qst，使Qst导通，Pst端为低电平。单板机检测到启动样品激发的Pst为低电平，便启动氩气冲洗、光源激发等操作。首先，单板机令Jkl变低电平，通过光纤和可控硅开关板，使光电耦合可控硅SR1、 双向可控硅KSl导通，主继电器Kl和氩气电磁阀DCF得电，电磁阀打开通入大流量氩气冲洗。同时，电磁阀两端的交流电压经电阻R50限流、D51桥式整流后使发光二极管D50亮， 指示光源激发，免动电极架(D50安装在电极架前)。继电器Kl的吸合，常开触点Kl-C闭合自保，按钮JF按下瞬间就可松开。仪器进入氩气冲洗状态在氩气冲洗阶段，由于Jsp始终无脉冲输出，虽然继电器Kl吸合，但是光源并不激发。冲洗时间到，进入预燃激发阶段。单板机按预定频率由Jsp发出定时脉冲方波，经光电耦合，从光敏三极管Qsp的集电极得到激发定时脉冲信号SP。在定时脉冲SP的驱动下，光源开始激发。
6[0030] 预燃时间到，单板机的Jsp停止发送脉冲，光源停止激发。此时令Jk2为低电平， 经光电耦合，继电器K2得电吸合。K2的吸合，使光源激发主回路储能电容的容量从7. 5uF 减至1. 5uF，激发放电回路增加一个电感。经延时，在K2继电器动作到位后，单板机的Jsp 开始发送脉冲，于是，光源处于曝光激发状态。 曝光时间到，单板机的Jsp停止发送脉冲。单板机令Jk 1、Jk2置高电平，使继电器 KU K2断电释放。Kl释放，在光源激发电路上切断了光源储能电容和点火电容的充电途径 (继电器Kl经改接可同时控制两路电容的充电)；常开触点Kl-C断开，切断发光二极管Dst 的电源，同时彻底切断了主继电器Kl与220VAC的供电(此时激发按钮JF已松开断路)。只要激发按钮JF不按下，无论发生何种情况，光源主继电器Kl都不会动作，确保了操作的安全性。在图1中，如果不安装电阻R113、二极管D105、发光二极管Dst、光导纤维GX4、光敏三极管Qst和电阻R04，则光谱仪在激发样品时的操作与原来基本相同，只是要按下按钮开关JF后才能通过计算机键盘或鼠标启动光源激发。按钮开关JF此时起到激发连锁保护作用。以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，对于电气技术人员，依据本实用新型实施例的方案，在具体的实施过程中，在选择、增减器件等方面可能会有所不同，本说明书的内容不应理解为对本实用新型的限制，凡依本实用新型设计思想所做的任何改变都在本实用新型的保护范围之内。本实用新型具有以下突出的有益技术效果1.通过单板机软件可以选择多种稳定的激发频率。2. 利用光纤控制光源，切断测控系统与光源电的联系，减少光源激发对测控系统的干扰。3.减少继电器，降低仪器故障率。4.安装专用的激发按钮开关，避免发生安全事故，方便操作。
权利要求1.一种光电光谱仪脉冲激发光源的光纤耦合控制器，包括测控单板计算机和光源信号板、继电器，其特征在于，测控单板计算机经发光二极管DSP、光导纤维GX3和光敏三极管 QSP串接组成的连接器接光源信号板，测控单板计算机经发光二极管DK2、光导纤维GX2和光敏管QK2串接组成的连接器，经发光二极管DK1、光导纤维GXl和光敏管QKl串联组成的连接器，经光敏管QST、光导纤维GX4和发光二极管DST串接组成的连接器分别接光电耦合可控硅开关板，光电耦合可控硅开关板经继电器由电缆接头JM、JM'与桥式整流器D51和激发按钮JF相连，光电耦合可控硅开关板装在激发光源箱内。
2.根据权利要求1所述的光电光谱仪脉冲激发光源的光纤耦合控制器，其特征在于， 所述的光电耦合可控硅开关板是由绝缘的印刷线路板上装有控制电路构成，所述的控制电路是，三极管Q102的基极与光敏管QK2的发射极和电阻R108相连，并经电阻R108与三极管 Q102的发射极及三极管QlOl的发射极相连，三极管Q102的集电极经发光二极管D104接光电耦合器SR2，光电耦合器SR2经电阻R109接电阻R107，并经电阻R107接光敏管QK2的集电极，光电耦合器SR2接电阻Rl 10、R111和双向可控硅KS2控制端，双向可控硅KS2另两端间串接有电阻Rl 12和电容C104，电容C104同电阻Rlll和继电器K2相连；三极管QlOl的基极接电阻R102—端和光敏三极管QKl的发射极，三极管QlOl的发射极接电阻R102另一端及电容C102、电阻RlOO，三极管QlOl的集电极经发光二极管D103接光电耦合器SRl，光电耦合器SRl经电阻R103接电阻R107、R109、RlOl和电容C102以及二极管DlOl正极、电解电容ClOl的正极和三端稳压器QlOO的3端，光电耦合器SRl分别与电阻R104、R105及双向可控硅KSl相连，电阻R104接电阻R112、R106，电阻R106经电容C103接电阻R105、继电器Kl和电缆接头JM，电缆接头JM的1、3脚相联，接继电器常开触点Kl-C及继电器K1，继电器常开触点Kl-C接继电器K2和变压器TlOO的火线端；二极管D105的负极接电阻R113 及连接器发光二极管DST的正极，二极管D105的正极接连接器发光二极管DST的负极及变压器TlOO的零线端，二极管D105的负极经电阻R113接继电器Kl和电缆接头JM相连；电缆接头JM'的4脚接氩气电磁阀DCF和桥式整流器D51，电缆接头JM'的1脚、2脚间装有按钮开关JF，3脚接氩气电磁阀DCF和电阻R50，电阻R50接桥式整流器D51，桥式整流器 D51上装有发光二极管D50 ；三端稳压器QlOO的2脚接地，3脚接电解电容ClOl正极及电容C102，1脚接桥式整流器DlOO及电解电容ClOO的正极，电解电容ClOO负极接地，变压器 TlOO经保险管FlOO接220VAC，三端稳压器QlOO的1脚与地线间有串联的发光二极管D102 和电阻RlOO。
3.根据权利要求1所述的光电光谱仪脉冲激发光源的光纤耦合控制器，其特征在于， 所述的光源信号板的脉冲信号输出端SP经电阻R接电源+5V，并与连接器的光敏三极管 QSP集电极相连，光敏三极管QSP的发射极接地。
4.根据权利要求1所述的光电光谱仪脉冲激发光源的光纤耦合控制器，其特征在于， 所述的测控单板计算机的电源Vc c接发光二极管DK2的正极，负极经电阻R02接测控单板计算机集成块UlB ；发光二极管DKl正极接电源Vcc，负极经电阻ROl接集成块UlA ；光敏三极管QST的集电极经电阻R04接电源Vcc ；发光二极管DSP正极接电源Vcc，负极经电阻R03 接集成块UlD。
专利摘要本实用新型涉及光电光谱仪脉冲激发光源的光纤耦合控制器，可有效解决光源干扰和安全使用等问题，其解决的技术方案是测控单板计算机经发光二极管DSP、光导纤维GX3和光敏三极管QSP串接组成的连接器接光源信号板；测控单板计算机经发光二极管DK2、光导纤维GX2和光敏管QK2串接组成的连接器，经发光二极管DK1、光导纤维GX1和光敏管QK1串联组成的连接器，经光敏管QST、光导纤维GX4和发光二极管DST串接组成的连接器，分别接光电耦合可控硅开关板，光电耦合可控硅开关板经电缆接头JM、JM′与桥式整流器D51和激发按钮JF相连，光电耦合可控硅开关板装在激发光源箱内，本实用新型减少了光源激发时对测控系统的干扰，提高了仪器的可靠性。
文档编号G01J3/10GK202008403SQ20112009933
公开日2011年10月12日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者金海泉 申请人:金海泉