陳蓉

（共享集團(tuán)公司，銀川750021）

自改造金屬直讀光電光譜儀的應(yīng)用

陳蓉

（共享集團(tuán)公司，銀川750021）

DV-6SN金屬直讀光電光譜儀經(jīng)過(guò)十幾年運(yùn)轉(zhuǎn)，在硬件上出現(xiàn)老化問(wèn)題，設(shè)備故障率不斷，配件短缺，不能正常使用，軟件不能適應(yīng)檢測(cè)數(shù)據(jù)信息化的要求。光譜儀經(jīng)過(guò)軟件、硬件的改造，在確保儀器分析精度不降低的前提下，通過(guò)改造升級(jí)舊光譜儀器的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等；真空泵，部分有問(wèn)題配件國(guó)產(chǎn)化改造，并配備新開發(fā)的光譜分析專用軟件，能實(shí)現(xiàn)金屬直讀光譜儀正常運(yùn)行，提高檢測(cè)準(zhǔn)確度，提高工作效率，舊光譜儀器獲得新生，實(shí)現(xiàn)儀器的全面信息化數(shù)字化管理。

金屬直讀光譜儀；軟件；硬件

0 前言

DV-6SN金屬直讀光譜儀是美國(guó)進(jìn)口設(shè)備，主要用于電爐鑄鐵的成分控制，以及鋼材的檢測(cè)，配置IBM486計(jì)算機(jī)。運(yùn)行十幾年配合電爐鑄鐵每年完成約兩萬(wàn)多鑄鐵樣品，檢測(cè)項(xiàng)目達(dá)42萬(wàn)個(gè)之多，充分發(fā)揮了金屬直讀光譜分析技術(shù)速度快、精密度高及多元素同時(shí)測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)公司產(chǎn)品質(zhì)量的控制、改進(jìn)和提高起了重大的作用。

該儀器主機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)完好。在硬件上出現(xiàn)老化問(wèn)題，故障頻發(fā)：首先真空泵漏油，不能抽到儀器要求的真空度；其次儀器不能正常的維護(hù)保養(yǎng)，設(shè)備維修儀器恢復(fù)正常很慢，日常檢測(cè)都不能保證進(jìn)行；再次，激發(fā)臺(tái)發(fā)熱，不能連續(xù)做樣，結(jié)果容易出現(xiàn)問(wèn)題，嚴(yán)重影響檢測(cè)效率。該設(shè)備由于購(gòu)于20世紀(jì)90年代，由于當(dāng)時(shí)軟件操作系統(tǒng)為DOS操作系統(tǒng)。控制及數(shù)據(jù)不僅處理落后，數(shù)據(jù)處理慢老化，隨之產(chǎn)生的故障率高，而且計(jì)算機(jī)控制部分一旦出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)儀器處于不能工作狀態(tài)。

運(yùn)行十幾年的舊直讀光譜儀，由于生產(chǎn)廠商被收購(gòu)和舊機(jī)型已停產(chǎn)，進(jìn)口備件不再生產(chǎn)或采購(gòu)困難，使得昂貴的光譜儀處于停機(jī)狀態(tài)，無(wú)法保障正常生產(chǎn)使用。因此DV-6SN金屬直讀光譜儀的軟件升級(jí)、硬件國(guó)產(chǎn)化改造具有重要的意義。

1 儀器改造

DV-6SN金屬直讀光譜儀的硬件系統(tǒng)改造包括：氬氣凈化機(jī)管路改造，真空泵備件國(guó)產(chǎn)化，激發(fā)臺(tái)面?zhèn)浼?guó)產(chǎn)化，分子篩備件改造國(guó)產(chǎn)化，測(cè)量控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)換型。軟件系統(tǒng)改造：操作軟件系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)儀器數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程即可傳送。對(duì)儀器改造前后的性能及參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)改造后對(duì)鑄鐵，低合金鋼，高合金鋼，高錳鋼等材料測(cè)試方法的研究，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)樣品驗(yàn)證，以及不同實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)比對(duì)，升級(jí)改造后檢測(cè)準(zhǔn)確度、精密度有所提高，完全可以滿足生產(chǎn)檢測(cè)的需要。

1.1 計(jì)算機(jī)國(guó)產(chǎn)通用商業(yè)化

DV-6SN金屬直讀光譜儀的計(jì)算機(jī)及MC20系統(tǒng)是該儀器控制的中心。改造后，保留原儀器的數(shù)據(jù)傳送接口、光學(xué)、電路、機(jī)械、光源關(guān)鍵的硬件部分及不可能更換的硬件。從而實(shí)現(xiàn)從IBM486向國(guó)產(chǎn)商務(wù)機(jī)改造。其特點(diǎn)：（1）從儀器采集的數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)處理，然后數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理。（2）商業(yè)化通用性計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了控制儀器的計(jì)算機(jī)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展可以不斷更新，國(guó)產(chǎn)化、商業(yè)化。

1.2 分析操作軟件國(guó)產(chǎn)化改造

原DV-6SN金屬直讀光譜儀分析操作軟件采用DOS環(huán)境下的編程語(yǔ)言編寫測(cè)控軟件，隨著計(jì)算機(jī)的硬件、軟件迅速發(fā)展，原系統(tǒng)反映的問(wèn)題比較多，DOS英文操作下程序操作界面，界面不直觀，要求操作者技能高，會(huì)計(jì)算機(jī)操作還要會(huì)英文。又因?yàn)橄到y(tǒng)2000年時(shí)鐘問(wèn)題，分析過(guò)程發(fā)生卡機(jī)現(xiàn)象，反映界面遲鈍，分析速度慢。不能用鼠標(biāo)操作，所有信息必須通過(guò)打印機(jī)輸出。分析軟件控樣標(biāo)準(zhǔn)化程序設(shè)計(jì)不合理，必須全部控樣標(biāo)準(zhǔn)化，不能進(jìn)行對(duì)部分元素控樣標(biāo)準(zhǔn)化，當(dāng)樣品結(jié)果與控樣標(biāo)準(zhǔn)化塊的結(jié)果成分差別大時(shí)，出現(xiàn)檢測(cè)錯(cuò)誤，軟件設(shè)計(jì)不合理。

針對(duì)該儀器的問(wèn)題，開發(fā)研制了智能化DV-6SN金屬直讀光譜儀軟件操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)用技術(shù)機(jī)匯編語(yǔ)言支持程序計(jì)算控制，結(jié)合微軟ACESS數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)接收處理發(fā)送。操作系統(tǒng)升級(jí)到WindowsXP系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了中文界面，對(duì)DV-6SN金屬直讀光譜儀進(jìn)行硬件控制。

1.3 氬氣凈化機(jī)管路改造

由于氬氣的質(zhì)量直接關(guān)系到光譜檢測(cè)的質(zhì)量，只有一條氬氣管路，常常會(huì)碰到氬氣凈化機(jī)失效問(wèn)題，因此對(duì)光譜儀到氬氣凈化機(jī)的氬氣管道進(jìn)行了改造，氬氣即可以直接進(jìn)儀器，還可以同時(shí)連接氬氣凈化機(jī)，材料全部采用不銹鋼材料連接而成。

1.4 真空泵改造

原裝真空泵價(jià)格較貴，光譜儀的高壓開關(guān)無(wú)法打開，設(shè)備就無(wú)法使用。真空泵漏油，不能抽到儀器要求的真空度已困擾了大約3a的時(shí)間，先更換國(guó)產(chǎn)普通的真空泵，聲音噪音太大，油污染也很嚴(yán)重，使用不到半年就出現(xiàn)問(wèn)題，分子篩經(jīng)常進(jìn)油等，真空泵漏油也維修幾次，問(wèn)題仍不能解決。采用進(jìn)口國(guó)內(nèi)組裝生產(chǎn)的真空泵，滿足了光譜儀真空要求，運(yùn)行噪音小，抽真空速度快，價(jià)格是原裝價(jià)格為一半。

1.5 分子篩備件改造國(guó)產(chǎn)化

分子篩經(jīng)常進(jìn)油，主要由于真空泵問(wèn)題，備品備件難以尋覓，維修。自己填充分子篩吸附材料，再用膠密封好金屬網(wǎng)，效果較好，解決分子篩備品備件問(wèn)題。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

灰鑄鐵，球磨鑄鐵，中低合金鋼，高合金鋼，高錳鋼等鋼鐵材料。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法［1-3］進(jìn)行測(cè)定。

2.3 改造前后儀器性能和參數(shù)對(duì)比

改造后該光譜儀的光柵、檢測(cè)器、元素板等關(guān)鍵設(shè)計(jì)硬件進(jìn)行保留，該光譜儀改造后又增加了新的功能，儀器改造前后部分性能和參數(shù)作了比較。

2.3.1 光譜儀檢測(cè)操作系統(tǒng)

改造前DOS英文操作下程序操作界面，改造后WindowsXP系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了中文界面對(duì)主機(jī)進(jìn)行運(yùn)行控制，如圖1，2所示。鼠標(biāo)可以控制主機(jī)運(yùn)行和多功能操作，可以任意編輯報(bào)告格式，人員授權(quán)控制等功能增加。

圖1 原光譜儀控樣標(biāo)準(zhǔn)化界面Figure 1 Original standard interface of spectrometer control sample.

2.3.2 分析軟件程序創(chuàng)新設(shè)計(jì)

舊軟件設(shè)計(jì)不能進(jìn)行對(duì)部分元素控樣標(biāo)準(zhǔn)化，當(dāng)樣品結(jié)果與控樣標(biāo)準(zhǔn)化塊的結(jié)果成分差別大時(shí)，出現(xiàn)檢測(cè)錯(cuò)誤。改造后軟件控樣校準(zhǔn)程序可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，不需要控樣標(biāo)準(zhǔn)化的元素直接由曲線計(jì)算，控制樣品標(biāo)準(zhǔn)化界面對(duì)比，如圖1，2所示。提高了檢測(cè)準(zhǔn)確度?？貥訕?biāo)準(zhǔn)化也可以采用單點(diǎn)或雙點(diǎn)校正。

2.3.3 數(shù)據(jù)處理及輸出

光譜檢測(cè)完畢，通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)站數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)發(fā)送到電爐熔煉配料用計(jì)算機(jī)，界面就可完成數(shù)據(jù)傳送。根據(jù)需求直接打印化學(xué)分析報(bào)告，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。

圖2 改造后光譜儀控樣標(biāo)準(zhǔn)化界面Figure 2 Standard interface of spectrometer control sample after modification.

2.3.4 改造前后儀器技術(shù)參數(shù)對(duì)比

儀器改造前后的參數(shù)比較見表1。由于受光柵的污染，使儀器的檢出限、精密度下降?？傊脑旌?，性能有一部分提高，拓展了檢測(cè)曲線，并延長(zhǎng)其使用壽命，達(dá)到儀器改造的目的。

表1 儀器改造前后的參數(shù)比較（以鑄鐵為例）Table 1 Results comparison of instrument parameters before and after modification（using cast iron as an example）

2.4 光譜改造后儀器的應(yīng)用

光譜改造后儀器應(yīng)用在鑄鐵、中低合金鋼、不銹鋼等鋼鐵材料中的光譜檢測(cè)，按金屬直讀光譜方法再現(xiàn)性判定，用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證結(jié)果，見表2，檢測(cè)絕對(duì)誤差符合再現(xiàn)性要求。

表2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證比對(duì)結(jié)果Table 2 Results comparison in standard reference materials /%

3 結(jié)論

針對(duì)高檔精密儀器領(lǐng)域進(jìn)行軟件、硬件的改造，軟件程序創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使高檔精密儀器更好地發(fā)揮其作用。計(jì)算機(jī)國(guó)產(chǎn)化，緊跟計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展的步伐，分析速度加快。中文分析軟件界面更直觀，操作更方便。分析操作軟件的重新設(shè)計(jì)，提高檢測(cè)準(zhǔn)確度、精密度。改造后的儀器計(jì)算機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)算，數(shù)據(jù)接收速度明顯提高。儀器改造后使用了1a多，所有故障問(wèn)題已經(jīng)解決，可以正常停機(jī)維護(hù)保養(yǎng)并半個(gè)小時(shí)可以恢復(fù)光譜檢測(cè)，并且儀器的性能整體有所提高，儀器的潛能等得到很大的發(fā)揮，延長(zhǎng)了儀器使用壽命，以較小的成本使舊光譜儀器獲得新生，實(shí)現(xiàn)儀器的全面信息化數(shù)字化管理，在生產(chǎn)中發(fā)揮巨大的作用。

［1］全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T4336—2002碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發(fā)射光譜分析方法（常規(guī)法）［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

［2］全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T11170—2008不銹鋼多元素含量測(cè)定火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［3］全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T24234—2009鑄鐵多元素含量測(cè)定火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

Application of Modified Metal Optical Spectrometery

CHEN Rong
（KOCELGroupCompany，Yinchuan，Ningxia750021，China）

After more than ten years of operation，DV-6SN metal direct reading optical spectrometer had several problems in both hardware and software.In hardware，the instrument cannot work normally due to ageing equipment，continuous equipment failure rate and parts shortages.In software，it cannot meet the requirement of detection data information.Therefore，this paper discussed and modified the hardware and software of DV-6SN metal direct reading optical spectrometer，mainly including updating the computer control system and data acquisition system，replacing of the vacuum pump，localizing other failure accessories and equipping newly development software for spectral analysis.On the premise of not reducing the accuracy，these improvement measures can not only ensure the instrument work normally，but also improve work efficiency，make old spectrometer device obtained new life and achieve complete information and digital management.

direct-reading metal spectrometers；software；hardware

O657.3；TH744.1

A

2095-1035（2015）03-0083-04

2015-02-27

2015-04-24

陳蓉，女，高級(jí)工程師，主要從事冶金材料化學(xué)分析及光譜等方面的研究。E-mail：nxyccr＿2006＠163.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2015.03.020