李玉豪

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器已經(jīng)成為了當(dāng)前四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)的主要設(shè)備，相對于傳統(tǒng)儀器而言，虛擬儀器主要基于計算機技術(shù)而產(chǎn)生，其應(yīng)用效果以及相對良好。本文在簡要介紹了虛擬儀器以及四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)的同時，詳細(xì)研究了基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)的問題，希望能夠為有關(guān)領(lǐng)域提供參考，從而使虛擬儀器技術(shù)下的四級桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)的功能能夠達到更好。

【關(guān)鍵詞】虛擬儀器技術(shù) 四極桿質(zhì)譜 測控系統(tǒng) 設(shè)計 實現(xiàn)

四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)是質(zhì)譜測控系統(tǒng)的一個主要類型，基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)在應(yīng)用過程中具有性價比高的優(yōu)勢，因此有必要對其設(shè)計問題進行研究。

1 虛擬儀器與四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)概述

1.1 虛擬儀器概述

虛擬儀器（Virtual Instruments）簡稱VI，是將目前所形成的儀器技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合所實現(xiàn)的一種儀器[1]。與計算機技術(shù)的融合是虛擬儀器相對于傳統(tǒng)儀器特殊性的主要體現(xiàn)。傳統(tǒng)儀器在運行過程中，其硬件設(shè)備出現(xiàn)故障不可避免，對故障的解決會影響設(shè)備的使用效率，同時也會造成維修成本的浪費，在虛擬儀器技術(shù)下，系統(tǒng)的修改以及優(yōu)化的靈活性得到了極大程度的提高，同時設(shè)備的性能也能夠得到很好的維護，這對于系統(tǒng)功能的順利發(fā)揮具有重要價值。

1.2 四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)概述

四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)是質(zhì)譜測控系統(tǒng)中的一種。質(zhì)譜測控系統(tǒng)的功能在于對樣本的質(zhì)譜進行分析，進而達到了解樣本基本性能的目的。目前，質(zhì)譜測控系統(tǒng)在各個領(lǐng)域均有所應(yīng)用，基于虛擬儀器的四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)而言具有極大的應(yīng)用優(yōu)勢，將其應(yīng)用于上述檢測過程中，能夠有效改善傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的不足，進而更好的實現(xiàn)測試目的。

2 基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 框架設(shè)計

基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)框架如圖1所示[2]。

基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)主要由四大模塊組成，分別為登陸模塊、數(shù)據(jù)采集卡控制模塊、質(zhì)譜儀控制模塊以及激光控制模塊。上述四種模塊均屬于Lab VIEW主程序，是在Lab VIEW8.6的環(huán)境下所開發(fā)出的一種系統(tǒng)程序。

2.2 硬件設(shè)計

基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)硬件主要包括電磁閥、氣動閥、四級桿分析儀、轉(zhuǎn)換器、分子泵、離子泵以及真空計與激光加熱器等多種。其中電磁閥以及氣動閥的功能在于實現(xiàn)對氣動閥門的開啟以及關(guān)閉，最終達到對閥門進行控制的目的。四級桿分析器的功能在于實現(xiàn)對樣本的壓強測試。而基于USB-CAN轉(zhuǎn)換器下的分子泵等部分的功能則在于完成超高真空的實現(xiàn)過程。上述硬件通過與計算機中的I/0卡、串口以及USB接口的結(jié)合，實現(xiàn)了整個質(zhì)譜測試過程。

2.3 軟件設(shè)計

基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)軟件主要由登陸模塊、數(shù)據(jù)采集卡控制模塊、質(zhì)譜儀控制模塊以及激光控制模塊四大部分構(gòu)成，對系統(tǒng)軟件的設(shè)計需要在上述四大模塊的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。

首先，對登陸模塊的設(shè)計十分重要。在登陸模塊中需要采取用戶名加密碼的設(shè)計方式實現(xiàn)對用戶登陸權(quán)限的控制。其次，數(shù)據(jù)采集卡控制模塊設(shè)計的目的要以真空腔閥門開關(guān)功能的實現(xiàn)為主，對此，可以通過對開關(guān)按鈕的安裝以及設(shè)置來實現(xiàn)。再次，質(zhì)譜儀測控模塊的設(shè)計要保證其能夠?qū)崿F(xiàn)對質(zhì)譜儀中信息的自動提取，同時還要能夠自動的對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行保存。在整個軟件模塊的設(shè)計過程中，這一模塊屬于系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心，因此必須得到重視。最后，在激光加熱器控制模塊的設(shè)計過程中，需要包含對這一器械的開關(guān)以及探頭定位等諸多方面的內(nèi)容，要使加熱過程能夠在系統(tǒng)控制的前提下自動完成。

3 基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)的實現(xiàn)

在系統(tǒng)設(shè)計完成之后，為了確定系統(tǒng)的設(shè)計是否能夠達到一定的效果，需要通過展開試驗的方式來完成。本文主要針對完成超高真空和氣體流動的電路與氣路進行了實現(xiàn)。在完成設(shè)備參數(shù)的配置之后，對設(shè)備所需要的控制的合法性進行了判斷，在合法的前提下，對腔內(nèi)的真空水平進行了分析，并在此基礎(chǔ)上，通過灌入待測氣體的方式進行了串口測試。測試完成之后對數(shù)據(jù)進行了保存。通過對試驗所得出的數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，基于虛擬儀器技術(shù)的四級桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)的功能能夠得到很好的發(fā)揮，因此值得被應(yīng)用于實踐過程中。

4 結(jié)語

綜上，基于虛擬儀器技術(shù)的四級桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)的設(shè)計需要從硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩個角度出發(fā)來實現(xiàn)，在硬件設(shè)計中，保證各硬件的使用性能需要成為設(shè)計的重點。而在軟件設(shè)計中，則需要從軟件的功能出發(fā)，對其進行合理的設(shè)計，這樣才能使其與硬件充分結(jié)合，進而達到提高系統(tǒng)性能的目的。

參考文獻：

[1]陳家輝.基于虛擬儀器技術(shù)的四極桿質(zhì)譜測控系統(tǒng)[D].華南理工大學(xué)，2012.

[2]郭北濤，柳洪義，曹陽，羅忠，王菲.基于虛擬儀器技術(shù)的電磁閥綜合特性測控系統(tǒng)[J].儀器儀表學(xué)報，2010（02）：293-298.