專利名稱：一種遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)及控制方法
背景技術(shù)：
惰性氣體質(zhì)譜系統(tǒng)是分析化學(xué)領(lǐng)域中的常用的設(shè)備，其通過分離不同質(zhì)量數(shù)的元素或同位素，來得到相應(yīng)元素或同位素的組成，在分析的過程中惰性氣體質(zhì)譜系統(tǒng)得到結(jié)果，實驗者可以通過對所得到的數(shù)據(jù)結(jié)果來計算樣品中的元素或同位素組成。但是，由于現(xiàn)場客觀條件的限制，現(xiàn)在的惰性氣體質(zhì)譜系統(tǒng)操控和結(jié)果處理只能在實驗室內(nèi)進行，給實驗人員在控制惰性氣體質(zhì)譜系統(tǒng)和處理數(shù)據(jù)帶來了不便。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)，包括遠程客戶端、工控機以及激光熔樣系統(tǒng)、純化系統(tǒng)和質(zhì)譜部分組成的質(zhì)譜系統(tǒng)，遠程客戶端與工控機在以太網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸控制指令、數(shù)據(jù)；工控機與質(zhì)譜系統(tǒng)在冋一控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，工控機控制質(zhì)譜系統(tǒng)中的激光熔樣系統(tǒng)、純化系統(tǒng)和質(zhì)譜部分。遠程客戶端與工控機采用以太網(wǎng)RJ-45連接，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部分采用Labview網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，遠程客戶端通過網(wǎng)絡(luò)接口與Labview網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之間發(fā)送請求、接收響應(yīng)，Labview網(wǎng)絡(luò)服務(wù)給以響應(yīng)來控制工控機端的控制程序，進而控制質(zhì)譜系統(tǒng)。進一步,工控機包括步進電機驅(qū)動卡、圖像米集卡和米集卡，激光溶樣系統(tǒng)包括步進電機、CCD、光柵尺和樣品臺，遠程客戶端通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)向工控機發(fā)送控制指令，通過步進電機驅(qū)動卡控制步進電機，圖像采集卡通過CXD采集樣品臺上樣品的實時圖像，采集卡通過樣品臺上的光柵尺讀取樣品臺的X軸與Y軸位置，工控機將所獲的圖像及位置信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送給遠程客戶端實現(xiàn)遠程控制。進一步，工控機包括數(shù)字I/O卡，遠程客戶端通過向工控機發(fā)送和接收指令，再通過該數(shù)字I/o卡來控制純化系統(tǒng)中相應(yīng)的自動閥閥門的開關(guān)。進一步，質(zhì)譜部分包括多重接口板、系統(tǒng)分析器、磁流單元、離子源單元、接收器單元以及采集單元，工控機與多重接口板之間采用GPIB連接，工控機通過多重接口板從系統(tǒng)分析器讀取數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析器與多重接口板采用帶狀電纜相連，系統(tǒng)分析器為多路轉(zhuǎn)換器，可以對16路輸入通道進行選擇。進一步，多重接口板與磁流單元之間采用帶狀電纜相連，工控機通過對磁流單元的控制來實現(xiàn)控制磁流。進一步，磁流單元包括光電隔離驅(qū)動電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、霍爾電路、比較電路、驅(qū)動電路和霍爾磁鐵線圈，多重接口板把工控機的控制指令送到磁流單元，給定磁流設(shè)定值，通過光電隔離驅(qū)動電路進行隔離，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出模擬量，模擬量與霍爾電路的反饋值經(jīng)比較電路差動放大，再經(jīng)驅(qū)動電路對霍爾磁鐵線圈進行控制。本發(fā)明還公開了上述遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)的控制方法，包括遠程客戶端(I)通過網(wǎng)絡(luò)接口與Labview網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之間發(fā)送請求、接收響應(yīng)，Labview網(wǎng)絡(luò)服務(wù)給以響應(yīng)來控制工控機端的控制程序，進而控制質(zhì)譜系統(tǒng)中的激光熔樣系統(tǒng)、純化系統(tǒng)和質(zhì)譜部分；
質(zhì)譜系統(tǒng)中，樣品經(jīng)過激光熔樣系統(tǒng)熔樣后得到待測氣體，待測氣體進入純化系統(tǒng)純化后，進入質(zhì)譜部分進行分析。進一步，遠程客戶端對激光熔樣系統(tǒng)的控制過程為遠程客戶端通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)向工控機發(fā)送控制指令，其中包括步進電機的控制指令，CCD圖像采集的控制指令，以及光柵尺位置讀取的控制指令，工控機通過步進電機驅(qū)動卡驅(qū)動X軸、Y軸步進電機移動樣品臺，CCD獲得樣品臺上樣品的實時圖像，傳送給工控機的圖像采集卡，獲得圖像反饋，樣品臺上的光柵尺讀取樣品臺的X軸與Y軸位置，反饋給采集卡，獲得位置反饋，工控機在獲得這些反饋后，把所獲得的圖像及位置通過網(wǎng)絡(luò)傳送給遠程客戶端，實現(xiàn)遠程控制。進一步，遠程客戶端讀取質(zhì)譜部分數(shù)據(jù)的過程為工控機將接收指令送到質(zhì)譜系統(tǒng)的多重接口板，質(zhì)譜部分的系統(tǒng)分析器接收到來自多重接口板的通道選擇指令之后，選 取通道，然后經(jīng)過質(zhì)譜部分的采集單元傳送給工控機，工控機再將數(shù)據(jù)傳送給遠程客戶端。本發(fā)明的遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)結(jié)合了 TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)瀏覽器與質(zhì)譜操作系統(tǒng)，使用戶不僅局限于工作在實驗室內(nèi)部，用戶在遠程客戶端發(fā)出控制指令要求，質(zhì)譜服務(wù)器系統(tǒng)會給以響應(yīng)。這樣的話，遠程用戶可以就像在瀏覽網(wǎng)頁一樣來控制質(zhì)譜系統(tǒng)，并通過遠程共享，獲得分析結(jié)果的數(shù)據(jù)。


圖I :遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)控制示意 圖2 :遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)分析過程示意 圖3 :網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不意 圖4 :網(wǎng)絡(luò)服務(wù)傳輸標準協(xié)議示意 圖5 :激光熔樣系統(tǒng)控制示意 圖6 :純化系統(tǒng)控制示意 圖7 :質(zhì)譜部分控制示意 圖8 :磁流控制單元控制示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進行具體描述。如圖I所示，本發(fā)明的遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)主要由三個部分組成遠程客戶端I、工控機2以及激光熔樣系統(tǒng)3、純化系統(tǒng)4和質(zhì)譜部分5組成的質(zhì)譜系統(tǒng)，遠程客戶端I與工控機2在以太網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸控制指令、數(shù)據(jù)等等。工控機2與激光熔樣系統(tǒng)3、純化系統(tǒng)3和質(zhì)譜部分4在同一控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，工控機I控制上述三個部分。質(zhì)譜系統(tǒng)的具體分析過程如圖2所示，樣品經(jīng)過激光熔樣系統(tǒng)3熔樣后得到待測氣體，待測氣體進入純化系統(tǒng)4純化后，進入質(zhì)譜部分5進行分析。如圖3所示，遠程客戶端I與工控機2采用以太網(wǎng)RJ-45連接。遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部分采用Labview (圖形化編程語言)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，具體而言，遠程客戶端I通過網(wǎng)絡(luò)接口(網(wǎng)絡(luò)瀏覽器)與Labview網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之間發(fā)送請求、接收響應(yīng),Labview網(wǎng)絡(luò)服務(wù)給以響應(yīng)來控制工控機端的控制程序，進而控制質(zhì)譜系統(tǒng)。傳輸標準協(xié)議如圖4所示。在協(xié)議的頂層采用了 RESTful (表示性狀態(tài)轉(zhuǎn)移)的架構(gòu)模式，優(yōu)點是簡化了處于應(yīng)用層的客戶端與服務(wù)器之間的實現(xiàn)過程。應(yīng)用層其下分別是傳輸層(TCP)、網(wǎng)絡(luò)層(IP)、數(shù)據(jù)鏈路層及物理層。本發(fā)明遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)的激光熔樣系統(tǒng)3控制過程如圖5所示。遠程客戶端I通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)向工控機2發(fā)送控制指令，其中包括步進電機31的控制指令，CCD (電荷耦合器件圖形傳感器)32圖像采集的控制指令，及光柵尺33位置讀取的控制指令。工控機通過步進電機驅(qū)動卡21驅(qū)動X軸、Y軸步進電機移動樣品臺34。(XD32獲得樣品臺34上樣品的實時圖像，傳送給工控機的圖像采集卡22，獲得圖像反饋。并且，樣品臺34上的光柵尺33讀取樣品臺34的X軸與Y軸位置，反饋給采集卡23，獲得位置反饋。工控機2在獲得這些反饋后，把所獲得的圖像及位置通過網(wǎng)絡(luò)傳送給遠程客戶端1，實現(xiàn)遠程控制。本發(fā)明遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)的純化系統(tǒng)控制如圖6所示。工控機2通過數(shù)字I/O卡24來控制相應(yīng)的自動閥閥門的開關(guān)，從而控制整個純化系統(tǒng)4的工作過程。遠程客戶端I通過與本地的工控機2發(fā)送和接收指令來進行閥門的控制。本發(fā)明遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)的質(zhì)譜部分控制如圖7所示。對質(zhì)譜部分5的控制主要包括了對其磁流單元55，離子源單元54，接收器單元56部分的控制?？刂七^程為，通過控制離子源單元，離子化待測氣體，通過控制磁流單元將所得到的離子進行分離，最后由接收器單元接收。工控機2與多重接口板52之間采用GPIB(通用接口總線)連接。多重接口板52完成工控機2與質(zhì)譜部分5之間的通訊任務(wù)，將工控機2的控制指令送達質(zhì)譜部分5，同時將各單元狀態(tài)反饋給工控機2用于顯示。實現(xiàn)了遠程客戶端、工控機與質(zhì)譜部分之間的數(shù)據(jù)傳輸與控制，并且在這三者之間提供了數(shù)據(jù)必要的隔離，提高了系統(tǒng)的安全性與可靠性。工控機對數(shù)據(jù)的讀取是通過多重接口板52與系統(tǒng)分析器53來實現(xiàn)的，如圖7所示，系統(tǒng)分析器53與多重接口板52采用帶狀電纜相連，系統(tǒng)分析器53為多路轉(zhuǎn)換器，可以對16路輸入通道進行選擇。磁流數(shù)據(jù)的讀取工控機2發(fā)送磁流接收指令到多重接口板52，系統(tǒng)分析器53接收到來自多重接口板52的通道選擇指令之后，選取磁流通道，然后經(jīng)過采集單元傳送給工控機最后讀取磁流數(shù)據(jù)。接收器數(shù)值的讀取工控機2把接收器數(shù)據(jù)接收指令送到多重接口板52，系統(tǒng)分析器53接收到來自多重接口板52的通道選擇指令之后，選取接收器通道，然后讀取接收器單元56采集到的數(shù)值，經(jīng)過采集單元51傳送給工控機2讀取接收器數(shù)值。離子源離子流數(shù)值的讀取工控機2把離子源離子流強度接收指令送到多重接口板52，系統(tǒng)分析器53接收到來自多重接口板52的通道選擇指令之后，選取離子源離子流強度采集通道，然后經(jīng)過采集單元傳送給工控機2讀取離子源離子流數(shù)值。如圖7所示，磁流的控制包括兩個部分，一部分是讀取磁流值，上文已經(jīng)進行了描述。另一部分是通過工控機2對磁流單元55的控制來設(shè)定磁流值。多重接口板52與磁流單元55采用帶狀電纜相連，工控機2通過多重接口板52來發(fā)送控制指令與接受磁流單元55的回應(yīng)。工控機2通過多重接口板52對磁流單元55的控制如圖8所示。多重接口板52把控制指令送到磁流單元55，給定磁流設(shè)定值，為避免磁流發(fā)生電路對數(shù)字電路的干擾，采用光電隔離驅(qū)動電路551進行隔離。經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路552，將接口的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為磁流電路的模擬輸入。模擬輸入量與霍爾電路(霍爾探頭)556的反饋值經(jīng)比較電路553差動放大，經(jīng)驅(qū)動電路 554對霍爾磁鐵線圈555進行控制。
權(quán)利要求
1.一種遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于，包括遠程客戶端(I)、工控機(2)以及激光熔樣系統(tǒng)(3)、純化系統(tǒng)(4)和質(zhì)譜部分(5)組成的質(zhì)譜系統(tǒng)，遠程客戶端(I)與工控機(2)在以太網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸控制指令、數(shù)據(jù)；工控機(2)與質(zhì)譜系統(tǒng)在同一控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，工控機控制質(zhì)譜系統(tǒng)中的激光熔樣系統(tǒng)(3 )、純化系統(tǒng)(4 )和質(zhì)譜部分(5 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于遠程客戶端(I)與工控機(2)采用以太網(wǎng)RJ-45連接，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部分采用Labview網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，遠程客戶端(I)通過網(wǎng)絡(luò)接口與Labview網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之間發(fā)送請求、接收響應(yīng),Labview網(wǎng)絡(luò)服務(wù)給以響應(yīng)來控制工控機端的控制程序，進而控制質(zhì)譜系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于工控機(2)包括步進電機驅(qū)動卡(21)、圖像采集卡(22)和采集卡(23)，激光熔樣系統(tǒng)包括步進電機(31)、CCD (32)、光柵尺(33 )和樣品臺(34 )，遠程客戶端(I)通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)向工控機(2 )發(fā)送控制指令，通過步進電機驅(qū)動卡(21)控制步進電機(31)，圖像采集卡(22)通過CXD (32)采集樣品臺(34)上樣品的實時圖像，采集卡(23)通過樣品臺(34)上的光柵尺(33)讀取樣品臺(34)的X軸與Y軸位置，工控機(2)將所獲的圖像及位置信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送給遠程客戶端(I)實現(xiàn)遠程控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于工控機(2)包括數(shù)字I/O卡(24)，遠程客戶端⑴通過向工控機(2)發(fā)送和接收指令，再通過該數(shù)字I/O卡(24)來控制純化系統(tǒng)中相應(yīng)的自動閥閥門的開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于質(zhì)譜部分(5)包括多重接口板(52)、系統(tǒng)分析器(53)、磁流單元(55)、離子源單元(54)、接收器單元(56)以及采集單元(51)，工控機(2)與多重接口板(52)之間采用GPIB連接，工控機(2)通過多重接口板(52)從系統(tǒng)分析器(53)讀取數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析器(53)與多重接口板(52)采用帶狀電纜相連，系統(tǒng)分析器(53)為多路轉(zhuǎn)換器，可以對16路輸入通道進行選擇。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于多重接口板(52)與磁流單元(55)之間采用帶狀電纜相連，工控機(2)通過對磁流單元(55)的控制來實現(xiàn)控制磁流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)，其特征在于磁流單元包括光電隔離驅(qū)動電路(551)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(552)、霍爾電路(556)、比較電路(553)、驅(qū)動電路(554)和霍爾磁鐵線圈(555)，多重接口板(52)把工控機(2)的控制指令送到磁流單元(55)，給定磁流設(shè)定值，通過光電隔離驅(qū)動電路(551)進行隔離，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(552)輸出模擬量，模擬量與霍爾電路(556 )的反饋值經(jīng)比較電路(553 )差動放大，再經(jīng)驅(qū)動電路(554)對霍爾磁鐵線圈(555)進行控制。
8.權(quán)利要求1-7任一項所述的遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)的控制方法，其特征在于 遠程客戶端(I)通過網(wǎng)絡(luò)接口與Labview網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之間發(fā)送請求、接收響應(yīng)，Labview網(wǎng)絡(luò)服務(wù)給以響應(yīng)來控制工控機端的控制程序，進而控制質(zhì)譜系統(tǒng)中的激光熔樣系統(tǒng)(3)、純化系統(tǒng)(4)和質(zhì)譜部分(5)； 質(zhì)譜系統(tǒng)中，樣品經(jīng)過激光熔樣系統(tǒng)(3)熔樣后得到待測氣體，待測氣體進入純化系統(tǒng)(4)純化后，進入質(zhì)譜部分(5)進行分析。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于遠程客戶端(I)對激光熔樣系統(tǒng)(3)的控制過程為遠程客戶端(I)通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)向工控機(2)發(fā)送控制指令，其中包括步進電機(31)的控制指令，CXD (32)圖像采集的控制指令，以及光柵尺(33)位置讀取的控制指令，工控機(2)通過步進電機驅(qū)動卡(21)驅(qū)動X軸、Y軸步進電機移動樣品臺(34)，CXD (32)獲得樣品臺(34)上樣品的實時圖像，傳送給工控機的圖像采集卡(22)，獲得圖像反饋，樣品臺(34 )上的光柵尺(33 )讀取樣品臺(34 )的X軸與Y軸位置，反饋給采集卡(23 )，獲得位置反饋，工控機(2)在獲得這些反饋后，把所獲得的圖像及位置通過網(wǎng)絡(luò)傳送給遠程客戶端(1)，實現(xiàn)遠程控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的控制方法，其特征在于遠程客戶端(I)讀取質(zhì)譜部分(5)數(shù)據(jù)的過程為工控機(2)將接收指令送到質(zhì)譜系統(tǒng)的多重接口板(52)，質(zhì)譜部分(5)的系統(tǒng)分析器(53 )接收到來自多重接口板(52 )的通道選擇指令之后，選取通道，然后經(jīng)過質(zhì)譜部分(5)的采集單元傳送給工控機，工控機再將數(shù)據(jù)傳送給遠程客戶端(I )。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)及控制方法，遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)包括遠程客戶端、工控機以及激光熔樣系統(tǒng)、純化系統(tǒng)和質(zhì)譜部分組成的質(zhì)譜系統(tǒng)，遠程客戶端與工控機在以太網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸控制指令、數(shù)據(jù)；工控機與質(zhì)譜系統(tǒng)在同一控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，工控機控制質(zhì)譜系統(tǒng)中的激光熔樣系統(tǒng)、純化系統(tǒng)和質(zhì)譜部分。本發(fā)明的遠程控制質(zhì)譜系統(tǒng)結(jié)合了TCP/IP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)瀏覽器與質(zhì)譜操作系統(tǒng)，使用戶不僅局限于工作在實驗室內(nèi)部，用戶在遠程客戶端發(fā)出控制指令要求，質(zhì)譜服務(wù)器系統(tǒng)會給以響應(yīng)。這樣的話，遠程用戶可以就像在瀏覽網(wǎng)頁一樣來控制質(zhì)譜系統(tǒng)，并通過遠程共享，獲得分析結(jié)果的數(shù)據(jù)。
文檔編號G05B19/418GK102621948SQ20121005899
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者劉宇, 張建超, 郝佳龍, 郭春華 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所