本文關(guān)鍵詞：TOF-SIMS離子束偏轉(zhuǎn)電源和真空測(cè)控系統(tǒng)的研制　出處：《吉林大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀(TOF-SIMS)是質(zhì)譜儀的一種,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高和檢測(cè)質(zhì)量范圍寬等優(yōu)點(diǎn),擁有良好的發(fā)展前景。論文依托于國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng):同位素地質(zhì)年代學(xué)專用TOF-SIMS科學(xué)裝置,該項(xiàng)目旨在將TOF-SIMS技術(shù)應(yīng)用于高精度同位素比值分析領(lǐng)域,解決宇宙樣品及地球化學(xué)珍貴樣品穩(wěn)定同位素、稀土元素微區(qū)原位分析的難題。TOF-SIMS需要設(shè)計(jì)離子束控制電路使離子束按照設(shè)計(jì)的路徑飛行,離子束偏轉(zhuǎn)電源和真空測(cè)控系統(tǒng)測(cè)控是同位素地質(zhì)年代學(xué)專用TOF-SIMS科學(xué)裝置離子束控制電路的組成部分。離子束偏轉(zhuǎn)電源的作用是控制離子束飛行方向,校正離子束飛行路徑,彌補(bǔ)機(jī)械部件加工誤差。為此,離子束偏轉(zhuǎn)電源需要具備如下功能:雙通道對(duì)稱輸出、輸出-250V~+250V連續(xù)可調(diào)直流電壓。同時(shí),TOF-SIMS儀器對(duì)離子束偏轉(zhuǎn)電源的紋波與雙通道輸出對(duì)稱性的參數(shù)要求極為嚴(yán)格。為了實(shí)現(xiàn)同位素地質(zhì)年代學(xué)專用TOF-SIMS科學(xué)裝置對(duì)離子束偏轉(zhuǎn)電源的功能性需求和指標(biāo)性需求,本文研制了一部以-10V~+10V電壓信號(hào)控制-250V~+250V輸出的雙端對(duì)稱輸出電源。電源采用多級(jí)放大電路實(shí)現(xiàn)增大電源內(nèi)阻、微調(diào)放大倍數(shù)的功能;采用積分電路并引入可調(diào)偏置電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)電源靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)節(jié);采用一種比較新穎的閉環(huán)負(fù)反饋電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電壓信號(hào)的運(yùn)算放大并抑制輸出紋波;采用可調(diào)反相比例放大電路實(shí)現(xiàn)雙通道對(duì)稱輸出功能。在離子束偏轉(zhuǎn)電源設(shè)計(jì)完成后,使用Multisim軟件對(duì)設(shè)計(jì)完成的電源進(jìn)行軟件仿真以確定其可行性。之后繪制印制電路板并進(jìn)行手動(dòng)焊接、調(diào)試。最后,使用Solidworks軟件設(shè)計(jì)離子束偏轉(zhuǎn)電源的機(jī)箱并將電路板裝箱以完成離子束偏轉(zhuǎn)電源的研制。在完成離子束偏轉(zhuǎn)電源的研制之后,對(duì)電源的關(guān)鍵參數(shù)——紋波、雙通道輸出電壓差和輸出對(duì)稱度進(jìn)行測(cè)試,經(jīng)過(guò)測(cè)試,電源的關(guān)鍵參數(shù)基本滿足提出的參數(shù)指標(biāo):雙通道對(duì)稱輸出,-250V~250V連續(xù)可調(diào)電壓;輸出紋波峰峰值不大于10m V,有效值不大于5m V;最大輸出電壓差值小于0.25V,輸出對(duì)稱度小于0.12%。目前,離子束偏轉(zhuǎn)電源已應(yīng)用在項(xiàng)目正在研發(fā)的4臺(tái)同位素地質(zhì)年代學(xué)專用TOF-SIMS科學(xué)裝置中。超高真空是形成離子束的必要條件,因此,SIMS儀器均需要一套真空測(cè)控系統(tǒng)控制儀器的各真空部件使儀器獲得超高真空,并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀器真空狀態(tài)。由于儀器結(jié)構(gòu)不同,國(guó)外先進(jìn)儀器的真空測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案無(wú)法直接套用于項(xiàng)目,需要參照同類儀器設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)與項(xiàng)目配套的真空測(cè)控系統(tǒng)。文章首先進(jìn)行需求分析,選定真空測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。然后,按照選定方案從芯片選型、原理圖設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)三個(gè)方面完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文采用STM32F103作為主控芯片實(shí)現(xiàn)了對(duì)外圍電路包括串口拓展電路、RS485電平轉(zhuǎn)換電路、RS232電平轉(zhuǎn)換電路、人機(jī)交互電路、真空部件電路的控制。使用GM8125串口拓展芯片將232總線拓展為8路實(shí)現(xiàn)對(duì)4部真空規(guī)控制器、4部機(jī)械泵的控制;使用RS485總線控制4部分子泵;使用遠(yuǎn)程繼電器控制4部真空板閥。最后,本文提出了一種智能真空控制策略,為日后對(duì)真空測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行改良提供了一個(gè)思路。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273

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本文編號(hào)：1354223