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专利号: 2016102432649
申请人: 东华理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种离子迁移谱仪,包括用于完成离子迁移的迁移管、用于生成试剂离子的电离源、用于向迁移管内输送样品气体的进样装置、用于干燥并净化载气的分子筛,其特征在于,还包括处理器单元以及电连接到所述处理器单元的温度控制单元、湿度传感单元和流量控制单元,其中,进样装置的入口处设置有用于向进样装置输入载气的真空泵,真空泵连接到一电机的转轴且所述转轴上安装有一转速传感器,所述转速传感器电连接至处理器单元,所述电机连接至流量控制单元的驱动器;

还包括加湿瓶和流量阀,所述分子筛连接在迁移管的出气口和进气口之间,所述加湿瓶和流量阀通过管路连接在分子筛出口端与电离源之间,连接至分子筛出口端的一入口管路伸入到加湿瓶的液体中,连接至电离源的一出口管路伸入到加湿瓶内且不接触液面,流量阀设置在电离源和加湿瓶之间的所述出口管路上。

2.根据权利要求1所述的离子迁移谱仪,其特征在于,所述湿度传感单元包括A/D转换电路和接口电路,布置在迁移管的出气口和分子筛的出口端的湿度传感器分别通过A/D转换电路、接口电路电连接到处理器单元;所述处理器单元将接收的来自迁移管的出气口处的湿度传感器的信号值与来自分子筛的出口端处的湿度传感器的信号值相减得到二者的差值,将所述差值与分子筛的静态水吸附指标下限值相比较来判断分子筛是否失效。

3.根据权利要求1所述的离子迁移谱仪,其特征在于,所述温度控制单元包括由A/D转换电路和信号放大电路组成的温度采集电路,分别布置在迁移管的加热层、进样装置箱体内部以及迁移管的进样口处的温度传感器经由A/D转换电路和信号放大电路电连接到处理器单元。

4.根据权利要求3所述的离子迁移谱仪,其特征在于,所述温度控制单元还包括由功率场效应管开关电路组成的加热电路,布置在加热层中的加热电阻丝通过功率场效应管开关电路电连接到处理器单元。

5.根据权利要求2所述的离子迁移谱仪,其特征在于,所述温度控制单元包括由A/D转换电路和信号放大电路组成的温度采集电路,分别布置在迁移管的加热层、进样装置箱体内部以及迁移管的进样口处的温度传感器经由A/D转换电路和信号放大电路电连接到处理器单元。

6.根据权利要求5所述的离子迁移谱仪,其特征在于,所述温度控制单元还包括由功率场效应管开关电路组成的加热电路,布置在加热层中的加热电阻丝通过功率场效应管开关电路电连接到处理器单元。

7.根据权利要求1至6任一项所述的离子迁移谱仪,其特征在于,还包括用于设定进样装置的进样温度、解吸温度和迁移管的管体温度以及载气流量参数值的按键输入单元,其电连接到处理器单元。

8.根据权利要求1至6任一项所述的离子迁移谱仪,其特征在于,还包括液晶显示单元,其电连接到处理器单元。

9.根据权利要求7所述的离子迁移谱仪,其特征在于,还包括液晶显示单元,其电连接到处理器单元。

10.一种载气流量控制方法,用于权利要求1至9任一项所述的离子迁移谱仪中,包括以下步骤:(1)转速与流量的关系模型获取步骤:获取真空泵转速v与载气流量f之间的关系模型,通过历史数据或模拟实际工作场景的实验数据进行多项式拟合而得到,即:f=m0+m1v+m2v2+...+mnvn   ①

其中,m0,m1,m2,...,mn为模型系数,n为2~4,模型系数可通过最小二乘法求解;

(2)离线学习步骤:通过真空泵将载气引入离子迁移谱仪的迁移管内,并改变真空泵的转速v,记录并分析所述离子迁移谱仪获取的信号强度和信号曲线,根据专家经验或专家模糊智能学习算法获得目标转速vop,并根据式①获取目标流量fop;

(3)参数设定步骤:通过按键输入单元设置目标流量fop、载气流量误差下界值Δfmin、载气流量误差上界值Δfmax以及积分误差限Δfint,其中,满足关系Δfint<Δfmin<Δfmax;

(4)专家辅助PID控制调整步骤:采用闭环PID控制策略,将目标流量fop作为输入,控制量为真空泵的目标流量fop和输出流量fout之差ef(k)以及差值变化率Δef(k),其中,ef(k)为流量误差ef的第k个值;PID参数采用专家经验进行调整:规则1:当|ef(k)|>Δfmax时,使控制器的输出fout达到最大,误差绝对值|ef(k)|以最大速度减小;

规则2:当ef(k)·Δef(k)≥0时,若|ef(k)|≥Δfmin,PID控制器的输出为:u(k)=u(k-1)+k1{Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}其中,k1为增益放大系数,k1>1,u(k)为控制器的第k次输出;

若|ef(k)|<Δfmin,PID控制器的输出为:

u(k)=u(k-1)+k2{Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}其中,k2为增益放大系数,0<k2<1;

规则3:ef(k)·Δef(k)<0且ef(k)·Δef(k-1)>0或者ef(k)=0时,保持PID控制器的输出不变;

规则4:ef(k)·Δef(k)<0且ef(k)·Δef(k-1)<0时,若|ef(k)|≥Δfmin,则PID控制器的输出为:u(k)=u(k-1)+k1Kpe(k);

若|ef(k)|<Δfmin,PID控制器的输出为:

u(k)=u(k-1)+k2Kpe(k);

规则5:若|ef(k)|<Δfint时,加入积分控制环节,减小稳态误差。