本文關(guān)鍵詞：TOF-SIMS離子束偏轉(zhuǎn)電源和真空測控系統(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)簡單、靈敏度高和檢測質(zhì)量范圍寬等優(yōu)點,擁有良好的發(fā)展前景。論文依托于國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項:同位素地質(zhì)年代學(xué)專用TOF-SIMS科學(xué)裝置,該項目旨在將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)計離子束控制電路使離子束按照設(shè)計的路徑飛行,離子束偏轉(zhuǎn)電源和真空測控系統(tǒng)測控是同位素地質(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:雙通道對稱輸出、輸出-250V~+250V連續(xù)可調(diào)直流電壓。同時,TOF-SIMS儀器對離子束偏轉(zhuǎn)電源的紋波與雙通道輸出對稱性的參數(shù)要求極為嚴(yán)格。為了實現(xiàn)同位素地質(zhì)年代學(xué)專用TOF-SIMS科學(xué)裝置對離子束偏轉(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電壓信號控制-250V~+250V輸出的雙端對稱輸出電源。電源采用多級放大電路實現(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)偏置電壓實現(xiàn)對電源靜態(tài)工作點的調(diào)節(jié);采用一種比較新穎的閉環(huán)負(fù)反饋電路實現(xiàn)對輸入電壓信號的運(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現(xiàn)雙通道對稱輸出功能。在離子束偏轉(zhuǎn)電源設(shè)計完成后,使用Multisim軟件對設(shè)計完成的電源進(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)行手動焊接、調(diào)試。最后,使用Solidworks軟件設(shè)計離子束偏轉(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,對電源的關(guān)鍵參數(shù)——紋波、雙通道輸出電壓差和輸出對稱度進(jìn)行測試,經(jīng)過測試,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,輸出對稱度小于0.12%。目前,離子束偏轉(zhuǎn)電源已應(yīng)用在項目正在研發(fā)的4臺同位素地質(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,并實時監(jiān)測儀器真空狀態(tài)。由于儀器結(jié)構(gòu)不同,國外先進(jìn)儀器的真空測控系統(tǒng)設(shè)計方案無法直接套用于項目,需要參照同類儀器設(shè)計方案設(shè)計與項目配套的真空測控系統(tǒng)。文章首先進(jìn)行需求分析,選定真空測控系統(tǒng)實現(xiàn)方案。然后,按照選定方案從芯片選型、原理圖設(shè)計、軟件設(shè)計三個方面完成了系統(tǒng)的設(shè)計。本文采用STM32F103作為主控芯片實現(xiàn)了對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路實現(xiàn)對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,為日后對真空測控系統(tǒng)進(jìn)行改良提供了一個思路。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP273

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本文編號：1354223