[发明专利]一种用于X射线荧光光谱仪的恒温控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于X射线荧光光谱仪的恒温控制系统及控制方法，属于光谱仪恒温控制技术领域。

背景技术

X射线荧光光谱分析技术，具有制样简单、分析精度高、准确度好、成本低、低污染、能同时对多元素快速分析等优点，应用领域广泛，已成为现代分析实验室必有的三大仪器之一。据不完全统计，全国各个分析领域拥有各种类型的大功率波长色散X射线荧光光谱仪超过2000台，并且以每年200-300台的速度在增加或更新。由于目前国内尚无大功率波长色散X射线荧光光谱仪的生产基地，长期依赖进口，因此，研究、设计、开发拥有自主知识产权的X射线荧光光谱仪是十分必要的。

X射线荧光光谱定性分析的基本原理可以表述为：样品受X射线照射后，其中各元素原子的內壳层（K、L或者M壳层）电子被激发逐出原子而引起壳层电子跃迁，并发射出该元素的特征X射线（荧光）。每一种元素都有其特定波长（或能量）的特征X射线。通过测定样品中特征X射线的波长（或能量），便可确定样品中存在何种元素。

X射线荧光光谱定量分析的基本原理可以表述为：元素特征X射线的强度与该元素在样品中的原子数量（即含量）成比例，因此通过测量样品中某元素特征X射线的强度，采用适当的方法进行校准与校正，便可求出该元素在样品中的含量。

无论是定性分析还是定量分析，一般都采用晶体分光的方法测量X射线的波长或强度，分光晶体作为X射线衍射的光栅。由于晶体都存在一定的热膨胀系数，所以温度的变化会引起晶体的面间距变化，从而引起探测角度的变化，给测量带来误差。因此，尽量保持分光晶体所在环境的温度稳定，是提高测量准确度的一个重要方面。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种用于X射线荧光光谱仪的恒温控制系统及控制方法，实现温度分辨率0.1℃，温度设置及控制精度36±0.2℃。

一种用于X射线荧光光谱仪的恒温控制系统，包括测温和控温两个部分；

测温部分包括恒流源驱动电路、电桥测温电路、滤波放大限幅电路；

控温部分包括控制芯片、加热器驱动电路；

应用于一种用于X射线荧光光谱仪的恒温控制系统的控制方法，包括以下几个步骤：

步骤一：高精度电压基准芯片AD588BQ输出精准的+5V的基准电压，分别输出至OP07AZ1的正相输入端管脚3和OP07AZ2的反相输入端管脚2；OP07AZ1构成加法器，OP07AZ2构成跟随器，通过调整电位器R3，控制OP07AZ1的输出端管脚6输出0.5mA的恒定电流至电桥测温电路驱动温度传感器Pt1000；

步骤二：温度传感器Pt1000采用三线制接法，将温度信号转换为电压信号；步骤一中输出的0.5mA恒定电流经过参考电阻R9和温度传感器Pt1000；OP07AZ3对电阻R9的端电压进行单位放大后输入至OP07AZ5的反相输入端管脚2；OP07AZ4对Pt1000的端电压进行2倍放大后，输入至OP07AZ5的正相输入端管脚3；OP07AZ5的输出管脚6的输出信号即为经过放大的由Pt1000电阻变化引起的电压变化；

步骤三：步骤二中输出的电压信号经过滤波放大后，输入到限幅电路，将输出信号稳定在3.3V以下，然后将该信号输入到控制芯片中；

步骤四：根据步骤三的结果确定控制算法；控制算法采用PID线性控制器和Fuzzy控制器混合控制，在偏离设定温度点大于±0.5℃时采用Fuzzy控制，在工作点附近±0.5℃以内采用PID控制；根据控制算法计算得到的控制量，利用控制芯片中的事件管理器EV模块产生PWM波形，并将此波形输出到加热器的驱动电路；当PWM信号为高电平时，满足触发条件，故光耦产生电流信号从而驱动双向可控硅导通，加热器电源接通；当PWM信号为低电平时，光耦内部光电二极管不工作，双向可控硅关断，加热器电源断开。

本发明的优点在于：

（1）恒温控制系统抗干扰能力强，性能稳定工作可靠；

（2）采用了限幅保护，防止了瞬时高电压所引起的击穿破坏，有效保护了系统的稳定工作；

（3）本恒温控制系统不仅可以为X射线荧光光谱仪的样品室和分光室提供恒温环境，也可以应用于需要恒温调节的小环境场合的计量与测试；

（4）本恒温控制系统控温部分采用Fuzzy-PID混合控制，可以通过改变输出PWM波的占空比控制加热器的功率，达到精确控温的目的。

附图说明

图1是恒流源驱动电路的电路设计图；

图2是电桥测温电路的电路设计图；