氢火焰离子检测器的设计与实现

作     者：张泽铭 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵卫东;巩玉玺

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：模糊PID调节 对数放大器 极化电压 噪声控制 动态范围 

摘      要：对于复杂混合有机物的检测,在环境分析、食品分析、精细化工、药物分析、石油化工、合成工业、大气监测和生物工程等众多领域应用广泛。气相色谱仪是一种传统的化合物分析仪器,可以对有机化合物进行高效定性定量分析,检测器是气相色谱仪中最为核心的部件,它直接决定了色谱仪的整体性能指标,而氢火焰离子检测器是众多检测器中通用性和精度较高的一种。本文针对氢火焰离子检测器的应用需求进行了分析,并依此在检测器的硬件结构和软件算法上作出了改进和优化,解决了当前检测器存在的一些问题,比如改善了检测器的噪声控制性能,提高了信号检测范围和温度控制精度等,使检测器达到了更加理想的性能指标。论文主要研究内容和成果如下:（1）在硬件设计上改进了电离极化方式,利用PVI1050光伏电池作为极化电压,降低噪声的影响;改进了电路结构,设计对数放大器电路使信号做到最大限度的不失真,并配合ADA4530-1高性能放大芯片,获取了更宽的信号检测范围,并通过ADS7799实现了信号的采集和数据处理;（2）在软件实现上,基于stm32f103主控芯片进行设计并完成了主控任务,借助HAL库进行开发,嵌入freeRTOS系统,满足了任务的实效性;利用CAN通信协议作为多模块间的主要通信方式,实现了高效的数据传输;（3）通过温度传感器实现了对检测器温度的监测,并通过对PID温控算法配合外围控制电路实现了高精度的温度控制。利用模糊算法对PID调节改进,使温控曲线恒温性能进一步提升,解决了温度曲线振荡带来的基线漂移问题。经过仿真和工程实例,对上述研发的FID进行了比较、验证和应用,确认了该检测器性能达到了预期的目标,检测信号噪声水平低,信噪比和灵敏度的提升效果明显,动态检测信号范围宽,温控的精度较高,基线无明显漂移,整体性能达到了国产同类型号先进水平,具备较高的应用价值和学术参考价值。