基于FPGA的四极杆分离式控制系统研究

设计了一种新型的基于FPGA的四极杆分离式控制系统。该系统使用了两片FPGA组成主从系统，主芯片设计在主控板，从芯片设计在采集板，分别负责四极杆扫描和数据采集功能，使用LVDS高速差分线和开发的私有协议来完成功能联动，全双工传输速率在ns级别，使得主从板等同于在同一系统控制下工作。该系统用于扫描和采集功能分离的四极杆质谱仪中，取代了分离的MCU+FPGA的架构，解决了因扫描和采集功能无法联动所造成的无法避免畸变信号的采集，以及采集数据与目标离子无法准确对应等问题。相比于旧的系统设计，该系统的扫描和采集联动机制有效将质谱图的信噪比提升6dB，并使得采集数据与目标离子达到100%的对应。本次设计的四极杆分离式控制系统已在ICP-MS质谱仪中成功应用，并且针对类似的系统分离仪器有着较高的借鉴性和实用价值。     

四极质谱仪通用数字控制系统结构的研究

设计了一个能在四极杆和四极离子阱质谱仪中通用的数字控制系统结构。新结构在商业仪器Polaris Q结构的基础上,增加了PC104总线用于扩展硬件,以32位MCU和FPGA为核心处理器,基于操作系统uClinux的多任务编程而不使用DSP器件,设计了通用远程控制协议和基于FPGA的分时段同步程序。基于这种结构开发的数字控制系统在EI-四极杆,EI-矩形离子阱,ESI-矩形离子阱3种产品样机中成功应用。相比现有的结构,新结构兼备了小型化和通用性。     

四极杆质量分析器的研究现状及进展

四极杆质谱计是目前最成熟、应用最广泛的小型质谱计之一。四极杆质量分析器通过在双曲面四极杆上接入射频信号产生四极场,离子在四极场中受到强聚焦作用而向分析器的中心轴聚焦。四极杆质量分析器中离子的运动在数学上可用二阶线性微分方程Mathieu方程的解来描述,利用离子在Mathieu方程解的稳定性图中所具有的特性,可实现离子的质谱扫描。经过五十多年的发展,四极杆质谱计已成为一种技术相当成熟的商用仪器,其相关研究近年来呈现出上升趋势,体积小型化,分析对象不断扩大,仪器性能实现高分辨、大质量范围、快速分析以及成本低价化将是四极杆质谱计相关研究的主要趋势。     

磁-电-四极杆级联质谱中的离子光学设计

离子光学设计是质谱仪器的核心技术,为了提高常规质谱的丰度灵敏度指标,设计了磁-电-四极杆级联质谱,并构建了一台原理实验样机。样机中的离子光学设计是仪器设计的关键内容,尤其是与最后一级质谱相关的离子透镜的设计,与常规双聚焦质谱和四极杆质谱中的透镜均有较大差异。本工作介绍了样机中的总体离子光学设计、四极杆前后相关透镜的设计、离子轨迹的 SIMION仿真计算,最后通过实验调试实现了整体设计,并测试了整套设计的总体指标。结果表明,样机比原仪器的丰度灵敏度指标提高约330倍,样机最后一级的传输率约为9%,与仿真计算结果相符。     

四极杆电极系统的应用与研究进展

四极杆电极系统是一种可产生四极电场分布的仪器装置。由于离子在四极电场中的特殊运动性质,四极杆电极系统已被用于制造多种科学仪器,如四极杆质量分析器、三重四极杆质谱仪、四极线性离子阱、四极杆离子导引, 以及包含四极杆离子导引或四极杆质量分析器等四极杆电极系统的各种串联质谱仪等。这些仪器已被广泛应用于对化学和生物成分的质量分析,环境保护,食品安全等领域。 本工作首先简单介绍四极杆电极系统的理论基础,离子在四极电场中的运动规律与电场分布的关系,四极杆电极系统的几何结构与质谱性能的关系,高阶场的产生及其对质谱分析性能的影响等;然后分别介绍了国内外在四极杆质量分析器和四极离子阱质谱领域内的最新研究成果;最后对四极杆电极系统的研究方向作简要的展望。     

一种面向上肢康复的便携式电刺激器设计

为满足不同人群的需求,设计了一种多参数连续可调的便携式电刺激器。下位机采用STM32F103C8T6作为主控芯片,设计图腾柱式升压模块和全桥控制模块输出刺激脉冲,同时板载硬件保护电路最大程度地确保人体安全。上位机采用IPS串口屏开发了人机交互界面,可以通过串口命令对刺激器输出的幅值、脉宽、频率进行连续调节。实验结果表明,刺激器恒压性能良好,能够准确输出目标波形。该仪器操作简单,便携性好,在家庭以及社区有一定的推广价值。     

便携式二氧化硫检测仪

介绍一种测量烟道排放物中二氧化硫含量的便携式仪器装置，论述了该测量系统的主要功能、特点、硬件组成，重点说明了光学传感器的测量原理，给出了下位机主程序的软件流程图，并简要介绍了上位机软件的主要功能。     

基于CAN协议的线切割机床控制系统设计

开发了电火花线切割加工机床控制系统。为了满足线切割加工过程中上位机与下位机数据传输的可靠性与实时性,上位机与下位机之间采用CAN协议进行通信。控制系统硬件主要由PCI-5110单路智能CAN接口卡、NECuPD78F0822单片机和CAN接口芯片TJA1050等组成。     

FPGA与USB2.0的材料试验机测控系统设计

测控系统以FPGA做主控,控制各功能模块时序逻辑,使用USB2.0实现数据传输功能,并编写了基于VC的上位机软件,实现上位机和下位机的交互。该测控系统的硬件部分主要包括3个功能模块,软件部分包括USB的固件程序和上位机程序。测控系统在材料试验机上进行了试件拉伸实验,验证了测控卡的有效性。     

基于FPGA和USB接口的内燃机数据采集系统设计

针对传统内燃机数据采集系统采用ISA、PCI卡插卡等固定方式对内燃机工作过程进行数据采集和分析,提出一种即插即用便携式的内燃机测量系统。系统使用FPGA作为主控芯片,实现对A/D转换芯片的控制,双SRAM构成乒乓缓存器的控制以及对USB芯片读写控制。通过USB驱动程序和VB6.0实现上位机数据处理与储存的功能。     

便携式光谱仪的CCD智能检测器设计

光谱仪是一种重要的检测仪器,CCD光谱仪正朝着小型化甚至微型化的方向发展。针对便携式光谱仪的特点及要求提出一种光谱仪CCD智能检测器设计方案,它结合了单片机智能化控制的特点和CPLD时序准确、可编程的优点。并且该检测器集成了USB数据接口,可通过计算机软件进行光谱采集,并能实时控制积分时间,实现了光谱仪CCD检测器的小型化、智能化和集成化。     

Design and implementation of high speed TDI CCD timing-driven circuits

The time delay integration charge coupled device (TDI CCD) is the key component in remote sensing systems.The paper analyzes thc structure and the working principles of the device according to a custom...     

集成毛细管电泳芯片的结构及其制作技术研究进展

集成毛细管电泳芯片具有体积小，成本低，便于携带，分析速度快，所需样品和试制少等优点，是一种新型的微型分析实验装置，介绍了该芯片的产生和发展过程，综述了有关该芯片的结构，材料选取，制作工艺，健合方法等方面的进展和存在的问题，并展望了其应用前景。     

一种基于厚膜工艺的高集成度FAIMS迁移管的研制

基于厚膜工艺,研制了一种集成有进样接口、气路接口、温控元件和离子源固定装置等外围功能模块的高集成度FAIMS迁移管,阐述了其结构特征和制作方法。为验证其性能,搭建了相应的FAIMS外围检测平台,以丙酮和甲苯为样品进行实验,得到了它们的FAIMS谱图,并与基于MEMS工艺的非集成FAIMS迁移管所测得的丙酮和甲苯的谱图比较,证明了高集成度迁移管在功耗、漏电流、气密性、灵敏度、分辨率和稳定性等方面的优异性能,说明高集成度迁移管适合作为小型化FAIMS独立检测系统的核心器件。     

一种轻小型四极杆质谱仪射频电源的研制

四极杆结构是四极杆质谱仪的核心结构，由射频电源分别施加两组高压高频信号进行驱动，利用电场的变化和输入离子的质荷比差异对离子进行筛选。针对四极杆质谱仪小型化的研制需求，以信号调制模块、放大模块、反馈电路和直流模块为基本构型，设计了一种应用于轻小型四极杆质谱仪的射频驱动电源。经实际测试，该电源可以在谐振频率1.33 MHz、扫描频率10 Hz的输入条件下，输出峰 峰值电压最高可达3.33 kV的调幅射频高压信号并驱动四极杆结构，扫描切换时间不高于1 ms。射频电源输出信号稳定、波动小、交直比的波动为0.1%。该射频电源相较于常规的四极杆射频电源具有更高的扫描范围，体积小巧，功耗仅30 W，接口简单，有较高的实用价值。     

基于FPGA的FTIR光谱仪采集系统的设计

为了满足人们对于食品药品安全检测快速便携的需要,团队设计一种高速便携,延时低、精度高的新型FTIR光谱仪。光谱采集系统分为上位机和下位机2部分,系统的上位机软件设计是采用跨平台的C++图形用户界面应用程序,该框架(QT Creator)是由编程实现的,下位机的光电部分采用了MEMS微镜使仪器小型化,而下位机采集部分控制主板使用了ZYBO。使用了DAC驱动动镜移动以及ADC用于参考光和样本光数据的同步采集,进而利用多个串口实现了与上位机的完成指令控制以及采集数据传输。低波特率串口用于接收上位机控制指令。2个高波特率串口发送FIFO缓存的光谱数据。经试验验证采集系统的ADC、DAC及UART的时序控制满足了高速高效的需求。但是在便携上可进一步提高,下一步考虑通过利用Linux将上位机部分移植ZYBO内。采集控制设计完全使用了verilog代码进行了仿真与实测,发挥了FPGA的灵活特性,利用例化法提高了采集速率。     

新型乙肝快速分析仪控制系统设计

针对乙肝表面抗原胶体金试纸条快速分析仪的应用特点,利用嵌入式方法设计了一种新型乙肝快速分析仪控制系统.该控制系统基于ARM-DSP双核架构,具有低功耗、体积小、抗干扰等优点,为乙肝表面抗原胶体金试纸条快速分析仪的小型化和便携化设计奠定了基础.     

GPIB接口在天文仪器上的应用

由中科院南京天文仪器研制中心和国外合作设计和研制的一些高精度、计算机全自动控制天文仪器中曾采用过GPIB接口。笔者曾设计过基于MC68488GPIB芯片的接口板,并为此开发了一些应用软件。该接口板在水平子午环的控制系统中得到了成功的应用。本文提供了我们在这方面的实践,希望和其他与会者交流。     

嵌入式技术在花样缝纫机控制系统中的应用

针对花样缝纫机的智能化控制问题,综合应用ARM、DSP、FPGA等嵌入式技术,开发花样缝纫机智能化控制系统.该智能化控制系统由嵌入式ARM主板、基于DSP+FPGA的运动控制卡、带触摸功能液晶屏、主轴伺服驱动单元、进给轴驱动单元、输入/输出信号接口、系统电源等组成,可实现对花样缝纫机的高速、高精度运动控制.应用结果证明...