计算机实测在小质谱仪中的应用 ——实验仪器计算机化探索

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计算机实测在小质谱仪中的应用 ——实验仪器计算机化探索 计算机实测在小质谱仪中的应用 ——实验仪器计算机化探索 报告者:王扬 学号:0519007

大纲 背景和动机 问题的提出及设想 我的工作 结论

背景和动机

背景和动机 小质谱仪的不足: 手动定标,精度不高 反复多次,工作量大 浪费纸张

背景和动机 小质谱仪的不足: 手动定标,精度不高 反复多次,工作量大 浪费纸张

背景和动机 小质谱仪的改进: 将基于纸笔记录的XY记录仪改造成电脑采集数据。 * 操作简单,处理方便 * 提高精度,深入分析, * 节省纸张,利于环保

背景和动机 其实,计算机化采集数据在很多实验中已经出现……

背景和动机 其实,计算机化采集数据在很多实验中已经出现……

背景和动机 其实,计算机化采集数据在很多实验中已经出现……

背景和动机 其实,计算机化采集数据在很多实验中已经出现……

问题的提出和设想

问题的提出与设想 问题的提出:如何实现小质谱仪的计算机化采集数据? 需要满足的要求如下: a. 信号必须能被AD卡所采集 ( 扫描电压范围:0-300V 微电流计放大后的信号:1-25mV 一般AD能采集的电压范围:-10-20V) b. 用计算机编程控制AD卡采集数据,C/VC/Labview…

问题的提出与设想 解决方案: 制造一台XY适配仪,将信号转化为AD卡能采集的范围之内 设计一个软件,操纵AD卡获取数据

问题的提出与设想 问题的拓展:能否设计出一个广泛应用的设备(包括软件和硬件),对物理实验中的模拟信号采集和处理? 很多实验都可以用类似的设备处理信号,比如 Franck-Hertz实验,Zeeman效应实验, Gamma能谱实验,一套可移植,可扩展,广泛使用的仪器无疑能节省资源和费用。

问题的提出与设想 考虑到应用性,我们注意到以下几点: 硬件要求: XY适配仪应该能将不同幅度的信号转化为合适AD卡读取的信号,(在我们遇到的实验中,一般都为电压信号,最高几百伏,最低几个毫伏) XY适配仪的响应时间要足够小。 XY适配仪仪对信号的干扰越小越好,以免信号失真 d. XY适配仪的输入与输出阻抗要符合要求,输入阻抗要足够大,以便获取微弱信号

问题的提出与设想 2. 软件要求: e. 所编软件应该简单易懂,便于维护。 f. 所编软件应考虑到测量精度以及计算机的响应速度 g. 所编软件应具有可扩展性,能方便的移植到不同的实验上

我的工作

我的工作 任务列表: 1.前置放大器(preamp)的选配 2.有关参数的收集,包括输入信号的最大值与最小值,输出信号的要求,AD转换卡的技术参数,以及测量精度的要求 3.汇总相关数据,提出初步设计方案,与公司洽谈. 4.着手labview的编程工作。 5.仪器到手后进行调试,修改,完善。

我的工作 一. 硬件部分 XY适配仪的设计,要满足的功能如下: 1。X,Y信号放大,缩小功能,考虑到实际,设定为7档,为10-2-104倍 2。AD卡保护功能,USB-1208FS AD卡工作范围-10-20V 3。过载指示,提示使用者减小放大倍数 4。绝缘性能,两路信号不互相干扰。 USB XY Adapter Overload LED 104 104 10-2 10-2 X input Y input

我的工作 二. 软件部分 能完成基本的测量,读数,保存,分析,载入功能,分为两个模块: 基本模块 包括“运行”,“停止”, “保存”, “载入”,“选择模式”(X-Y型与Y-T型) “选择输入范围”, “选择采样率” b. 扩展模块 对不同的实验可以编写不同的功能。

我的工作 前面板

我的工作 程序框图:

我的工作 实测结果,正弦波 Y-T型输入

我的工作 实测结果,人体的电压,X-Y型输入

我的工作 载入示意,弗兰克赫兹实验,并用两个光标读出峰的位置

我的工作 进一步放大图像,仔细寻找峰的位置

我的工作 保存示意

我的工作 利萨如图形 1:1

我的工作 利萨如图形 1:2

我的工作 利萨如图形 2:3

我的工作 一些问题及分析 有毛刺,信号有失真,电脑进行动作(比如最大化窗口)时信号会畸变。 原因: 采用了连续扫描,扫描之间的等待时间由电脑决定。这样就造成了失真。 采用逐点扫描,则速率最高 200S/s。 如何解决二者的矛盾,可能是下一阶段努力的方向,也有可能不是问题(200S/s对于小质谱已足够)

结论

结论 用计算机实测技术对质谱仪实验进行了改造,节约了实验者花在处理数据上的时间和精力,提高了实验效率。 所得到的结果方便进一步分析,有利于实验者对物理现象进行深入研究,使实验达到一个新高度。 所用的硬件和软件可以方便的移植到别的实验上去,节约开支,方便维护和开发。

致谢: 感谢姚红英,汪人甫,俞熹老师的支持和指导 感谢刘方泽同学的讨论

Thank U For Ur Attending ! Wang Yang 0519007