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质谱式海水污染物快速测量系统的研究

作　者: 惠力
导　师: 沈钺；杨立
学　校: 中国海洋大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 海洋环境监测便携式质谱仪 TMS320F2812 ATxmegal28Al
分类号: X834
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

现代海洋资源的开发与利用带来巨大经济效益的同时,也带来一系列资源和生态环境问题。为海洋生态灾害预报和防治技术提供科学数据和依据的海洋环境监测技术的研究和开发显得日益重要。目前,在国内各种有机污染物、营养盐、重金属等生态环境参数的测量主要是通过现场取样后在实验室内进行化学分析的方法得到,面对海洋污染现状的复杂性、紧迫性,发展一种简便、快速测定海洋环境中各种污染物的综合性测量仪器是十分必要的。在线检测海洋污染物的技术有若干种,各有优劣,其中基于质谱技术原理的检测仪器在测量种类、测量精度、测量速度、可实现性角度讲,更具有优越性。质谱仪是一种基于带电粒子在电磁场中受力能够偏转的原理,按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离并检测物质组成的一类仪器。质谱式海水污染物快速测量系统研究的目的是开发出一种可在岸边海洋台站、海上平台、浮标、船舶等处进行现场实时测量的自动化设备,由于仪器基于质谱的原理,系统可实现对多种污染物的定性与定量测量。本文设计的质谱式海水污染物快速测量系统基于质谱仪的原理,采用前端采集器与操作终端分开的分体式设计。前端采集器实现待测样品的进样、检测、污染物定性定量数据分析、数据存储、传输等功能。操作终端具有实时显示测量结果及工作状态、设置校正及工作参数、存储查询历史数据、提供其他传感器接口等功能。系统包括真空系统、进样系统、离子源、质量分析器、离子检测器等机械电气部件。前端采集器的核心控制器件选用TMS320F2812,操作终端的核心控制器件选用ATxmega128A1。论文在介绍系统组成结构的基础上,着重探讨了控制电路的设计。对系统进行了标定与实验验证,实验结果表明仪器可满足对海水中多种污染物进行测定的要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 引言  10-16
  1.1 海洋环境现状  10-11
  1.2 国内外海洋环境监测技术  11-14
  1.3 质谱仪原理  14-15
  1.4 论文的主要内容  15-16
2 系统综述  16-28
  2.1 真空系统  18-23
    2.1.1 真空系统机械部分  19
    2.1.2 真空系统电气部件  19-23
      2.1.2.1 粗真空泵  20
      2.1.2.2 高真空泵  20-21
      2.1.2.3 真空电磁阀  21
      2.1.2.4 热真空阀  21-22
      2.1.2.5 真空计  22-23
  2.2 进样系统  23-24
    2.2.1 进样系统机械部分  23-24
    2.2.2 进样系统电气部件  24
      2.2.2.1 水泵  24
      2.2.2.2 电磁铁  24
  2.3 离子源  24-26
    2.3.1 离子源工作原理  25
    2.3.2 离子源机械部分  25-26
  2.4 质量分析器  26
    2.4.1 质量分析器工作原理  26
    2.4.2 质量分析器机械部分  26
  2.5 检测器  26-27
  2.6 本章小结  27-28
3 控制电路设计  28-47
  3.1 前端采集器控制电路  28-41
    3.1.1 主控电路  28-36
      3.1.1.1 TMS320F2812  29-30
      3.1.1.2 工作频率和供电  30-31
      3.1.1.3 TMS320F2812的时钟及看门狗  31-32
      3.1.1.4 可编程数字量通用I/O  32
      3.1.1.5 A/D转换单元  32-33
      3.1.1.6 日历时钟电路  33-34
      3.1.1.7 SD卡接口电路  34-35
      3.1.1.8 SCI接口应用  35
      3.1.1.9 CAN接口应用  35-36
    3.1.2 真空系统控制电路  36-38
    3.1.3 进样系统控制电路  38
    3.1.4 离子源控制电路  38-40
    3.1.5 质量分析器控制电路  40
    3.1.6 检测器控制电路  40-41
  3.2 操作终端控制电路  41-46
    3.2.1 ATxmega单片机  42-43
    3.2.2 键盘显示接口  43
    3.2.3 USB、SD卡接口  43-44
    3.2.4 CAN接口  44-45
    3.2.5 RS-232/RS-485/RS-422接口  45-46
    3.2.6 其他部分电路  46
  3.3 本章小结  46-47
4 系统软件设计  47-58
  4.1 前端采集器软件设计  47-53
    4.1.1 TMS320F2812软件设计  47-48
    4.1.2 前端采集器控制流程  48-52
    4.1.3 前端采集器质谱仪数据处理算法  52-53
  4.2 操作终端软件设计  53-56
    4.2.1 ATxmega AVR单片机软件设计  53-55
    4.2.2 操作终端程序  55-56
  4.3 计算机处理软件  56-57
  4.4 本章小结  57-58
5 实验验证  58-63
  5.1 实验方案与目的  58
  5.2 单组分实验  58-62
    5.2.1 单组分Fe的实验  58-60
    5.2.2 单组分Zn的实验  60-62
  5.3 多组分实验  62
  5.4 本章小结  62-63
6 总结与展望  63-64
附录1 缩写符号  64-65
附录2 常用压力单位换算  65-66
附录3 质谱仪的主要技术指标  66-69
附录4 双聚焦磁式分析器原理  69-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  77

质谱式海水污染物快速测量系统的研究

内容摘要

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