CN111579631B - 一种激光剥蚀系统驱动等离子体质谱仪接口转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光剥蚀系统驱动等离子体质谱仪接口转换电路，包括以下：信号输入单元、电源升压单元、光耦继电器单元和输出单元；当激光剥蚀系统的触发信号输入至所述信号输入单元，且所述光耦继电器单元接收到所述信号输入单元产生的24V直流阶跃激活信号时，所述输出接口产生触发接通信号，实现激光剥蚀系统与等离子体质谱仪的同步工作；本发明提供的有益效果是：采取光电耦合继电器将信号转换电路运作模式由“信号1‑转换‑信号2”转换成具有普适性的“信号‑判断‑自我激励”方式，当等离子体质谱仪触发电压发生改变时，可以被同类型的激光剥蚀系统激活，同时输入端与输出端形成隔离，提高了安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域，尤其涉及一种激光剥蚀系统驱动等离子体质谱仪接口转换电路。
背景技术
激光剥蚀系统产生激光对被测物质进行较短时间的轰击，同时产生等离子体质谱仪分析所必须的气溶胶颗粒。在轰击完成后会产生激活触发信号，质谱仪收到触发信号后才能进行后续分析。
目前，在实验过程中需要利用激光剥蚀系统产生的24V直流阶跃激活信号驱动电感耦合等离子质谱仪，但质谱仪的激活接收上限为5V，如设备193nm激光剥蚀系统与安捷伦电感耦合等离子体质谱仪，因此需要某种安全的方法实现用24V直流阶跃信号触发等离子质谱仪，从而实现二者的同步工作；
D、Gray等人于1985年首次将激光剥蚀和等离子质谱仪联用，用于固体样本的多元素分析；根据Niu Jia等人的文章《LA-ICP-MS及其在黄铁矿原位微区分析方面的应用》描述，需要人工手动设置质谱仪工作状态，因此激活信号的转换接口电路可以极大解放人员设置；根据Zhen Yue等人的文章《193nm激光器与电感耦合等离子体质谱仪联用条件优化研究》描述，由于受激光产生原理-“脉冲式激发”的限制，样品的剥蚀进样过程属于间歇模式，且相对偏差较大，实际实验中有二者设备联用的需求，在不更换设备的情况下，使用转换接口电路实现同等效果较为合理；
目前市面上与之类似的装置有“一种激光剥蚀触发质谱仪的信号变送装置”，但这一装置在实际使用中存在着诸多问题：A、无法用于前文所提设备，即实现激光剥蚀系统的激活信号变送；B、实际使用中会伴随着装置大量发热，存在着较大的实验室安全隐患；C、信号输入部分与信号输出部分并未做严格隔离处理，一旦输入信号存在故障异常输出信号也会发出错误响应信号。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在的问题，提出一种激光剥蚀系统驱动等离子体质谱仪接口转换电路。
本发明提供了一种激光剥蚀系统驱动等离子体质谱仪接口转换电路，包括以下：
信号输入单元、电源升压单元、光耦继电器单元和输出单元；
所述信号输入单元与激光剥蚀系统的触发信号输出接口相连，用于获取所述所述激光剥蚀系统的触发信号，并产生激光剥蚀系统产生的24V直流阶跃激活信号；
所述电源升压单元与所述光耦继电器单元电性连接；所述电源升压单元用于将3.3V电压转换为24V电压，24V电压作为所述光耦继电器单元的判断基准电压；
所述信号输入单元还与所述光耦继电器单元电性连接，用于为所述光耦继电器单元提供所需要的工作电压；
所述光耦继电器单元与所述输出单元电性连接；所述输出单元与等离子体质谱仪电性连接；
所述电源升压单元和所述光耦继电器单元共同组成电压判断模块，实现“信号-判断-自我激励”工作模式；
当所述激光剥蚀系统的触发信号输入至所述信号输入单元，且所述光耦继电器单元接收到所述信号输入单元产生的24V直流阶跃激活信号时，所述输出接口产生触发接通信号，实现所述激光剥蚀系统与所述等离子体质谱仪的同步工作。
进一步地，所述电源升压单元包括：micro-usb母口X0、电容C1、电容C2、电感L、电阻R1、MT3608芯片U1、微调电阻U2、二极管D1；
所述micro-usb母口X0的第1引脚分别连接至电感L的一端、电容C1的一端和MT3608芯片U1第4和第5引脚；所述电感L的另一端与MT3608芯片U1第1引脚和二极管D1的正极相连；
所述MT3608芯片U1第3引脚与微调电阻U2的第3引脚相连；所述微调电阻U2第2引脚与电阻R1的一端和微调电阻U2第3引脚相连；所述微调电阻U2第2引脚与电阻R1的一端和微调电阻U2第3引脚相连；
所述micro-usb母口X0的第5引脚分别与电容C1另一端、MT3608芯片U1第2引脚、电容C2另一端、电阻R1另一端连接；
所述micro-usb母口X0的第5引脚还分别与所述光耦继电器单元和所述信号输入单元电性连接；
所述二极管D1的负极与微调电阻U2的第1引脚、电容C2的一端和所述光耦继电器单元电性连接；
所述电源升压单元工作原理为：3.3V电压由micro-usb传入电路，经电容C1与电感L的滤波作用后，传到同步升压芯片U1实现升压功能，再由滑动变阻器U2与电阻R1构成可调分压电路，实现指定24V电压输出。
进一步地，所述光耦继电器单元包括：输入接口J-in、电平选择柱LH、二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、三极管U3、光耦U4、继电器U5、输出接口J-out；
所述输入接口J-in第1引脚分别与电平选择柱LH第3引脚、三极管U3集电极、电阻R3一端与电阻R4一端相连；所述发光二极管D3的正极与电阻R3的另一端相连；
所述输入接口J-in的第2引脚分别与电平选择柱LH的第1引脚、发光二极管D4的负极与二极管D2的正极相连；所述二极管D2的负极电阻R2的一端相连；所述电阻R2另一端与发光二极管D4的正极相连；所述电平选择柱LH第1引脚与电阻R6一端相连；所述电阻R6另一端与光耦U4第1引脚相连；
所述micro-usb母口X0的第5引脚分别与输入接口J-in第2引脚、发光二极管D3的负极和继电器U5的第3引脚相连；
所述二极管D1的负极与微调电阻U2的第1引脚、电容C2的一端和输入接口J-in第1引脚相连；所述光耦U4的第2引脚与所述信号输入单元电性连接；
所述光耦U4的第3引脚与继电器U5的第3引脚相连；所述光耦U4第4引脚分别与电阻R4另一端和电阻R5一端相连；所述电阻R5另一端与三极管U3发射极相连；所述三极管U3集电极分别与二极管D2的负极和继电器U5的第1引脚相连；所述继电器U5的第2引脚与输出接口J-out第2引脚相连；所述继电器U5的第4引脚与输出接口J-out第1引脚相连；所述继电器U5的第5引脚与输出接口J-out第3引脚相连；
所述输出接口J-out第1引脚和第2引脚与所述输出单元电性连接。
所述光耦合继电器单元，具体工作原理为：由输入端口J-in的DC+与DC-提供继电器单元供电，端口IN接激光剥蚀器的信号输出口；经接线柱LH调整为高电平有效，当光耦U4接收到与J-in端口DC-相当的电压时，触发继电器U5导通电路，实现等离子质谱仪工作信号导通的功能。
进一步地，所述信号输入单元设置BNC类型的接口P1；所述输出单元设置有DB9类型的接口J1；
所述micro-usb母口X0的第5引脚与BNC类型的接口P1接地极连接；
所述光耦U4的第2引脚与所述BNC类型的接口P1正极相连；
所述输出接口J-out第1引脚与DB9类型的接口J1第5引脚相连；所述输出接口J-out第2引脚与DB9类型的接口J1第3引脚相连；
当所述光耦继电器单元接收到所述信号输入单元产生的24V直流阶跃激活信号时，所述输出接口J-out第1与第2引脚闭合，实现信号输出单元DB9接口J1的第3与第5引脚短路，最终输出接口产生触发接通信号，实现所述激光剥蚀系统与所述等离子体质谱仪的同步工作。
所述“信号-判断-自我激励”工作模式具体为：当激光剥蚀系统产生触发信号输入时，所述光耦继电器单元会将该信号与所述电源升压单元产生的电压相比较，当二者电压之差处于预设的范围内后会导通光耦继电器单元的继电器，进而导通等离子体质谱仪内部工作激活信号，实现等离子体质谱仪的自我激活。
本发明提供的有益效果是：采取光电耦合继电器将信号转换电路运作模式由“信号1-转换-信号2”转换成具有普适性的“信号-判断-自我激励”方式，当等离子体质谱仪触发电压发生改变时，可以被同类型的激光剥蚀系统激活，同时输入端与输出端形成隔离，提高了安全性。
附图说明
图1是本发明一种激光剥蚀系统驱动等离子体质谱仪接口转换电路的结构示意图；
图2是本发明一种激光剥蚀系统驱动等离子体质谱仪接口转换电路的电路原理图；
图3是本发明电源升压单元部分的放大电路图；
图4是本发明光耦继电器单元部分的放大电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种激光剥蚀系统驱动等离子体质谱仪接口转换电路，系统包括以下：
信号输入单元、电源升压单元、光耦继电器单元和输出单元；
所述信号输入单元与激光剥蚀系统的触发信号输出接口相连，用于获取所述所述激光剥蚀系统的触发信号，并产生激光剥蚀系统产生的24V直流阶跃激活信号；
所述电源升压单元与所述光耦继电器单元电性连接；所述电源升压单元用于将3.3V电压转换为24V电压，24V电压作为所述光耦继电器单元的判断基准电压；
所述信号输入单元还与所述光耦继电器单元电性连接，用于为所述光耦继电器单元提供所需要的工作电压；
所述光耦继电器单元与所述输出单元电性连接；所述输出单元与等离子体质谱仪电性连接；
所述电源升压单元和所述光耦继电器单元共同组成电压判断模块，实现“信号-判断-自我激励”工作模式；
当所述激光剥蚀系统的触发信号输入至所述信号输入单元，且所述光耦继电器单元接收到所述信号输入单元产生的24V直流阶跃激活信号时，所述输出接口产生触发接通信号，实现所述激光剥蚀系统与所述等离子体质谱仪的同步工作。
请参考图2和图3，所述电源升压单元包括：micro-usb母口X0、电容C1、电容C2、电感L、电阻R1、MT3608芯片U1、微调电阻U2、二极管D1；
所述micro-usb母口X0的第1引脚分别连接至电感L的一端、电容C1的一端和MT3608芯片U1第4和第5引脚；所述电感L的另一端与MT3608芯片U1第1引脚和二极管D1的正极相连；
所述MT3608芯片U1第3引脚与微调电阻U2的第3引脚相连；所述微调电阻U2第2引脚与电阻R1的一端和微调电阻U2第3引脚相连；所述微调电阻U2第2引脚与电阻R1的一端和微调电阻U2第3引脚相连；
所述micro-usb母口X0的第5引脚分别与电容C1另一端、MT3608芯片U1第2引脚、电容C2另一端、电阻R1另一端连接；
所述micro-usb母口X0的第5引脚还分别与所述光耦继电器单元和所述信号输入单元电性连接；
所述二极管D1的负极与微调电阻U2的第1引脚、电容C2的一端和所述光耦继电器单元电性连接；
所述电源升压单元工作原理为：3.3V电压由micro-usb传入电路，经电容C1与电感L的滤波作用后，传到同步升压芯片U1实现升压功能，再由滑动变阻器U2与电阻R1构成可调分压电路，实现指定24V电压输出。
请参考图2和图4，所述光耦继电器单元包括：输入接口J-in、电平选择柱LH、二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、三极管U3、光耦U4、继电器U5、输出接口J-out；
所述输入接口J-in第1引脚分别与电平选择柱LH第3引脚、三极管U3集电极、电阻R3一端与电阻R4一端相连；所述发光二极管D3的正极与电阻R3的另一端相连；
所述输入接口J-in的第2引脚分别与电平选择柱LH的第1引脚、发光二极管D4的负极与二极管D2的正极相连；所述二极管D2的负极电阻R2的一端相连；所述电阻R2另一端与发光二极管D4的正极相连；所述电平选择柱LH第1引脚与电阻R6一端相连；所述电阻R6另一端与光耦U4第1引脚相连；
所述micro-usb母口X0的第5引脚分别与输入接口J-in第2引脚、发光二极管D3的负极和继电器U5的第3引脚相连；
所述二极管D1的负极与微调电阻U2的第1引脚、电容C2的一端和输入接口J-in第1引脚相连；所述光耦U4的第2引脚与所述信号输入单元电性连接；
所述光耦U4的第3引脚与继电器U5的第3引脚相连；所述光耦U4第4引脚分别与电阻R4另一端和电阻R5一端相连；所述电阻R5另一端与三极管U3发射极相连；所述三极管U3集电极分别与二极管D2的负极和继电器U5的第1引脚相连；所述继电器U5的第2引脚与输出接口J-out第2引脚相连；所述继电器U5的第4引脚与输出接口J-out第1引脚相连；所述继电器U5的第5引脚与输出接口J-out第3引脚相连；
所述输出接口J-out第1引脚和第2引脚与所述输出单元电性连接。
所述光耦合继电器单元，具体工作原理为：由输入端口J-in的DC+与DC-提供继电器单元供电，端口IN接激光剥蚀器的信号输出口；经接线柱LH调整为高电平有效，当光耦U4接收到与J-in端口DC-相当的电压时，触发继电器U5导通电路，实现等离子质谱仪工作信号导通的功能。
所述信号输入单元设置BNC类型的接口P1；所述输出单元设置有DB9类型的接口J1；
所述micro-usb母口X0的第5引脚与BNC类型的接口P1接地极连接；
所述光耦U4的第2引脚与所述BNC类型的接口P1正极相连；
所述输出接口J-out第1引脚与DB9类型的接口J1第5引脚相连；所述输出接口J-out第2引脚与DB9类型的接口J1第3引脚相连；
当所述光耦继电器单元接收到所述信号输入单元产生的24V直流阶跃激活信号时，所述输出接口J-out第1与第2引脚闭合，实现信号输出单元DB9接口J1的第3与第5引脚短路，最终输出接口产生触发接通信号，实现所述激光剥蚀系统与所述等离子体质谱仪的同步工作。
所述“信号-判断-自我激励”工作模式具体为：当激光剥蚀系统产生触发信号输入时，所述光耦继电器单元会将该信号与所述电源升压单元产生的电压相比较，当二者电压之差处于预设的范围内后会导通光耦继电器单元的继电器，进而导通等离子体质谱仪内部工作激活信号，实现等离子体质谱仪的自我激活。
本发明实施例中，各元器件规格参数统一说明如下：
电感L(22UH)、芯片U1(MT3608)、二极管D1(SS34)、电容C1(15uF)、电容C2(15uF)、电阻R1(2.2k)、芯片U2(SOP-R)、电阻R3(2.2k)、二极管D2(LL4148)、三极管U3(S8550)、电阻R4(10k)、电阻R5(2.2k)、电阻R6(10k)、芯片U4(NEC2705)、芯片U5(srd-24vdc-sl-c)；以上选型仅供参考，不用以限制本发明；本领域技术人员也可针对实际情况进行不同规格的选型。
与现有技术比较，本申请的优点是：
1.本发明由升压单元与光电耦合继电器单元相连形成电压判断模块，将信号转换电路运作模式由“信号1-转换-信号2”转换成具有普适性的“信号-判断-自我激励”方式。通过与升压模块产生的基准电压进行比较，来判断激光剥蚀系统产生激活信号的时机，并在同一时刻使等离子体质谱仪完成自我激励，实现同步工作；
2.本发明采取光电耦合继电器判断形式，当设备类型发生变换导致电压改变时，激光剥蚀系统输出的激活信号可以激活同类型的等离子体质谱仪，在发送激活信号设备方面具有普适性；由于采取自我激励的形式，等离子体质谱仪触发电压发生改变时，可以被同类型的激光剥蚀系统激活，在接收激活信号设备方面具有普适性；
3.本发明采用“信号-判断-自我激励”方式，使输入端与输出端形成隔离，安全方面也有所提升。
本发明实施的有益效果是：采取光电耦合继电器将信号转换电路运作模式由“信号1-转换-信号2”转换成具有普适性的“信号-判断-自我激励”方式，当等离子体质谱仪触发电压发生改变时，可以被同类型的激光剥蚀系统激活，同时输入端与输出端形成隔离，提高了安全性。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种激光剥蚀系统驱动等离子体质谱仪接口转换电路，其特征在于：具体包括：
信号输入单元、电源升压单元、光耦继电器单元和输出单元；
所述信号输入单元与激光剥蚀系统的触发信号输出接口相连，用于获取所述所述激光剥蚀系统的触发信号，并产生激光剥蚀系统产生的24V直流阶跃激活信号；
所述电源升压单元与所述光耦继电器单元电性连接；所述电源升压单元用于将3.3V电压转换为24V电压，24V电压作为所述光耦继电器单元的判断基准电压；
所述电源升压单元包括：micro-usb母口X0、电容C1、电容C2、电感L、电阻R1、MT3608芯片U1、微调电阻U2、二极管D1；
所述micro-usb母口X0的第1引脚分别连接至电感L的一端、电容C1的一端和MT3608芯片U1第4和第5引脚；所述电感L的另一端与MT3608芯片U1第1引脚和二极管D1的正极相连；
所述MT3608芯片U1第3引脚与微调电阻U2的第3引脚相连；所述微调电阻U2第2引脚与电阻R1的一端和微调电阻U2第3引脚相连；所述微调电阻U2第2引脚与电阻R1的一端和微调电阻U2第3引脚相连；
所述micro-usb母口X0的第5引脚分别与电容C1另一端、MT3608芯片U1第2引脚、电容C2另一端、电阻R1另一端连接；
所述micro-usb母口X0的第5引脚还分别与所述光耦继电器单元和所述信号输入单元电性连接；
所述二极管D1的负极与微调电阻U2的第1引脚、电容C2的一端和所述光耦继电器单元电性连接；
所述电源升压单元工作原理为：3.3V电压由micro-usb传入电路，经电容C1与电感L的滤波作用后，传到同步升压芯片U1实现升压功能，再由滑动变阻器U2与电阻R1构成可调分压电路，实现指定24V电压输出；
所述信号输入单元还与所述光耦继电器单元电性连接，用于为所述光耦继电器单元提供所需要的工作电压；
所述光耦继电器单元与所述输出单元电性连接；所述输出单元与等离子体质谱仪电性连接；
所述光耦继电器单元包括：输入接口J-in、电平选择柱LH、二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、三极管U3、光耦U4、继电器U5、输出接口J-out；
所述输入接口J-in第1引脚分别与电平选择柱LH第3引脚、三极管U3集电极、电阻R3一端与电阻R4一端相连；所述发光二极管D3的正极与电阻R3的另一端相连；
所述输入接口J-in的第2引脚分别与电平选择柱LH的第1引脚、发光二极管D4的负极与二极管D2的正极相连；所述二极管D2的负极电阻R2的一端相连；所述电阻R2另一端与发光二极管D4的正极相连；所述电平选择柱LH第1引脚与电阻R6一端相连；所述电阻R6另一端与光耦U4第1引脚相连；
所述micro-usb母口X0的第5引脚分别与输入接口J-in第2引脚、发光二极管D3的负极和继电器U5的第3引脚相连；
所述二极管D1的负极与微调电阻U2的第1引脚、电容C2的一端和输入接口J-in第1引脚相连；所述光耦U4的第2引脚与所述信号输入单元电性连接；
所述光耦U4的第3引脚与继电器U5的第3引脚相连；所述光耦U4第4引脚分别与电阻R4另一端和电阻R5一端相连；所述电阻R5另一端与三极管U3发射极相连；所述三极管U3集电极分别与二极管D2的负极和继电器U5的第1引脚相连；所述继电器U5的第2引脚与输出接口J-out第2引脚相连；所述继电器U5的第4引脚与输出接口J-out第1引脚相连；所述继电器U5的第5引脚与输出接口J-out第3引脚相连；
所述输出接口J-out第1引脚和第2引脚与所述输出单元电性连接；
所述光耦合继电器单元，具体工作原理为：由输入端口J-in的DC+与DC-提供继电器单元供电，端口IN接激光剥蚀器的信号输出口；经接线柱LH调整为高电平有效，当光耦U4接收到与J-in端口DC-相当的电压时，触发继电器U5导通电路，实现等离子质谱仪工作信号导通的功能；
所述电源升压单元和所述光耦继电器单元共同组成电压判断模块，实现“信号-判断-自我激励”工作模式；
所述“信号-判断-自我激励”工作模式具体为：当激光剥蚀系统产生触发信号输入时，所述光耦继电器单元会将该信号与所述电源升压单元产生的电压相比较，当二者电压之差处于预设的范围内后会导通光耦继电器单元的继电器，进而导通等离子体质谱仪内部工作激活信号，实现等离子体质谱仪的自我激活；
当所述激光剥蚀系统的触发信号输入至所述信号输入单元，且所述光耦继电器单元接收到所述信号输入单元产生的24V直流阶跃激活信号时，所述输出接口产生触发接通信号，实现所述激光剥蚀系统与所述等离子体质谱仪的同步工作。
2.如权利要求1所述一种激光剥蚀系统驱动等离子体质谱仪接口转换电路，其特征在于：所述信号输入单元设置BNC类型的接口P1；所述输出单元设置有DB9类型的接口J1；
所述micro-usb母口X0的第5引脚与BNC类型的接口P1接地极连接；
所述光耦U4的第2引脚与所述BNC类型的接口P1正极相连；
所述输出接口J-out第1引脚与DB9类型的接口J1第5引脚相连；所述输出接口J-out第2引脚与DB9类型的接口J1第3引脚相连；
当所述光耦继电器单元接收到所述信号输入单元产生的24V直流阶跃激活信号时，所述输出接口J-out第1与第2引脚闭合，实现信号输出单元DB9接口J1的第3与第5引脚短路，最终输出接口产生触发接通信号，实现所述激光剥蚀系统与所述等离子体质谱仪的同步工作。
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