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质谱仪激光熔样系统的智能化研究

张元宽  
【摘要】: 激光熔样作为一种以微量材料吸收高能激光峰值的精密采样工艺,广泛应用于半导体、地质、生物、环境等学科的固体样品分析中。质谱仪中应用激光熔样是一种熔化微量样品的先进技术,它特别适合于微区和单颗粒样品的分析。 激光熔样系统通常为商品化模块,功能操作和过程控制相对独立,这使其在质谱仪中被集中控制和协调运行的能力受到限制。另外,许多质谱实验室的激光熔样系统二维定位精度和摄像机调焦精度不高,熔样工作通常只能靠手动瞄准、逐个熔样,其精度和效率都不能满足目前质谱仪智能化发展的需要。 为了提高质谱仪中激光熔样系统的熔样精度、效率和自动化程度,本课题以中科院地质与地球物理研究所古地磁与年代学实验室的惰性气体同位素质谱仪为实验对象,对激光熔样系统的智能化进行研究。 论文的主要内容和工作如下: 1、完成对二维样品台的重新设计,利用光栅尺、运动控制卡和步进电机实现对样品台的精密定位和可编程运动控制,其精度和性能均优于国际现有的商品化产品。 2、为将激光熔样系统融于同位素质谱仪的检测和控制,设计了一系列控制子程序,成功实现设置系统参数,查询系统状态、控制系统运行等与激光熔样系统通信及控制的任务。 3、利用二维彩色图像的视觉检测技术,为该设备设计了一种识别样品熔样位置的新方法,应用了一种新的结合中值滤波和均值滤波的彩色图像矢量滤波器;提出了适合于本系统的彩色图像调焦评价算法和摄像机自动调焦算法;根据本系统智能化寻样熔样的需要,设计了一套利用“┗”形零点标志进行摄像机标定、系统零位标定和样品台零位标定的系统标定方案。 4、基于LabVIEW 8.0为激光熔样系统设计了一套主控制软件,在全面实现各系统控制功能的基础上,从完善手动功能、分步自动化、可编程自动化、全自动化、监视与报警等多方面对激光熔样过程的智能化进行设计。 5、对系统的误差来源进行分析,并进行一些初步实验。


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