適于飛行時間質譜儀的離子源真空互聯自鎖系統的制作方法

本實用新型涉及飛行時間質譜儀，尤其是涉及適于飛行時間質譜儀的離子源真空互聯自鎖系統。

背景技術：

飛行時間質譜儀是一種新型的軟電離生物質譜，儀器主要由兩部分組成：基質輔助激光解吸電離離子源（MALDI）和飛行時間質量分析器（TOF）。飛行時間質譜儀工作時離子源內部處于高真空狀態（10^-7mbar），要達到如此高的真空需要用“機械泵+分子泵”串聯抽氣。樣品靶在離子源真空腔體內部正常工作、樣品靶從腔體內退出、樣品靶從外部進入腔體內這三種工作過程，皆需要離子源真空腔體的艙門狀態監測開關和三個真空電磁閥配合切換，才能使樣品靶在離子源真空腔體內、外平穩過渡進出。飛行時間質譜儀離子源真空系統如圖1所示，主要包括機械泵1、分子泵2、樣品靶3、艙門4、第一真空電磁閥5、第二真空電磁閥6、第三真空電磁閥7、艙門狀態開關8。機械泵1和分子泵2串接于腔體9，在分子泵2出氣口處設置有第一真空電磁閥5來控制分子泵2與機械泵1之間氣路通斷；機械泵1對離子源腔體9抽真空的流程是先打開第一真空電磁閥5，用機械泵1抽取腔體9內的空氣，當腔體9內真空度達到10^-2mbar數量級時開啟分子泵2，用機械泵1串接分子泵2的方式使腔體9內真空度達到10^-7mbar。

出靶過程，樣品靶3移動到艙門4位置，此時艙門4和樣品靶3形成一個隔離于腔體9的小腔體（這是因為腔體9的上蓋很厚，艙門4是蓋在腔體9上表面，樣品靶3可以貼在腔體內壁下面，當移動到艙門4位置時，所述艙門4和樣品靶3之間所圍成（形成）的空間），稱之為艙室10。進靶時，樣品靶3往腔體9內部移動，艙室10與腔體9形成一體。艙門4下面有個艙門狀態開關8，可以感知到艙門4的打開與閉合。第二真空電磁閥6連接艙室10和空氣，打開第二真空電磁閥6即可將空氣放入艙室10內；第三真空電磁閥7連通艙室10與機械泵1，打開第三真空電磁閥7機械泵1即可以對艙室10進行抽氣。

出靶時，樣品靶3移動到艙門4位置，此時關閉第一真空電磁閥5、打開第二真空電磁閥6，將空氣放入艙室10內后關閉第二真空電磁閥6，使艙室10與外部環境氣壓相同，此時便可以打開艙門4更換樣品靶3。

進靶時，關閉第一真空電磁閥5和第二真空電磁閥6，打開第三真空電磁閥7使機械泵1對艙室10進行抽氣。當抽到10^-2mbar數量級時，關閉第三真空電磁閥7停止對艙室10抽氣；打開第一真空電磁閥5并控制樣品靶3往離子源腔體9內部運動，低真空度的艙室10和腔體9形成一體。在形成一體之前，艙室10真空度已經達到10^-2mbar數量級，且艙室10體積很小，故對腔體9內部真空度影響很小，而機械泵1串接分子泵2的方式抽速很大，很快就可以將腔體9內部真空度恢復。

通過對離子源腔體9進出靶流程的分析得知：1、艙門4必須在艙室10形成之后才可以打開，且艙門4打開時，三個真空電磁閥5、6、7必須全部關閉；2、三個真空電磁閥5、6、7不可以有任何兩個同時打開，若發生此情況時必須將三個真空電磁閥5、6、7全部關閉；3、在滿足上面1、2兩點要求條件下，三個真空電磁閥5、6、7必須可以單獨控制。

目前，上述三個真空電磁閥5、6、7的控制，是通過上位機控制下位機對各真空電磁閥單獨控制，且下位機也沒有與真空電磁閥的驅動電路隔離。其存在的不足是：1、上位機和下位機所使用的軟件皆會出現漏洞、死機、跑飛等情況，一旦軟件異常極易發生真空電磁閥誤動作情況；2、由于下位機沒有與真空電磁閥的驅動電路實現電隔離，勢必要產生電磁干擾而導致真空電磁閥誤動作。上述存在的不足都會造成真空泄露破壞工作環境，沖擊分子泵和機械泵，造成分子泵、機械泵硬件損壞，儀器癱瘓。

技術實現要素：

本實用新型目的在于提供一種適于飛行時間質譜儀的離子源真空互聯自鎖系統。

為實現上述目的，本實用新型采取下述技術方案：

本實用新型所述適于飛行時間質譜儀的離子源真空互聯自鎖系統，包括微處理器，艙門狀態開關，由第一真空電磁閥控制電路、第二真空電磁閥控制電路、第三真空電磁閥控制電路組成的控制電路；所述艙門狀態開關的高電位觸點與直流電源VCC連接，艙門狀態開關的低電位觸點通過電阻R1接地；

所述第一真空電磁閥控制電路包括三極管Q1、功率場效應管Q4、光電耦合器U1、第一真空電磁閥；所述三極管Q1的發射極與直流電源VCC連接，三極管Q1的集電極與所述光電耦合器U1的發光二極管負極連接，三極管Q1的基極通過電阻R3分別與二極管D1、D2的正極連接，所述二極管D1的負極與所述微處理器的輸出控制信號CLI3連接，所述二極管D2的負極與微處理器的輸出控制信號CLI2連接，所述光電耦合器U1的發光二極管正極與所述艙門狀態開關的低電位觸點連接，光電耦合器U1的發光二極管負極通過電阻R5與微處理器的輸出控制信號CLI1連接；光電耦合器U1的光敏三極管發射極與第一真空電磁閥的驅動線圈低電位端連接，光電耦合器U1的光敏三極管集電極通過電阻R11與所述功率場效應管Q4的柵極連接，功率場效應管Q4的柵極通過電阻R8與直流+24伏電源連接，功率場效應管Q4的源極與所述直流+24伏電源連接，功率場效應管Q4的漏極與所述第一真空電磁閥的驅動線圈高電位端連接；所述第一真空電磁閥的驅動線圈低電位端與所述+24伏電源的地端+24GND連接；

所述第二真空電磁閥控制電路包括三極管Q2、功率場效應管Q5、光電耦合器U2、第二真空電磁閥；所述三極管Q2的發射極與直流電源VCC連接，三極管Q2的集電極與所述光電耦合器U2的發光二極管負極連接，三極管Q2的基極通過電阻R4分別與二極管D3、D4的正極連接，所述二極管D3的負極與所述微處理器的輸出控制信號CLI3連接，所述二極管D4的負極與微處理器的輸出控制信號CLI1連接，所述光電耦合器U2的發光二極管正極與所述艙門狀態開關的低電位觸點連接，光電耦合器U2的發光二極管負極通過電阻R6與微處理器的輸出控制信號CLI2連接；光電耦合器U2的光敏三極管發射極與第二真空電磁閥的驅動線圈低電位端連接，光電耦合器U2的光敏三極管集電極通過電阻R12與所述功率場效應管Q5的柵極連接，功率場效應管Q5的柵極通過電阻R9與直流+24伏電源連接，功率場效應管Q5的源極與所述直流+24伏電源連接，功率場效應管Q5的漏極與所述第二真空電磁閥的驅動線圈高電位端連接；所述第二真空電磁閥的驅動線圈低電位端與所述+24伏電源的地端+24GND連接；

所述第三真空電磁閥控制電路包括三極管Q3、功率場效應管Q6、光電耦合器U3、第三真空電磁閥；所述三極管Q3的發射極與直流電源VCC連接，三極管Q3的集電極與所述光電耦合器U3的發光二極管負極連接，三極管Q3的基極通過電阻R2分別與二極管D5、D6的正極連接，所述二極管D5的負極與所述微處理器的輸出控制信號CLI2連接，所述二極管D6的負極與微處理器的輸出控制信號CLI1連接，所述光電耦合器U3的發光二極管正極與所述艙門狀態開關的低電位觸點連接，光電耦合器U3的發光二極管負極通過電阻R7與微處理器的輸出控制信號CLI3連接；光電耦合器U3的光敏三極管發射極與第三真空電磁閥的驅動線圈低電位端連接，光電耦合器U3的光敏三極管集電極通過電阻R13與所述功率場效應管Q6的柵極連接，功率場效應管Q6的柵極通過電阻R10與直流+24伏電源連接，功率場效應管Q6的源極與所述直流+24伏電源連接，功率場效應管Q6的漏極與所述第三真空電磁閥的驅動線圈高電位端連接；所述第三真空電磁閥的驅動線圈低電位端與所述+24伏電源的地端+24GND連接。

本實用新型優點在于采用巧妙的電路設計，解決了外部噪聲干擾真空電磁閥的工作狀態問題，杜絕了軟件對真空電磁閥的誤操作。確保艙門未閉合時所有真空電磁閥均保持閉合，三個真空電磁閥不可以同時有兩個閥被打開，若有則三個真空電磁閥同時閉合以保護真空。無論是外部干擾、軟件誤動作還是人為誤操作都不會造成離子源腔體的真空泄露事故。極大地提高了基質輔助激光解析電離飛行時間質譜儀離子源進出靶時真空安全性。

附圖說明

圖1是現有飛行時間質譜儀的離子源真空系統結構示意圖。

圖2是本實用新型的電路原理結構框圖。

圖3是本實用新型的電路原理圖。

具體實施方式

如圖2、3所示，本實用新型所述適于飛行時間質譜儀的離子源真空互聯自鎖系統，包括微處理器，艙門狀態開關8，由第一真空電磁閥控制電路、第二真空電磁閥控制電路、第三真空電磁閥控制電路組成的控制電路；所述艙門狀態開關8的高電位觸點與直流電源VCC連接，艙門狀態開關8的低電位觸點通過電阻R1接地；

所述第一真空電磁閥控制電路包括三極管Q1、功率場效應管Q4、光電耦合器U1、第一真空電磁閥；所述三極管Q1的發射極與直流電源VCC連接，三極管Q1的集電極與所述光電耦合器U1的發光二極管負極連接，三極管Q1的基極通過電阻R3分別與二極管D1、D2的正極連接，所述二極管D1的負極與所述微處理器的輸出控制信號CLI3連接，所述二極管D2的負極與微處理器的輸出控制信號CLI2連接，所述光電耦合器U1的發光二極管正極與所述艙門狀態開關8的低電位觸點連接，光電耦合器U1的發光二極管負極通過電阻R5與微處理器的輸出控制信號CLI1連接；光電耦合器U1的光敏三極管發射極與第一真空電磁閥5的驅動線圈低電位端連接，光電耦合器U1的光敏三極管集電極通過電阻R11與所述功率場效應管Q4的柵極連接，功率場效應管Q4的柵極通過電阻R8與直流+24伏電源連接，功率場效應管Q4的源極與所述直流+24伏電源連接，功率場效應管Q4的漏極與所述第一真空電磁閥5的驅動線圈高電位端連接；第一真空電磁閥5的驅動線圈低電位端與+24伏電源的地端+24GND連接；

所述第二真空電磁閥控制電路包括三極管Q2、功率場效應管Q5、光電耦合器U2、第二真空電磁閥；所述三極管Q2的發射極與直流電源VCC連接，三極管Q2的集電極與所述光電耦合器U2的發光二極管負極連接，三極管Q2的基極通過電阻R4分別與二極管D3、D4的正極連接，所述二極管D3的負極與所述微處理器的輸出控制信號CLI3連接，所述二極管D4的負極與微處理器的輸出控制信號CLI1連接，所述光電耦合器U2的發光二極管正極與所述艙門狀態開關8的低電位觸點連接，光電耦合器U2的發光二極管負極通過電阻R6與微處理器的輸出控制信號CLI2連接；光電耦合器U2的光敏三極管發射極與第二真空電磁閥6的驅動線圈低電位端連接，光電耦合器U2的光敏三極管集電極通過電阻R12與所述功率場效應管Q5的柵極連接，功率場效應管Q5的柵極通過電阻R9與直流+24伏電源連接，功率場效應管Q5的源極與所述直流+24伏電源連接，功率場效應管Q5的漏極與所述第二真空電磁閥6的驅動線圈高電位端連接；第二真空電磁閥6的驅動線圈低電位端與+24伏電源的地端+24GND連接；

所述第三真空電磁閥控制電路包括三極管Q3、功率場效應管Q6、光電耦合器U3、第三真空電磁閥；所述三極管Q3的發射極與直流電源VCC連接，三極管Q3的集電極與所述光電耦合器U3的發光二極管負極連接，三極管Q3的基極通過電阻R2分別與二極管D5、D6的正極連接，所述二極管D5的負極與所述微處理器的輸出控制信號CLI2連接，所述二極管D6的負極與微處理器的輸出控制信號CLI1連接，所述光電耦合器U3的發光二極管正極與所述艙門狀態開關8的低電位觸點連接，光電耦合器U3的發光二極管負極通過電阻R7與微處理器的輸出控制信號CLI3連接；光電耦合器U3的光敏三極管發射極與第三真空電磁閥7的驅動線圈低電位端連接，光電耦合器U3的光敏三極管集電極通過電阻R13與所述功率場效應管Q6的柵極連接，功率場效應管Q6的柵極通過電阻R10與直流+24伏電源連接，功率場效應管Q6的源極與所述直流+24伏電源連接，功率場效應管Q6的漏極與所述第三真空電磁閥7的驅動線圈高電位端連接；所述第三真空電磁閥7的驅動線圈低電位端與+24伏電源的地端+24GND連接。

本實用新型工作原理簡述如下：

當艙門4打開時，艙門狀態開關8斷開，艙門狀態信號Cabin經電阻R1與地相連，輸出低電平，三個光電耦合器U1（型號：TLP521）、U2（型號：TLP521）、U3（型號：TLP521）的發光二極管正極均接地，為低電平。此時無論微處理器的輸出控制信號CLI1、CLI2、CLI3為何種電平，三個光電耦合器U1、U2、U3的發光二極管均截止不導通，因此，三個光電耦合器U1、U2、U3的光敏三極管集電極與發射極之間也截止不導通。則直流+24V電源經電阻R8、R11、光電耦合器U1的光敏三極管集電極、發射極構成的支路不導通；直流+24V電源經電阻R9、R12、光電耦合器U2集電極（4腳C）、發射極（3腳E）到+24VGND這條路不會導通；+24V經電阻R10、R13、光電耦合器U3的光敏三極管集電極、發射極構成的支路也不會導通。則功率場效應管Q4（型號：IRF9530NS）的源極S、柵極G之間不會有壓差，因此Q4的源極S、漏極D無法導通，即直流+24V電源不向第一真空電磁閥5的驅動線圈供電，第一真空電磁閥5無法打開；功率場效應管Q5（型號：IRF9530NS）的源極S、柵極G之間也沒有壓差，因此功率場效應管Q5的源極S、漏極D無法導通，即直流+24V電源不向第二真空電磁閥6的驅動線圈供電，第二真空電磁閥5無法打開；功率場效應管Q6（型號：IRF9530NS）的源極S、柵極G之間也沒有壓差，因此功率場效應管Q6的源極S、漏極D無法導通，即直流+24V電源不向第三真空電磁閥7的驅動線圈供電，第三真空電磁閥7無法打開。

當艙門4關閉，艙門狀態開關8閉合，艙門狀態信號Cabin與直流電源VCC相連，輸出高電平，三個光電耦合器U1、U2、U3的發光二極管正極均連接到直流電源VCC。此時：

（1）當微處理器的輸出控制信號CLI2、CLI3為高電平時，二極管D1、D2均反向截至，三極管Q1（型號：S8550）不導通。此時微處理器輸出控制信號CLI1若為低電平，光電耦合器U1的發光二極管正極與負極導通；光電耦合器U1的光敏三極管集電極與發射極導通，則直流+24V電源經電阻R8、R11、光電耦合器U1的光敏三極管集電極、發射極構成的支路導通，則功率場效應管Q4的源極S、柵極G之間會有10V左右壓差，因此功率場效應管Q4的源極S、漏極D便可導通，即直流+24V電源向第一真空電磁閥5的驅動線圈供電，第一真空電磁閥5打開。即當微處理器輸出控制信號CLI1為低電平、微處理器輸出控制信號CLI2、CLI3為高電平時，第一真空電磁閥5即打開。同理，當微處理器輸出控制信號CLI2為低電平、CLI1、CLI3為高電平時，第二真空電磁閥6即打開；當微處理器輸出控制信號CLI3為低電平、CLI1、CLI2為高電平時，第三真空電磁閥7即打開。

（2）當微處理器輸出控制信號CLI2、CLI3任意一個為低電平，或者兩個均為低電平時，對應的二極管D1、D2至少有一個正向導通，三極管Q1導通，光電耦合器U 1的發光二極管負極便為高電平，與光電耦合器U1的發光二極管正極電位相同，此時無論微處理器輸出控制信號CLI1為何種電平，光電耦合器U1的發光二極管正極端與負極均不會導通，因此，第一真空電磁閥5不導通。也就是說，當微處理器輸出控制信號CLI2、CLI3均不為高電平時，第一真空電磁閥5即無法打開。同理，當微處理器輸出控制信號CLI1、CLI3均不為高電平時，第二真空電磁閥6即無法打開；當微處理器輸出控制信號CLI1、CLI2均不為高電平時，第三真空電磁閥7即無法打開。

圖3中，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7起限流作用；電容C1、C2、C3、C4、C5、C6在電路中起濾波作用；二極管D7、D8、D9起續流的作用，以保護對應真空電磁閥以外的元件不被損壞。

從圖3可以看出，微處理器輸出控制信號CLI1、CLI2、CLI3和后級給對應真空電磁閥供電的直流+24V電源電路用光電耦合器U1、U2、U3完全電氣隔離，防范了前級控制信號不穩定所造成真空電磁閥誤動作的風險。