HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀優勢及特點
一、信號采集單元
科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀在紅外吸收信號的數字采樣單元部分，采用了行業通用的高穩定可靠的24bitΔΣ的CS54XX系列芯片作為數字采樣的核心芯片，該芯片可以實現高達16K/s的采樣頻率，數據采樣快速。該芯片內部自帶ΔΣ計算單元，數字比較濾波器和高通濾波器，可以有效地過濾采樣過程中的雜質信號。
在采樣芯片的外圍電路設計上我們*采用了高精度的電壓基準芯片提供給采樣用的比較電壓，*改善了以往設計中由于線形電源紋波變化導致的采樣數據的個體漂移。
在對采樣芯片的控制和數據讀取上我們摒棄了以往產品通過普通的8051單片機軟件程序控制的方式,采用了現在電路設計zui流行的大規模FPGA芯片設計技術和快速光藕隔離技術，我們設計了對采樣芯片的硬件處理過程的算法，從而可以實現對采樣芯片的高速采集和高速控制。并且這種設計使得對采集芯片的控制*不需要占用CPU的處理時間，*解決了以往設計中由于CPU采集數據處理不及時帶來的數據缺失和與PC軟件通信過程異常中斷（USB中斷）的相關問題。
二、*數據處理單元
科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀為了實現儀器的高性能處理能力，我們不再采用以往設計用的簡單價廉的主頻只有22M的8051單片機，以上8位的8051單片機遠遠不能滿足儀器所需要的實時處理速度。科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀的*數據處理單元*采用目前處理主頻高達200Mhz的高性能工業級ARM9處理器，內存和閃存都采用了32M存儲空間的高速芯片。我們在處理器軟件設計上采用了開源的Linux實時操作系統，控制軟件設計上采用基于面向對象的設計方法，保證了程序的*化和高可靠性。在處理器與采樣芯片接口上使用FPGA作為中間驅動芯片和數據緩沖器，對外部控制閥門采用FPGA實現了并行處理緩沖器驅動快速隔離光藕控制相應的端口。由于我們采用了高速的CPU和采集芯片使用FPGA的硬件處理，所以該儀器將分析采樣次數提高到每秒10萬次以上，而現有其它儀器使用8位8051系列單片機的采樣次數一般為8000/16000次。
高速的CPU將采集到的數據進行實時數據分析，將數據進行逐次逼近和概率統計計算，然后把得到的有效數據存入32M的大容量SDRAM中。
三、數據傳輸單元
科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀在行業上推出了融合高速USB和以太網TCP/IP協議的雙通訊接口。較現有其他基于低速串口和部分廠家的USB單接口的儀器可以更好的提供便利的現場安裝。該儀器在使用高速USB和以太網與PC進行通信上由于采用了Linux操作系統經過驗證的底層驅動，所以儀器分析通信過程中保證了通訊的高穩定和數據的可靠性。這和現有一些儀器采用8051單片機驅動USB芯片的簡易通信方式有技術上的本質區別，低速的8051單片機在同時分析采樣數據和處理USB協議時會出現處理中斷的情況，這就是現有一些儀器容易出現的USB通訊中斷的原因。而科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀采用的是具有16級流水線結構的ARM9處理器和實時多任務Linux操作系統，保證了通信和數據采集過程的并行處理能力，軟件設計上采用了多線程多任務處理技術，實現了數據采集和傳輸的時間誤差在us級。在采集數據傳輸控制中我們依靠底層CPU的高實時性進行獨立采樣，對數據處理采用了底層數據隊列緩沖技術、多數據校驗冗余技術。使得數據的采集點的分布和數量不再受數據傳輸而影響分析結果的準確性。儀器如果采用PC機的連續定時采集方法來采集分析數據點，而由于現在的PC上的桌面操作系統都是非實時系統，所以采集數據上都會出現采樣點的間隔時間的大小偏移，這樣必然導致分析結果的不確定性。科果HCS-500型高頻紅外碳硫分析儀為避免這種弊端提出了全新的設計思想，*實現了采樣點的高實時性和采樣點的時間間隔的準確性。在傳輸協議上通過PC上位機系統應用軟件不斷請求數據，底層系統將處理好的隊列緩沖數據實時組包發送。每一組數據包采用隊列鏈表結構，以免數據傳輸缺失或錯誤。
系統構成如圖：
四、應用軟件
1、快速輸入、人機交互更便捷。
對于需要用戶輸入的數據或指令，諸如“分析方法”的選擇、樣品的選擇、樣品重量的鍵入等人機交互的操作，直接列于主界面，主要用戶可以快速選擇或輸入數據。下圖為分析軟件的主界面。
2、人性化設計，參數設置靈活方便。
例如在高頻功率曲線的設置上采用“熱點”拖拽的方法，即用鼠標單曲線上的某個熱點（圖中小紅點），可以進行拖拽設置不同類型的功率曲線。而且還可以對節點進行修改、增加、插入、刪除等編輯操作。
3、采用“分析方法”概念。
對分析參數而言，舍棄傳統的“通道”的概念，采用“分析方法”這個概念，使用戶更容易理解。而且分析方法的新建、修改、刪除等都非常方便。
4、軟件功能強大。
在數據庫的管理上，實現了數據的自動存儲、擁有功能強大、多重過濾數據庫檢索引擎，工作曲線的同步顯示、存儲、放大及多重曲線的多層次比較、分析結果word報表輸出等幾十種功能。
五、線性化定標新技術——多元非線性擬合方法
采用全量程范圍多元非線性擬合方法，以實現在檢測范圍內非常高的線性度。紅外碳硫分析儀是通過檢測CO2及SO2氣體對紅外輻射吸收量來分析物質中的碳硫元素含量；線性化定標是儀器數據中關鍵技術，由于朗伯比爾定律是符合指數規律，又因紅外濾光片具有一定帶寬，氣體吸收系數不是常數，因而要獲得積分面積線性化定標是十分困難。我們經過多年研究和實驗，終于在線性化定標技術上實現了重大突破，在全量程范圍內獲得非常高的線性度。
六、恒壓穩流除塵系統
根據氣動原理，設計了恒壓恒流供氧、自動清掃爐頭、自動排塵，有效地減少粉塵對硫元素分析的影響。氣路部件包括電磁閥、氣缸、氣路管、氣路接頭全部采用意大利CAMOZZI氣動有限公司進口元件，電磁閥壽命達百萬次以上，氣缸采用無油潤滑技術，適用于惡劣現場環境，從根本上解決了國內產品常見的氣路系統的可靠性和密封性難題。
七、整機結構
整機采用模塊化一體化設計，高頻爐部分和紅外檢測部分實現隔離，減少高頻爐振蕩產生的電磁波對紅外信號的干擾；電源系統采用固態電源模塊，防塵、簡潔可靠；連線大多采用高頻屏蔽線，避免高頻干擾，提高了整個儀器電路的可靠性。
八、高頻爐的設計
1、高頻爐輸入功率為2.5千瓦，選用3.5KW風冷陶瓷功率管并使其工作在丙類工作狀態，提高了功率輸出的穩定性及元件壽命。
2、主振電容采用額定電流達一百安培的真空陶瓷電容，具有極低的介質損耗、優良的穩定性，有效提高了可靠性及功率輸出的穩定性。
3、采用高Q值鐵氧體芯表面具有高抗氧化鍍層的感應線圈；設有冷卻風道，加強冷卻風扇功率，提高了功率元件的熱穩定性。
九、程序升溫功能
1、根據樣品中碳硫元素釋放要求設置*熔樣溫度。
2、在高碳樣品分析時，可以通過調整高頻爐功率控制釋放速度提高分析精度。
3、在超低碳分析時通過程序升溫有效處理樣品表面吸附碳及坩堝中的碳空白的影響，提高低碳分析精度。
十、紅外檢測系統
核心部件紅外檢測池選用、長壽命的貴金屬微型紅外光源及金屬反射鏡；調制系統采用單片機控制的高精度步進電機，達到了調制頻率的長期穩定；采用紅外熱釋電固體光錐型傳感器、窄帶濾光片，使整機有*的檢測靈敏度，可有效檢測ppm級的碳硫含量。
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