一种真空计控制系统技术方案

本申请涉及真空测量技术领域，具体而言，涉及一种真空计控制系统，包括高压电源模块、微弱离子流检测模块、控制板、以及人机交互界面，其中：高压电源模块与微弱离子流检测模块、控制板、以及人机交互界面分别连接，为微弱离子流检测模块、控制板、以及人机交互界面供电；高压电源模块与控制板之间、微弱离子流检测模块与控制板之间、控制面板与人机交互界面之间分别通讯，进行信息交互。本申请的真空计控制系统，电压电流输出控制精度高、灯丝发射控制精确高、微弱电流采集精度高，真正实现10

【技术实现步骤摘要】
一种真空计控制系统


[0001]本申请涉及真空测量
，具体而言，涉及一种真空计控制系统。

技术介绍

[0002]电离真空计是当前唯一实际可行的超高真空测量仪器，广泛应用于核工业、加速器、半导体、表面镀膜、材料制备等各个领域。电离真空计的工作原理是利用空间的电子碰撞气体分子产生气相离子，通过控制系统实现电子数的准确控制，进而根据电离几率、气相离子数和气体分子密度之间的相互关系，推算出气体分子密度，即真空压力。电离真空计的传感器——电离规，是直接与真空系统连接，其电极结构和电压决定了理论的真空计的测量能力，但是由于电压输入、电流输入输出、阻抗、漏电流、电磁干扰等因素影响，实际上，真空计控制系统的性能将与传感器共同决定仪器工作性能。良好的控制系统，配合先进的电离规，可真正实现稳定且精确的超高真空测量。
[0003]在真空计控制系统中，直流高压输出、电子流信号采集、灯丝回路电流输出控制、灯丝回路电压输出控制、微弱离子流采集精度等因素，都直接决定电离规中电子在电离空间中的稳定性和电离效率，进而影响到真空计的测量线性。我国国内目前主流的控制单元的稳定控制范围约为5
×
10
‑8Pa～10
‑2Pa，误差达到15％以上，真空规管实际测量能量约为1
×
10
‑7Pa。
[0004]王少飞等提出了宽量程复合真空计(请参见“基于数字闭环控制的宽量程复合真空计研究与实现”.东南大学，2016.)。微弱离子流测量能力能达到1皮安，且误差达到
±
>20％，阴极中心点对地电位波动达到
±
5％，高压电源输出误差达到
±
5％，发射电子流是通过单独软件控制，实现数字稳流，该控制系统实际测量下限只能达到10
‑8Pa。
[0005]因此，有必要提出电压电流输出控制精度高、灯丝发射控制精确高、微弱电流采集精度高且逻辑控制优化的真空计控制系统，消除电子学部分对测量引入的干扰和误差，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0006]本申请的主要目的在于提供一种真空计控制系统，电压电流输出控制精度高、灯丝发射控制精确高、微弱电流采集精度高，真正实现10
‑9pa的测量下限，满足不同电离真空计的控制要求。
[0007]为了实现上述目的，本申请提供了一种真空计控制系统。
[0008]根据本申请的真空计控制系统包括高压电源模块、微弱离子流检测模块、控制板、以及人机交互界面，其中：高压电源模块与微弱离子流检测模块、控制板、以及人机交互界面分别连接，为微弱离子流检测模块、控制板、以及人机交互界面供电；高压电源模块与控制板之间、微弱离子流检测模块与控制板之间、控制面板与人机交互界面之间分别通讯，进行信息交互。
[0009]进一步的，高压电源模块包括多路直流高压输出和灯丝电子发射稳流电路。
[0010]进一步的，多路直流高压输出可提供0～500V高压输出，为真空计传感器的各个电极提供直流供电，同时采集电流信号。
[0011]进一步的，灯丝电子发射稳流电路可根据阳极电流反馈结果自动调节输出电压。
[0012]进一步的，高压电源模块和/或微弱离子流检测模块选用独立嵌入式软件。
[0013]进一步的，高压电源模块包括输入整流滤波单元、DC/DC变换器转换组件、输出滤波单元、灯丝偏置电压单元、阳极供电单元、灯丝加热电压单元、灯丝发射电流控制单元、电控板供电单元、其它电极供电单元和嵌入式软件芯片电路单元，其中：输入整流滤波单元、DC/DC变换器转换组件、输出滤波单元依次连接，输出滤波单元的输出端并列连接灯丝偏置电压单元、阳极供电单元、灯丝加热电压单元、灯丝发射电流控制单元、电控板供电单元、其它电极供电单元、以及嵌入式软件芯片电路单元。
[0014]进一步的，微弱离子流检测模块包括一级放大电路、二级放大电路、ADC数模转换电路、以及嵌入式软件模块，一级放大电路、二级放大电路、ADC数模转换电路、以及嵌入式软件模块依次连接。
[0015]进一步的，一级放大电路采用输入偏置电流＜10fA的静电计专用放大器，确保100fA量级的输入离子流不会被运放本身偏置电流淹没。
[0016]进一步的，控制板包括电源转换电路、MCU主控芯片、上位机通讯电路、指示灯电路、智能串口屏，电源转换电路与MCU主控芯片连接，上位机通讯电路、指示灯电路、智能串口屏分别与MCU主控芯片通讯，进行信息交互。
[0017]进一步的，人机交互界面为LED屏或者智能串口触摸屏，采用MODBUS RTU或者XGUS协议。
[0018]在本申请提供的真空计控制系统，电源供电、信号采集、控制调制等开展模块化设计，各个模块间通过数字信号传输下达命令或者数据上传。高压电源模块可实现0.05mA到100mA的稳流控制，同时实现多路高压稳定控制，确保电子流和电场的微小波动不会影响真空规管的线性特性，另外微弱离子流检测模块可实现10
‑
14
安培的测量精度，可有效抑制本底噪声对真空规管有效离子流信号的干扰，进一步提高测量精度，真正实现10
‑9Pa的测量下限，满足不同电离真空计的控制要求。
附图说明
[0019]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0020]图1是根据本申请实施例提供的一种真空计控制系统的模块结构示意图；
[0021]图2是根据本申请实施例提供的一种高压电源模块的模块结构示意图；
[0022]图3是根据本申请实施例提供的一种微弱离子流检测模块的模块结构示意图；
[0023]图4是根据本申请实施例提供的一种控制板的模块结构示意图；
[0024]图5是根据本申请实施例提供的一种真空计控制系统与测量下限10
‑9Pa控制一种电离真空计正常工作后的实际校准结果；
[0025]图中：1
‑
高压电源模块，2
‑
微弱离子流检测模块，3
‑
控制板，4
‑
人机交互界面，5
‑
机壳，6
‑
输入整流滤波单元，7
‑
DC/DC变换器转换组件，8
‑
输出滤波单元，9
‑
灯丝偏置电压单
元，10
‑
阳极供电单元，11
‑
灯丝加热电压单元，12
‑
灯丝发射电流控制单元，13
‑
电控板供电单元，14
‑
其它电极供电单元，15
‑
嵌入式软件芯片电路单元，17
‑
一级放大电路，18
‑
二级放大电路，19
‑
ADC数模转换电路，20
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空计控制系统，其特征在于，包括：高压电源模块、微弱离子流检测模块、控制板、以及人机交互界面，其中：所述高压电源模块与所述微弱离子流检测模块、所述控制板、以及所述人机交互界面分别连接，为所述微弱离子流检测模块、所述控制板、以及所述人机交互界面供电；所述高压电源模块与所述控制板之间、所述微弱离子流检测模块与所述控制板之间、所述控制面板与所述人机交互界面之间分别通讯，进行信息交互。2.如权利要求1所述的真空计控制系统，其特征在于，所述高压电源模块包括多路直流高压输出和灯丝电子发射稳流电路。3.如权利要求2所述的真空计控制系统，其特征在于，多路直流高压输出可提供0～500V高压输出，为真空计传感器的各个电极提供直流供电，同时采集电流信号。4.如权利要求3所述的真空计控制系统，其特征在于，灯丝电子发射稳流电路可根据阳极电流反馈结果自动调节输出电压。5.如权利要求1所述的真空计控制系统，其特征在于，高压电源模块和/或所述微弱离子流检测模块选用独立嵌入式软件。6.如权利要求1
‑
4任一项所述的真空计控制系统，其特征在于，所述高压电源模块包括输入整流滤波单元、DC/DC变换器转换组件、输出滤波单元、灯丝偏置电压单元、阳极供电单元、灯丝加热电压单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：张虎忠，葛金国，成永军，孙雯君，魏建平，姚鹏，孙冬花，李刚，董猛，高洁，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：