路晓川　赵加鹏　田亮亮　凌大鹏　李航涛

摘 要：基于质谱仪小型化和集成化的需求，设计了一套离子泵供电和真空控制系统，该系统分为高压供电和真空控制两部分。高压供电部分主要通过集成到电路板上的高压模块来实现。真空控制部分主要通过以嵌入式处理器PIC32为主体的电路板实现真空度的采集以及减压泵等部件的开关控制。该系统作为配套设备已经在质谱仪上经过长期测试，性能可靠。

關键词：离子泵高压控制;真空采集;PIC微处理器

中图分类号：TP274文献标识码：A

Abstract：Based on the miniaturization and integration of mass spectrometer，a set of ion pump power supply and vacuum control system is designed，which is divided into two parts：high voltage power supply and vacuum control.The high voltage power supply is mainly realized by the high voltage module integrated into the circuit board.In the vacuum control part，the circuit board with embedded processor PIC32 as the main body realizes the collection of vacuum degree and the switch control of components such as pressure relief pump.The system has been tested on the mass spectrometer for a long time and its performance is reliable.

Key words：high-pressure control of ion pump;vacuum acquisition;PIC MCU

质谱仪作为高精密分析仪器，需要在高真空环境中工作，而高真空环境就是靠离子泵来提供的。离子泵工作需要高压供电，真空腔体需要真空规来测量真空系统的真空度，以往我们的离子泵供电和真空控制部分是分离的、相互独立的两个部件。为了仪器的小型化，提高其集成度，将离子泵高压供电部分和真空控制部分整合到一个系统是十分必要[1]。

1 系统概述

该系统作为质谱仪的配套设备，除了需要给离子泵供电和读取真空度外，还要实现对减压泵、采样泵和真空进样阀的开关控制，这样能大大提高系统的集成度，有利于质谱仪的小型化。

该系统主要由两块电路板组成，一个是离子泵高压控制板，一个是真空系统控制板。高压板的功能主要是靠集成到电路板上的进口高压模块UM6N30/M来实现，真空控制板作为下位机，通过串口实现和上位机（PC104计算机）的相互通信。

2 系统电路设计

高压板和真空控制板作为该系统的主要组成部分，他们之间通过双排PC104插针进行电路连接。高压板通过高压模块UM6N30/M可提供0～6kV的高压输出，实现对离子泵的电压设置、电流设置、电压显示和电流显示功能[2]。通过真空控制板控制高压模块的使能端从而控制离子泵高压的开启和关闭，实现对离子泵的高压控制。真空控制板作为中央处理单元，核心是嵌入式高性能处理器PIC32MX575，上位机通过和单片机串口通信，实现对真空系统的信号传输和开关控制[3]。

高压板的电路原理图如图1所示。

真空控制板的电路原理图如图2和图3所示。

3 系统软件设计

PIC32MX微控制器作为该系统的硬件CPU，软件设计就是单片机的软件开发。开发工具使用MPLAB XIDE和XC32编译器[4]。真空控制板的配置信息如下表1所示。

单片机的程序撰写主要基于和上位机之间的通信协议，具体如下。

真空进样阀的开启需要根据进样真空和腔室真空的值来判定，具体的流程图如下图4所示。

4 结论

针对质谱仪小型化的趋势，研制了一套新的真空腔体控制系统，该系统将离子泵高压供电和真空控制合二为一，既能提供0-6kV的高压给离子泵供电，还能读取真空度，控制减压泵、采样泵和真空进样阀的开关，通过串口实现和上位机的相互通信，大大提高了质谱仪的集成度。该系统作为质谱仪的配套设备，已经和整机一块经过了长期测试，性能稳定可靠。

参考文献：

[1]百科编委会.化工百科全书（第五卷）[M].北京：化学工业出版社，1993：128-130.

[2]严奉轩.基于Modbus的三氟甲磺酸电解槽阴极H2监测系统[J].仪表技术与传感器，2016，NO.1：67-69.

[3]SDW系列智能显示终端.指令集V6.2[M].武汉：武汉中显科技有限公司，2014.

[4]CRAVOTTA R，GRANVILLE F.USB-toUART bridge supports legacy upgrades[J].EDN，2004（11）.

作者简介：路晓川（1990-），男，硕士，助理工程师，2016年7月毕业于中科院电子学研究所，现就职于中船718研究所第四研究室，从事质谱仪及分析仪器等的研发工作。