CN114660215A - 一种气相色谱仪fid检测电路 - Google Patents

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    • G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
    • G01N30/64—Electrical detectors
    • G01N30/68—Flame ionisation detectors

Abstract

本发明公开了一种气相色谱仪FID检测电路，属于气相色谱仪技术领域，包括信号放大单元、过零比较单元和ADC采样单元；信号放大单元，用于接收火焰电信号进行放大，并输出给过零比较单元；过零比较单元，用于接收放大后的火焰电信号进行比较，并输出给ADC采样单元；ADC采样单元，用于接收比较后的信号进行采集，并输出给单片机。本发明提供的检测电路使氢火焰离子化检测器能够检测宽范围的微弱电流10‑14‑10‑9 A，可以降低噪声，实现微小信号的放大和检测，提高了检测器的精度和灵敏度。可以广泛应用于气相色谱仪设备上，对于便携式气相色谱仪采集的数据相比以往检测器提高了精度和稳定性。

Description

一种气相色谱仪FID检测电路
技术领域
本发明涉及气相色谱仪技术领域，具体是一种气相色谱仪FID检测电路。
背景技术
氢火焰离子化检测器(FID)是将氢气和助燃气燃烧产生火焰，待检测的有机化合物在高温中发生化学电离，在极化电场的作用下定向移动，形成微弱的离子流，经过放大后成为与有机化合物量成正比的电流信号，以此来进行定量分析。检测器是色谱仪检测系统中最为核心的部件，它对物质的特性电信号最先捕获，直接决定了色谱仪检测和分析系统的性能指标。
氢火焰检测器由于结构简单，在现有技术中，使得氢火焰离子化检测器只能固定在某一个地方，不再移动。一旦移动，对于采集氢火焰离子流影响较大，数值不够准确。目前市场上出现越来越多的便携式气相色谱仪，因此需要更高性能的氢火焰离子化检测器。
面向市场上对于高性能检测器参数的需求，本发明设计了一款高灵敏度、高检测限和低噪声的检测器，最大程度的提升检测器性能参数，在此基础上力争提高设备的稳定性并降低成本。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种气相色谱仪FID检测电路，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种气相色谱仪FID检测电路，包括信号放大单元、过零比较单元和ADC采样单元；
信号放大单元，用于接收火焰电信号并进行放大，输出给过零比较单元；
过零比较单元，用于接收放大后的火焰电信号并进行比较，输出给ADC采样单元；
ADC采样单元，用于接收比较后的信号并进行采集，输出给单片机。
进一步地，信号放大单元包括第一运放、第一电容、第二电容、第三电容以及第一电阻，第一运放的型号为ADA4530-1，第一运放的第1端接地，第2端接地，第3端悬空，第4端连接-5V直流电压源和第二电容的一端，第二电容的另一端接地，第一运放的第5端连接+5V直流电压源，第6端连接至第一电阻和第一电容的一端，第8端连接至第一电阻和第一电容的另一端，第7端接地。
进一步地，过零比较单元包括第二运放、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第四电容以及第五电容，第二运放的型号为AD825，第二运放的第1端悬空，第2端连接至第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接至第一运放的第6端，第二运放的第3端连接至第二电阻的一端，第二电阻的另一端接地，第二运放的第4端连接-5V直流电压源和第五电容的一端，第五电容的另一端接地，第二运放的第5端悬空，第6端连接至第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接至第五电阻的一端，第二运放的第7端连接至第四电容的一端，第四电容的另一端接地，第二运放的第7端连接+5V直流电压源，第8端悬空。
进一步地，ADC采样单元包括集成电路、第一晶振、第五电阻、第六电容、第七电容以及第八电容，集成电路型号为AD7192BRUZ-REEL，集成电路的第1端连接至第一晶振的一端和第六电容的一端，第六电容的另一端接地，集成电路的第2端连接至第一晶振的另一端和第七电容的一端，第七电容的另一端接地，集成电路的第9端接地，第10端接地，第11端连接至第五电阻的另一端，第15端连接+3.3V基准电压源，第16端、第17端、第18端以及第19端接地，第20端连接+5V直流电压源和第八电容的一端，第八电容的另一端接地，集成电路的第21端连接+3.3V直流电压源。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明设计的检测电路使氢火焰离子化检测器能够检测宽范围的微弱电流10-14-10-9 A，可以降低噪声，实现微小信号的放大和检测，提高了检测器的精度和灵敏度。可以广泛应用于气相色谱仪设备上，对于便携式气相色谱仪采集的数据相比以往检测器提高了精度和稳定性。
附图说明
图1是本发明中一种气相色谱仪FID检测电路的结构示意图；
图2是本发明中信号放大单元电路图；
图3是本发明中过零比较单元电路图；
图4是本发明中ADC采样单元电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种气相色谱仪FID检测电路，包括信号放大单元、过零比较单元和ADC采样单元；
信号放大单元，用于接收火焰电信号并进行放大，输出给过零比较单元；
过零比较单元，用于接收放大后的火焰电信号并进行比较，输出给ADC采样单元；
ADC采样单元，用于接收比较后的信号并进行采集，输出给单片机。
具体地，如图2所示，信号放大单元包括第一运放、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及第一电阻R1，第一运放的型号为ADA4530-1，第一运放的第1端接地，第2端接地，第3端悬空，第4端连接-5V直流电压源和第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地，第一运放的第5端连接+5V直流电压源，第6端连接至第一电阻R1和第一电容C1的一端，第8端连接至第一电阻R1和第一电容C1的另一端，第7端接地。第二电容C2对-5V电压滤波，第三电容C3对+5V电压滤波，第一电阻R1采用1GΩ与火焰电流信号相乘可获得10-5~1V电压信号，该信号从第一运放的第6端输出，第一电容C1是第一运放输出耦合到反相输入的杂散电容，在实践中，电流噪声经过第一电阻R1和第一电容C1的并联组合而成为电压噪声。
ADA4530-1是ADI的一款fA级(10-15A)输入偏置电流运算放大器，适合用作静电计，同时集成了保护环缓冲器，其工作电压范围是4.5V至16V。
该器件提供超低输入偏置电流，并且在25℃和125℃下对输入偏置电流进行过生产测试，以确保器件达到用户系统的性能目标。集成式保护环缓冲器用于隔离输入引脚以防受到印刷电路板(PCB)漏电流的影响，而且能减少电路板元件数，简化系统设计。
ADA4530-1还具有低失调电压、低失调漂移、低电压噪声和电流噪声特性，适合要求极低漏电流的应用。为使系统的动态范围最大，ADA4530具有轨到轨输出级，工作温度范围为-40℃至+125℃工业温度范围内，采用8引脚SOIC封装。
如图3所示，过零比较单元包括第二运放、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第四电容C4以及第五电容C5，第二运放的型号为AD825，第二运放的第1端悬空，第2端连接至第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接至第一运放的第6端，第二运放的第3端连接至第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地，第二运放的第4端连接-5V直流电压源和第五电容C5的一端，第五电容C5的另一端接地，第二运放的第5端悬空，第6端连接至第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接至第五电阻R5的一端，第二运放的第7端连接至第四电容C4的一端，第四电容C4的另一端接地，第二运放的第7端连接+5V直流电压源，第8端悬空。第五电容C5对-5V电压滤波，第四电容C4对+5V电压滤波，第二电阻R2为下拉电阻，作用是接地，第三电阻R3作用是限流，第四电阻R4作用是限流。第二运放被用于检测一个输入值是否是零，利用比较器对两个输入电压进行比较，两个输入电压一个是参考电压GND，一个是待测电电压OUT1。由于集成运放并没有工作到非线性区，因而在输入电压过零时，其内部的晶体管不需要从截止区逐渐进入饱和区，或从饱和区逐渐进入截止区，所以提高了输出电压的变化速度。
AD825是一款针对高速、低成本和直流参数进行出色优化的运算放大器，特别适合各种信号调理和数据采集应用。交流性能、增益、带宽、压摆率和驱动能力相对于温度都非常稳定，AD825还能在各种不同的负载条件下维持稳定的增益。
独特的输入级具有超低输入偏置电流和输入电流噪声，加在此高性能输入任一供电轨上的信号都不会引起输出反相，这些特性使AD825成为多路复用器输出缓冲器的上佳选择，而且失调和增益误差极小。
具体地，如图4所示，ADC采样单元包括集成电路、第一晶振TX1、第五电阻R5、第六电容C6、第七电容C7以及第八电容C8，集成电路型号为AD7192BRUZ-REEL，集成电路的第1端连接至第一晶振TX1的一端和第六电容C6的一端，第六电容C6的另一端接地，集成电路的第2端连接至第一晶振TX1的另一端和第七电容C7的一端，第七电容C7的另一端接地，集成电路的第9端接地，第10端接地，第11端连接至第五电阻R5的另一端，第15端连接+3.3V基准电压源，第16端、第17端、第18端以及第19端接地，第20端连接+5V直流电压源和第八电容C8的一端，第八电容C8的另一端接地，集成电路的第21端连接+3.3V直流电压源。第一晶振TX1、第六电容C6和第七电容C7组成晶振电路，为集成电路的时钟起作用。
AD7192BRUZ-REEL是一款高精密测量应用的低噪声完整模拟前端，内置一个低噪声、24位Σ-Δ型模数转换器(ADC)，片内低噪声增益级意味着可直接输入小信号。片内通道序列器可以使能多个通道，AD7192按顺序在各使能通道上执行转换，这可以简化与器件的通信。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种气相色谱仪FID检测电路，其特征在于，包括信号放大单元、过零比较单元和ADC采样单元；
所述信号放大单元，用于接收火焰电信号并进行放大，输出给过零比较单元；
所述过零比较单元，用于接收放大后的火焰电信号并进行比较，输出给ADC采样单元；
所述ADC采样单元，用于接收比较后的信号并进行采集，输出给单片机。
2.根据权利要求1所述的一种气相色谱仪FID检测电路，其特征在于，所述信号放大单元包括第一运放、第一电容、第二电容、第三电容以及第一电阻，所述第一运放的型号为ADA4530-1，第一运放的第1端接地，第2端接地，第3端悬空，第4端连接-5V直流电压源和第二电容的一端，第二电容的另一端接地，第一运放的第5端连接+5V直流电压源，第6端连接至第一电阻和第一电容的一端，第8端连接至第一电阻和第一电容的另一端，第7端接地。
3.根据权利要求1所述的一种气相色谱仪FID检测电路，其特征在于，所述过零比较单元包括第二运放、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第四电容以及第五电容，所述第二运放的型号为AD825，第二运放的第1端悬空，第2端连接至第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接至第一运放的第6端，第二运放的第3端连接至第二电阻的一端，第二电阻的另一端接地，第二运放的第4端连接-5V直流电压源和第五电容的一端，第五电容的另一端接地，第二运放的第5端悬空，第6端连接至第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接至第五电阻的一端，第二运放的第7端连接至第四电容的一端，第四电容的另一端接地，第二运放的第7端连接+5V直流电压源，第8端悬空。
4.根据权利要求3所述的一种气相色谱仪FID检测电路，其特征在于，所述ADC采样单元包括集成电路、第一晶振、第五电阻、第六电容、第七电容以及第八电容，所述集成电路型号为AD7192BRUZ-REEL，集成电路的第1端连接至第一晶振的一端和第六电容的一端，第六电容的另一端接地，集成电路的第2端连接至第一晶振的另一端和第七电容的一端，第七电容的另一端接地，集成电路的第9端接地，第10端接地，第11端连接至第五电阻的另一端，第15端连接+3.3V基准电压源，第16端、第17端、第18端以及第19端接地，第20端连接+5V直流电压源和第八电容的一端，第八电容的另一端接地，集成电路的第21端连接+3.3V直流电压源。
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