专利名称：一种自动进样系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种自动进样装置及其控制方法，特别是一种用于水体中对微量化学元素进 行在线自动检测的水样和试剂的自动进样及混合的装置及其控制方法。
背景技术：
为便于在海洋生物地球化学研究中开展常规监测，研究人员已经逐步的将对海水中化学 元素的分析从实验室转移至现�。壳埃笛槭夷谒逯谢б氐谋壬治龉讨兴� 试剂的进样方式为手动进样，人为控制样品混合反应过程和反应时间，这种方法必须有工作 人员介入，根本不合适用于现场化学元素的在线分析。对于现场在线测量仪而言，所有的进 样及混合反应过程都必须是在无人参与的情况下自动完成，自动进样及混合反应过程在实现 自动化同时精确控制了样品和试剂的进样比例，确保测量仪的测量结果的可靠性、重复性和 稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于自动控制水样及试剂按比例进入混合样品池、在样品池混 合反应及将己反应样品送入比色测量单元的自动进样系统及其控制方法，以解决水体中痕量 元素及营养盐在线比色测量与分析过程中水样和试剂的自动进样及自动控制混合反应过程这 一系列技术难题，提高在线测量与分析技术的精度及稳定性。
本发明所提供的的自动进样系统包括自动进样装置及其控制电路，所述的自动进样装置
包括样品池、试剂池、三通接头、三通电磁阀和样品混合池装置，所述的样品池通过第一
蠕动泵连接到三通接头的第一输入接口 al，所述的试剂池通过第二蠕动泵连接到三通接头的
第二输入接口bl，所述的样品混合池装置为注射器式，包括注射筒、推杆活塞、活塞手柄和 注射泵头，以注射筒的内腔作为样品混合池，所述的注射泵头内部具有可转动的丝杆和安装
在该丝杆上的可往复移动螺母，该螺母通过夹具与活塞手柄连接，所述的三通电磁阀具有a、 b、 c三个接口，分别与注射筒头部的注射端口、三通接头的输出接口 cl和样品检测装置连 接，该三通电磁阀具有a接口与b接口相通、a接口与c接口相通两种控制状态，所述的第 一蠕动泵、第二蠕动泵和注射泵头分别与三个步进电机连接。
所述的自动进样装置控制电路包括微电脑电路、步进电机驱动电路、工业线形驱动电路， 所述的微电脑电路的UART1串口的TX1和RX1通过串行通信接口与步进电机驱动电路连接， 微电脑电路的I/O 口与工业线形驱动电路连接，步进电机驱动电路的输出端与三个步进电机 连接，工业线形驱动电路的输出端与三通电磁阀的控制端连接。
所述的自动进样装置的控制电路通过微电脑电路上的UART1串口和I/O 口对整个进样过 程进行控制，其控制步骤包括
1) 、用于连通三通电磁阀a接口与b接口的控制步骤；
2) 、用于驱动三个步进电机分别按指定的转速和方向转动，进而带动分别与之连接的第 一蠕动泵、第二蠕动泵和注射泵头以指定的方向和速度将水样和试剂按设定比例送入样品混 合池的控制步骤；
3) 、用于连通三通电磁阀a接口与c接口的控制步骤；
4) 、用于驱动与注射泵头连接的步进电机以指定的方向转动，将混合样品池中己反应混 合样品送入检测装置的控制步骤。
本发明的有益技术效果在水体中痕量元素及营养盐在线自动监测及分析研究中，样品
的自动进样是其中的一项关键技术难题。本发明解决了水体中痕量元素和营养盐现场在线自 动比色监测过程中样品和试剂自动精确配比、进样和混合反应的技术难题，使得水体中痕量 元素和营养盐的在线监测成为可能，整个过程可以在无人参与的前提下自动进行，消除了人 为因素所产生的一切误差，结合蠕动泵及注射泵的精密配比及进样控制确保了仪器测量结果 的重复性和一致性。
图1为本发明的自动进样装置的结构示意图； 图2为本发明自动进样装置的具体控制电路原理图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明具体实施例的结构细节作进一步的详细说明-用于水体中痕量元素和营养盐自动配比、进样和混合反应的自动进样装置的结构如图1 所示，主要包括试剂池19、样品池20、三通接头14、三通电磁阀16和样品混合池装置21， 试剂池19通过第一蠕动泵4，再经耐腐蚀抗拉蠕动泵管12连接到三通接头的第一输入接口 al，第一蠕动泵4的转轴与第一步进电机1 (第一蠕动泵4的驱动电机)的转轴连接，控制 试剂的精密进样；样品池20通过第二蠕动泵5，再经耐腐蚀抗拉蠕动泵管13连接到三通接 头14的第二输入接口 bl，第二蠕动泵5的转轴与第二步进电机2(第二蠕动泵5的驱动电机) 的转轴连接，控制水样的精密进样；所述的样品混合池装置21为注射器式，由注射筒11、 推杆活塞9、活塞手柄10和注射泵头6构成，以注射筒11的内腔作为样品混合池，在注射 泵头6的内部具有可转动的丝杆7和安装在该丝杆上的可往复移动螺母8，该螺母通过夹具 与活塞手柄10连接，注射泵头6的丝杆7与第三步进电机3 (丝杆7的转动驱动电机)的转 轴连接；所述的三通电磁阀16具有a、 b、 c三个接口，其a接口通过耐腐蚀软管17与注射
筒ll头部的注射端口连接，b接口通过耐腐蚀软管15与三通接头14的输出接口cl连接，c 接口通过耐腐蚀软管18与样品检测装置22连接；该三通电磁阀16具有a接口与b接口相通、 a接口与c接口相通两种控制状态，当三通电磁阀16通电时，其a、 b接通，反之，其a、 c 端连通。
所述的自动进样装置控制电路包括微电脑电路、串行通讯接口电路、步进电机驱动电路 和工业线形驱动电路。所述的微电脑电路采用带有双UART串口的"C8051F020"单片机23、 所述的步进电机驱动电路采用用于驱动步进电机1、 2、 3工作的三轴步进电机驱动控制�？� "TMCM310" 26，工业线形驱动电路采用工业级线形驱动芯片"L6372" 25，所述的串行 通讯接口电路采用串行通讯接口芯片"MAX3232"24。其具体电路如图2所示，"C8051F020" 单片机23的UART1串口的TX1和RX1分别与串行通讯接口芯片24的Tin和Rout相连， 串行通信接口芯片24的Tout和Rin和GND分别与步进电机驱动控制�？�26的串行通讯端 的Rin和Tout端以及GND端相连，实现单片机23与三轴步进电机驱动控制�？�26之间的 串行通讯；三轴步进电机驱动控制模块26的A00、 A10、 B00、 BIO连接进样装置中第一步 进电机1的A0、 Al、 B0、 Bl，三轴步进电机驱动控制�？�26的A01、 All、 B01、 Bll连 接进样装置中第二步进电机2的A0、 Al、 B0、 Bl，三轴步进电机驱动控制�？�26的A02、 A12、 B02、 B12连接进样装置中第三步进电机3的A0、 Al、 BOVBl;单片机23的P1.0口 对应工业线形驱动芯片25的INI输入端，工业线形驱动芯片25的OUT1端连接自动进样装 置的三通电磁阀16的供电控制端。
进样控制电路通过单片机"C8051F020" 23上的UART1串口和I/O 口对整个进样过程的 控制步骤如下
A、 上电初始化，置P1.0为1，确保三通电磁阀16的a、 b两端连通；
B、 向步进电机驱动�？�26发送控制步进电机1、2、3分别以RPM8.10、RPM30.05、RPM8.55 的速度同时向右转的指令，电机驱动�？�26根据指令驱动相应电机带动与之连接的蠕动 泵头或注射泵头以指定的方向和速度将水样和试剂按20:1的比例送入样品混合池(注射 筒ll的内腔)；
C、 T_int=0，启动进样120s时间中断，等待时间中断结束，T—irit被置l，此时进样装置完成 5ml混合样品的进样；
D、 向电机驱动�？�26发送控制步进电机1、 2、 3同时停止转动的指令，驱动�？�26根据 接收指令停止相应电机及与之连接的泵头转动；
E、 T—int=0，启动210s样品反应时间中断，等待时间中断结束，T一int被置l;
F、 置P1.0K)，确保三通电磁阀16的a、 c两端连通； .
G、 向步进电机驱动模块26发送控制第三步进电机3以RPM5.40的速度向左转的指令，电机 驱动�？楦葜噶钋谌浇缁�3带动与之连接的注射泵头以指定的方式转动，将 混合样品池(注射筒ll的内腔)中已反应5ml混合样品送入检测装置22;
H、 T—int=0，启动180秒向检测装置22送样时间中断，等待时间中断结束，T—int被置l，此 时进样装置完成将混合样品池(注射筒11的内腔)中已反应样品完全送入检测装置22 的使命；
I、 P1.0=l
J、向电机驱动�？�26发送控制第三步进电机3停止转动的指令，驱动�？�26根据接收指 令停止第三步进电机3转动，完成一次完整的进样过程； 若需重复进样转至步骤B继续。
权利要求
1、一种自动进样系统，其特征在于包括自动进样装置及其控制电路，所述的自动进样装置包括试剂池(19)、样品池(20)、三通接头(14)、三通电磁阀(16)和样品混合池装置(21)，所述的试剂池(19)通过第一蠕动泵(4)连接到三通接头(14)的第一输入接口a1，所述的样品池(20)通过第二蠕动泵(5)连接到三通接头(14)的第二输入接口b1，所述的样品混合池装置(21)为注射器式，包括注射筒(11)、推杆活塞(10)、活塞手柄(9)和注射泵头(6)，以注射筒(11)的内腔作为样品混合池，所述的注射泵头(6)内部具有可转动的丝杆(7)和安装在该丝杆上的可往复移动螺母(8)，该螺母通过夹具与活塞手柄(9)连接，所述的三通电磁阀(16)具有a、b、c三个接口，分别与注射筒(11)头部的注射端口、三通接头(14)的输出接口c1和样品检测装置(22)连接，该三通电磁阀(16)具有a接口与b接口相通、a接口与c接口相通两种控制状态，所述的第一蠕动泵(4)、第二蠕动泵(5)和注射泵头(6)分别与三个步进电机(1、2、3)连接；所述的自动进样装置控制电路包括微电脑电路、步进电机驱动电路、工业线形驱动电路，所述的微电脑电路的UART1串口的TX1和RX1通过串行通信接口与步进电机驱动电路连接，微电脑电路的I/O口与工业线形驱动电路连接，步进电机驱动电路的输出端与三个步进电机(1、2、3)连接，工业线形驱动电路的输出端与三通电磁阀(16)的控制端连接。
2、权利要求l所述的自动进样系统的自动进样控制方法，其特征在于进样过程的控制步 骤包括1) 、用于连通三通电磁阀(16) a接口与b接口的控制步骤；2) 、用于驱动三个步进电机(1、 2、 3)分别按指定的转速和方向转动，进而带动分别与 之连接的第一蠕动泵(4)、第二蠕动泵(5)和注射泵头(6)以指定的方向和速度将水样和 试剂按设定比例送入样品混合池的控制步骤；3) 、用于连通三通电磁阀(16) a接口与c接口的控制步骤；4) 、用于驱动与注射泵头(6)连接的步进电机(3)以指定的方向转动，将混合样品池 中已反应混合样品送入检测装置的控制步骤。
全文摘要
本发明提供一种自动进样系统及其控制方法，其自动进样系统包括自动进样装置及其控制电路，所述的自动进样装置包括样品池、试剂池、三通接头、三通电磁阀、样品混合池装置及相关驱动控制装置，根据控制电路中设定的控制程序，使样品池的水样和试剂池的试剂分别通过蠕动泵经三通接头和三通电磁阀注入样品混合池装置的样品混合池，再通过样品混合池装置的注射泵头将混合样品池中已反应混合样品通过三通电磁阀送入检测装置进行痕量元素和营养盐比色分析测试，解决了水体中痕量元素和营养盐现场在线自动比色监测过程中样品和试剂自动精确配比、进样和混合反应的技术难题，使得水体中痕量元素和营养盐的在线监测成为可能。
文档编号G01N21/01GK101387651SQ20081019903
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月8日 优先权日2008年10月8日
发明者卢桂新, 孙兆华, 曹文熙, 彩 李, 杨跃忠, 柯天存, 郭超英 申请人:中国科学院南�：Ｑ笱芯克�
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
