300MHz-500MHz核磁共振波谱仪气路控制系统的研制

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核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)谱仪是一种重要的科研仪器,是研究分子结构必不可少的重要手段,其已广泛应用于化学、生物学、医学、药学、环保等领域,有着其他仪器不可替代的作用。   谱仪气路控制系统是核磁共振谱仪的部件之一,其主要功能包括样品的升/降、托起、旋转、实验温度控制等。现有的商用NMR谱仪中,其气路与温控系统的计算和控制功能依附于硬件控制台,通过多股专用数据线与执行、显示部分进行数据传送,降低了气路与温控系统的可靠性、可扩展性和可维护性。   本文以国家科技支撑计划课题“300MHz-500MHz核磁共振波谱仪的研制”为研究平台,论述了NMR谱仪组成部件气路控制系统的研制过程。在已有的商用谱仪气路的基础上对NMR谱仪的气控系统重新进行了设计,将气路控制功能完全从硬件控制台中分离出来,设计成一个独立的模块。整个气控系统采用分布式的结构设计,将气控系统分解为多个子模块,各模块间相互独立,便于扩展和维护。   本文所设计的气路控制系统,主控芯片采用了ARM Cortex-M3内核的32位控制器STM32,并在此基础上移植了μC/OS-Ⅱ操作系统,通过使用μIP协议栈,实现了与上位机的以太网通信。在控制上采用了PID算法对转速和变温进行调整,使气控系统具有一个较好的响应特性。   本设计已经在实际谱仪上进行测试成功,部分指标优于商用部件。
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