自改造金屬直讀光電光譜儀的應用

陳蓉

（共享集團公司，銀川750021）

自改造金屬直讀光電光譜儀的應用

陳蓉

（共享集團公司，銀川750021）

DV-6SN金屬直讀光電光譜儀經過十幾年運轉，在硬件上出現老化問題，設備故障率不斷，配件短缺，不能正常使用，軟件不能適應檢測數據信息化的要求。光譜儀經過軟件、硬件的改造，在確保儀器分析精度不降低的前提下，通過改造升級舊光譜儀器的計算機控制系統、數據采集系統等；真空泵，部分有問題配件國產化改造，并配備新開發的光譜分析專用軟件，能實現金屬直讀光譜儀正常運行，提高檢測準確度，提高工作效率，舊光譜儀器獲得新生，實現儀器的全面信息化數字化管理。

金屬直讀光譜儀；軟件；硬件

0 前言

DV-6SN金屬直讀光譜儀是美國進口設備，主要用于電爐鑄鐵的成分控制，以及鋼材的檢測，配置IBM486計算機。運行十幾年配合電爐鑄鐵每年完成約兩萬多鑄鐵樣品，檢測項目達42萬個之多，充分發揮了金屬直讀光譜分析技術速度快、精密度高及多元素同時測定的優點，對公司產品質量的控制、改進和提高起了重大的作用。

該儀器主機的光學系統完好。在硬件上出現老化問題，故障頻發：首先真空泵漏油，不能抽到儀器要求的真空度；其次儀器不能正常的維護保養，設備維修儀器恢復正常很慢，日常檢測都不能保證進行；再次，激發臺發熱，不能連續做樣，結果容易出現問題，嚴重影響檢測效率。該設備由于購于20世紀90年代，由于當時軟件操作系統為DOS操作系統。控制及數據不僅處理落后，數據處理慢老化，隨之產生的故障率高，而且計算機控制部分一旦出現問題，整個儀器處于不能工作狀態。

運行十幾年的舊直讀光譜儀，由于生產廠商被收購和舊機型已停產，進口備件不再生產或采購困難，使得昂貴的光譜儀處于停機狀態，無法保障正常生產使用。因此DV-6SN金屬直讀光譜儀的軟件升級、硬件國產化改造具有重要的意義。

1 儀器改造

DV-6SN金屬直讀光譜儀的硬件系統改造包括：氬氣凈化機管路改造，真空泵備件國產化，激發臺面備件國產化，分子篩備件改造國產化，測量控制系統的計算機換型。軟件系統改造：操作軟件系統國產化升級改造，實現儀器數據遠程即可傳送。對儀器改造前后的性能及參數進行對比，并對改造后對鑄鐵，低合金鋼，高合金鋼，高錳鋼等材料測試方法的研究，經標準樣品驗證，以及不同實驗室的化學比對，升級改造后檢測準確度、精密度有所提高，完全可以滿足生產檢測的需要。

1.1 計算機國產通用商業化

DV-6SN金屬直讀光譜儀的計算機及MC20系統是該儀器控制的中心。改造后，保留原儀器的數據傳送接口、光學、電路、機械、光源關鍵的硬件部分及不可能更換的硬件。從而實現從IBM486向國產商務機改造。其特點：（1）從儀器采集的數據傳送到計算機處理，然后數據傳送到網絡上，實現數據資源共享，數據統計處理。（2）商業化通用性計算機，實現了控制儀器的計算機隨著計算機技術的發展可以不斷更新，國產化、商業化。

1.2 分析操作軟件國產化改造

原DV-6SN金屬直讀光譜儀分析操作軟件采用DOS環境下的編程語言編寫測控軟件，隨著計算機的硬件、軟件迅速發展，原系統反映的問題比較多，DOS英文操作下程序操作界面，界面不直觀，要求操作者技能高，會計算機操作還要會英文。又因為系統2000年時鐘問題，分析過程發生卡機現象，反映界面遲鈍，分析速度慢。不能用鼠標操作，所有信息必須通過打印機輸出。分析軟件控樣標準化程序設計不合理，必須全部控樣標準化，不能進行對部分元素控樣標準化，當樣品結果與控樣標準化塊的結果成分差別大時，出現檢測錯誤，軟件設計不合理。

針對該儀器的問題，開發研制了智能化DV-6SN金屬直讀光譜儀軟件操作系統，設計用技術機匯編語言支持程序計算控制，結合微軟ACESS數據庫對數據對接收處理發送。操作系統升級到WindowsXP系統平臺，實現了中文界面，對DV-6SN金屬直讀光譜儀進行硬件控制。

1.3 氬氣凈化機管路改造

由于氬氣的質量直接關系到光譜檢測的質量，只有一條氬氣管路，常常會碰到氬氣凈化機失效問題，因此對光譜儀到氬氣凈化機的氬氣管道進行了改造，氬氣即可以直接進儀器，還可以同時連接氬氣凈化機，材料全部采用不銹鋼材料連接而成。

1.4 真空泵改造

原裝真空泵價格較貴，光譜儀的高壓開關無法打開，設備就無法使用。真空泵漏油，不能抽到儀器要求的真空度已困擾了大約3a的時間，先更換國產普通的真空泵，聲音噪音太大，油污染也很嚴重，使用不到半年就出現問題，分子篩經常進油等，真空泵漏油也維修幾次，問題仍不能解決。采用進口國內組裝生產的真空泵，滿足了光譜儀真空要求，運行噪音小，抽真空速度快，價格是原裝價格為一半。

1.5 分子篩備件改造國產化

分子篩經常進油，主要由于真空泵問題，備品備件難以尋覓，維修。自己填充分子篩吸附材料，再用膠密封好金屬網，效果較好，解決分子篩備品備件問題。

2 實驗部分

2.1 實驗材料

灰鑄鐵，球磨鑄鐵，中低合金鋼，高合金鋼，高錳鋼等鋼鐵材料。

2.2 實驗方法

采用國家標準方法［1-3］進行測定。

2.3 改造前后儀器性能和參數對比

改造后該光譜儀的光柵、檢測器、元素板等關鍵設計硬件進行保留，該光譜儀改造后又增加了新的功能，儀器改造前后部分性能和參數作了比較。

2.3.1 光譜儀檢測操作系統

改造前DOS英文操作下程序操作界面，改造后WindowsXP系統平臺，實現了中文界面對主機進行運行控制，如圖1，2所示。鼠標可以控制主機運行和多功能操作，可以任意編輯報告格式，人員授權控制等功能增加。

圖1 原光譜儀控樣標準化界面Figure 1 Original standard interface of spectrometer control sample.

2.3.2 分析軟件程序創新設計

舊軟件設計不能進行對部分元素控樣標準化，當樣品結果與控樣標準化塊的結果成分差別大時，出現檢測錯誤。改造后軟件控樣校準程序可以根據需要進行選擇，不需要控樣標準化的元素直接由曲線計算，控制樣品標準化界面對比，如圖1，2所示。提高了檢測準確度。控樣標準化也可以采用單點或雙點校正。

2.3.3 數據處理及輸出

光譜檢測完畢，通過內部網站數據計算機實時發送到電爐熔煉配料用計算機，界面就可完成數據傳送。根據需求直接打印化學分析報告，標準化數據進行存儲、數據導出等功能。

圖2 改造后光譜儀控樣標準化界面Figure 2 Standard interface of spectrometer control sample after modification.

2.3.4 改造前后儀器技術參數對比

儀器改造前后的參數比較見表1。由于受光柵的污染，使儀器的檢出限、精密度下降。總之改造后，性能有一部分提高，拓展了檢測曲線，并延長其使用壽命，達到儀器改造的目的。

表1 儀器改造前后的參數比較（以鑄鐵為例）Table 1 Results comparison of instrument parameters before and after modification（using cast iron as an example）

2.4 光譜改造后儀器的應用

光譜改造后儀器應用在鑄鐵、中低合金鋼、不銹鋼等鋼鐵材料中的光譜檢測，按金屬直讀光譜方法再現性判定，用標準物質驗證結果，見表2，檢測絕對誤差符合再現性要求。

表2 標準物質驗證比對結果Table 2 Results comparison in standard reference materials /%

3 結論

針對高檔精密儀器領域進行軟件、硬件的改造，軟件程序創新設計，使高檔精密儀器更好地發揮其作用。計算機國產化，緊跟計算機的快速發展的步伐，分析速度加快。中文分析軟件界面更直觀，操作更方便。分析操作軟件的重新設計，提高檢測準確度、精密度。改造后的儀器計算機運行系統運算，數據接收速度明顯提高。儀器改造后使用了1a多，所有故障問題已經解決，可以正常停機維護保養并半個小時可以恢復光譜檢測，并且儀器的性能整體有所提高，儀器的潛能等得到很大的發揮，延長了儀器使用壽命，以較小的成本使舊光譜儀器獲得新生，實現儀器的全面信息化數字化管理，在生產中發揮巨大的作用。

［1］全國鋼標準化技術委員會.GB/T4336—2002碳素鋼和中低合金鋼火花源原子發射光譜分析方法（常規法）［S］.北京：中國標準出版社，2002.

［2］全國鋼標準化技術委員會.GB/T11170—2008不銹鋼多元素含量測定火花放電原子發射光譜法（常規法）［S］.北京：中國標準出版社，2008.

［3］全國鋼標準化技術委員會.GB/T24234—2009鑄鐵多元素含量測定火花放電原子發射光譜法（常規法）［S］.北京：中國標準出版社，2009.

Application of Modified Metal Optical Spectrometery

CHEN Rong
（KOCELGroupCompany，Yinchuan，Ningxia750021，China）

After more than ten years of operation，DV-6SN metal direct reading optical spectrometer had several problems in both hardware and software.In hardware，the instrument cannot work normally due to ageing equipment，continuous equipment failure rate and parts shortages.In software，it cannot meet the requirement of detection data information.Therefore，this paper discussed and modified the hardware and software of DV-6SN metal direct reading optical spectrometer，mainly including updating the computer control system and data acquisition system，replacing of the vacuum pump，localizing other failure accessories and equipping newly development software for spectral analysis.On the premise of not reducing the accuracy，these improvement measures can not only ensure the instrument work normally，but also improve work efficiency，make old spectrometer device obtained new life and achieve complete information and digital management.

direct-reading metal spectrometers；software；hardware

O657.3；TH744.1

A

2095-1035（2015）03-0083-04

2015-02-27

2015-04-24

陳蓉，女，高級工程師，主要從事冶金材料化學分析及光譜等方面的研究。E-mail：nxyccr＿2006＠163.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2015.03.020