自改造金属直读光电光谱仪的应用

陈蓉

（共享集团公司，银川750021）

自改造金属直读光电光谱仪的应用

陈蓉

（共享集团公司，银川750021）

DV-6SN金属直读光电光谱仪经过十几年运转，在硬件上出现老化问题，设备故障率不断，配件短缺，不能正常使用，软件不能适应检测数据信息化的要求。光谱仪经过软件、硬件的改造，在确保仪器分析精度不降低的前提下，通过改造升级旧光谱仪器的计算机控制系统、数据采集系统等；真空泵，部分有问题配件国产化改造，并配备新开发的光谱分析专用软件，能实现金属直读光谱仪正常运行，提高检测准确度，提高工作效率，旧光谱仪器获得新生，实现仪器的全面信息化数字化管理。

金属直读光谱仪；软件；硬件

0 前言

DV-6SN金属直读光谱仪是美国进口设备，主要用于电炉铸铁的成分控制，以及钢材的检测，配置IBM486计算机。运行十几年配合电炉铸铁每年完成约两万多铸铁样品，检测项目达42万个之多，充分发挥了金属直读光谱分析技术速度快、精密度高及多元素同时测定的优点，对公司产品质量的控制、改进和提高起了重大的作用。

该仪器主机的光学系统完好。在硬件上出现老化问题，故障频发：首先真空泵漏油，不能抽到仪器要求的真空度；其次仪器不能正常的维护保养，设备维修仪器恢复正常很慢，日常检测都不能保证进行；再次，激发台发热，不能连续做样，结果容易出现问题，严重影响检测效率。该设备由于购于20世纪90年代，由于当时软件操作系统为DOS操作系统。控制及数据不仅处理落后，数据处理慢老化，随之产生的故障率高，而且计算机控制部分一旦出现问题，整个仪器处于不能工作状态。

运行十几年的旧直读光谱仪，由于生产厂商被收购和旧机型已停产，进口备件不再生产或采购困难，使得昂贵的光谱仪处于停机状态，无法保障正常生产使用。因此DV-6SN金属直读光谱仪的软件升级、硬件国产化改造具有重要的意义。

1 仪器改造

DV-6SN金属直读光谱仪的硬件系统改造包括：氩气净化机管路改造，真空泵备件国产化，激发台面备件国产化，分子筛备件改造国产化，测量控制系统的计算机换型。软件系统改造：操作软件系统国产化升级改造，实现仪器数据远程即可传送。对仪器改造前后的性能及参数进行对比，并对改造后对铸铁，低合金钢，高合金钢，高锰钢等材料测试方法的研究，经标准样品验证，以及不同实验室的化学比对，升级改造后检测准确度、精密度有所提高，完全可以满足生产检测的需要。

1.1 计算机国产通用商业化

DV-6SN金属直读光谱仪的计算机及MC20系统是该仪器控制的中心。改造后，保留原仪器的数据传送接口、光学、电路、机械、光源关键的硬件部分及不可能更换的硬件。从而实现从IBM486向国产商务机改造。其特点：（1）从仪器采集的数据传送到计算机处理，然后数据传送到网络上，实现数据资源共享，数据统计处理。（2）商业化通用性计算机，实现了控制仪器的计算机随着计算机技术的发展可以不断更新，国产化、商业化。

1.2 分析操作软件国产化改造

原DV-6SN金属直读光谱仪分析操作软件采用DOS环境下的编程语言编写测控软件，随着计算机的硬件、软件迅速发展，原系统反映的问题比较多，DOS英文操作下程序操作界面，界面不直观，要求操作者技能高，会计算机操作还要会英文。又因为系统2000年时钟问题，分析过程发生卡机现象，反映界面迟钝，分析速度慢。不能用鼠标操作，所有信息必须通过打印机输出。分析软件控样标准化程序设计不合理，必须全部控样标准化，不能进行对部分元素控样标准化，当样品结果与控样标准化块的结果成分差别大时，出现检测错误，软件设计不合理。

针对该仪器的问题，开发研制了智能化DV-6SN金属直读光谱仪软件操作系统，设计用技术机汇编语言支持程序计算控制，结合微软ACESS数据库对数据对接收处理发送。操作系统升级到WindowsXP系统平台，实现了中文界面，对DV-6SN金属直读光谱仪进行硬件控制。

1.3 氩气净化机管路改造

由于氩气的质量直接关系到光谱检测的质量，只有一条氩气管路，常常会碰到氩气净化机失效问题，因此对光谱仪到氩气净化机的氩气管道进行了改造，氩气即可以直接进仪器，还可以同时连接氩气净化机，材料全部采用不锈钢材料连接而成。

1.4 真空泵改造

原装真空泵价格较贵，光谱仪的高压开关无法打开，设备就无法使用。真空泵漏油，不能抽到仪器要求的真空度已困扰了大约3a的时间，先更换国产普通的真空泵，声音噪音太大，油污染也很严重，使用不到半年就出现问题，分子筛经常进油等，真空泵漏油也维修几次，问题仍不能解决。采用进口国内组装生产的真空泵，满足了光谱仪真空要求，运行噪音小，抽真空速度快，价格是原装价格为一半。

1.5 分子筛备件改造国产化

分子筛经常进油，主要由于真空泵问题，备品备件难以寻觅，维修。自己填充分子筛吸附材料，再用胶密封好金属网，效果较好，解决分子筛备品备件问题。

2 实验部分

2.1 实验材料

灰铸铁，球磨铸铁，中低合金钢，高合金钢，高锰钢等钢铁材料。

2.2 实验方法

采用国家标准方法［1-3］进行测定。

2.3 改造前后仪器性能和参数对比

改造后该光谱仪的光栅、检测器、元素板等关键设计硬件进行保留，该光谱仪改造后又增加了新的功能，仪器改造前后部分性能和参数作了比较。

2.3.1 光谱仪检测操作系统

改造前DOS英文操作下程序操作界面，改造后WindowsXP系统平台，实现了中文界面对主机进行运行控制，如图1，2所示。鼠标可以控制主机运行和多功能操作，可以任意编辑报告格式，人员授权控制等功能增加。

图1 原光谱仪控样标准化界面Figure 1 Original standard interface of spectrometer control sample.

2.3.2 分析软件程序创新设计

旧软件设计不能进行对部分元素控样标准化，当样品结果与控样标准化块的结果成分差别大时，出现检测错误。改造后软件控样校准程序可以根据需要进行选择，不需要控样标准化的元素直接由曲线计算，控制样品标准化界面对比，如图1，2所示。提高了检测准确度。控样标准化也可以采用单点或双点校正。

2.3.3 数据处理及输出

光谱检测完毕，通过内部网站数据计算机实时发送到电炉熔炼配料用计算机，界面就可完成数据传送。根据需求直接打印化学分析报告，标准化数据进行存储、数据导出等功能。

图2 改造后光谱仪控样标准化界面Figure 2 Standard interface of spectrometer control sample after modification.

2.3.4 改造前后仪器技术参数对比

仪器改造前后的参数比较见表1。由于受光栅的污染，使仪器的检出限、精密度下降。总之改造后，性能有一部分提高，拓展了检测曲线，并延长其使用寿命，达到仪器改造的目的。

表1 仪器改造前后的参数比较（以铸铁为例）Table 1 Results comparison of instrument parameters before and after modification（using cast iron as an example）

2.4 光谱改造后仪器的应用

光谱改造后仪器应用在铸铁、中低合金钢、不锈钢等钢铁材料中的光谱检测，按金属直读光谱方法再现性判定，用标准物质验证结果，见表2，检测绝对误差符合再现性要求。

表2 标准物质验证比对结果Table 2 Results comparison in standard reference materials /%

3 结论

针对高档精密仪器领域进行软件、硬件的改造，软件程序创新设计，使高档精密仪器更好地发挥其作用。计算机国产化，紧跟计算机的快速发展的步伐，分析速度加快。中文分析软件界面更直观，操作更方便。分析操作软件的重新设计，提高检测准确度、精密度。改造后的仪器计算机运行系统运算，数据接收速度明显提高。仪器改造后使用了1a多，所有故障问题已经解决，可以正常停机维护保养并半个小时可以恢复光谱检测，并且仪器的性能整体有所提高，仪器的潜能等得到很大的发挥，延长了仪器使用寿命，以较小的成本使旧光谱仪器获得新生，实现仪器的全面信息化数字化管理，在生产中发挥巨大的作用。

［1］全国钢标准化技术委员会.GB/T4336—2002碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法（常规法）［S］.北京：中国标准出版社，2002.

［2］全国钢标准化技术委员会.GB/T11170—2008不锈钢多元素含量测定火花放电原子发射光谱法（常规法）［S］.北京：中国标准出版社，2008.

［3］全国钢标准化技术委员会.GB/T24234—2009铸铁多元素含量测定火花放电原子发射光谱法（常规法）［S］.北京：中国标准出版社，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

陈蓉，女，高级工程师，主要从事冶金材料化学分析及光谱等方面的研究。E-mail：nxyccr＿2006＠163.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2015.03.020