步进电动机在X射线荧光分析仪中的应用

２工 作原理
ｘ射线管产生 ｘ射线以一定角度打到靶上 ， 经靶反 射后
即变成了某一能谱 的 Ｘ射线 。每更换一次靶 ， 即对应更 换一
个能量点。这些 不同材料 的靶被加工成 大小相 同的 圆片， 均 匀放置于一圆盘 上 ， 即用于换靶 的靶盘上 。靶 盘分为六 分度
盘， 每一分度有一个靶 的圆形孔槽 ， 靶安 装在孔槽 中 ， 动靶 转
不利于能量色散 ｘ射线荧光分析 ， 必须采用二次转 换靶 将它 变成单能 ｘ射线 。通过更换 不同的靶物质 ， 改变激发源 的 ｘ 的固定角度。本 系统选 用步距 角为 １ ８ 的混合 式 四相 步进 ．。 电动机 ， 按照 四相八拍 的方式通 电。齿轮 传动系统 的主动轮
射线能量 ， 使之 与 目标元 素 的吸收 限相 近。长期 以来 ， 更换 上有 １ ９个齿 ， 从动轮上有 ６ 个齿 ， １ 当步进电动机带动 主动轮 靶盘基本依靠人工 的方法 ， 工作 效率 低 ， 而且 不安 全。本文 转动 １３ 的时候 ， 动轮 带动靶盘转动 ６ 。 ９。 从 Ｏ。
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２７ 第 期 ０ 年 ４ ０
步 进 电动机 在 Ｘ射 线 荧光 分析 仪 中的应 用
马永红 ， 万 昌， 良全 赖 葛
（ 成都理工大学 ， 四川成都 ６ ０５ ） １０ ９
中 图分 类 号 ： Ｍ３３ ６ Ｔ ８ ．
文献标识码 ： Ｅ
步数进行控制 ， 其流程图如 图 ３所示 。
３硬 件 电路
本 系统选用单片机 Ａ ８ Ｃ ２ 为控制 芯片， Ｔ９ ５ 作 控制步进 电 动机的脉 冲分配 以及键盘 、 显示器 的运作 。整个 系统 采用开 环控制 ， 步进 电动 机驱动 电路 选用 Ｓ Ａ ０ ４ Ｌ ７ ２ Ｍ集成 芯片 。系 统 电原理框 图如 图 ２所示 。断 电开关 控制 主要用 来实 现对
盘 即可 达 到 更换 靶 的 目的 。
当前靶盘所处位 置 ， 并可通 过发光 二极 管显示 当前 的键值 。
当前键值所对应 的角 度与上一 次键值 所对应 的角 度之差 即 为步进 电动机所要转动 的角度 。由表 １可知 ， 若从 ２号靶盘 转 到 ４号靶盘 ， 步进 电动机需要转动 ３６ 。 ８ 。
电动机以及 机械 系统 的效率 ， 最终选用齿轮的传动 比为 ３２ ．。
整个系统如图 １ 所示 。
ｌ ２ ３
４
ｌ ２ ３
４
１３ ９ ３６ ８ ５９ ７
７ ７２２ ６３ ４
８ ５８
５
４软 件设 计
步进 电动机是一种 将离散 的 电脉冲信 号转 化成相应 的 角位移或线位移的电磁机械装置 ， 其输 出的角位移 与输入 的 脉 冲数成正 比， 速与脉 冲频率 成正 比 ， 一种输 出 与输 入 转 是
文章编号 ：０４－ ０ ８ ２ ０ ）４－０５ ０ １０ ７ １ （０７ ０ ０２－ １
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５调 试 结果
（ ）当芯片驱动电压为 ２ Ｖ时 ， １ ４ 步进 电动机运行 效果最 佳。步进 电动机的运 行速度为 ５／ ～ ｓ步时 ， ｓ步 ８／ 靶盘 的旋转 速度最佳 ， 不会有脱盘现象发生 。
表 １ 靶盘号与步进 电动机转动角度 之间的关系
靶盘号 对应键值 电机转动角度／ 。 靶盘转动角度／ 。 脉冲个数 （ （） （） 八拍 ）
０ ０ ０ ０ ０
本系统 由齿轮传动系统 、 步进 电动机 、 靶盘 、 驱动控 制电 路四部分组 成。步进 电动机通过齿轮拖 动靶盘 ， 考虑到步 进
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２， 。 靶盘中心点定位的准确度误 差不大于 １ ｍ。 ｍ
为进 —步提高 本刊的绪辑 量， ｌ ％ 请箍对此文在读
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另外 ， 如果步进 电动机起 动和停 止都 以恒定 频率工 作 ， 那么 当频率太高时 ， 电机将不能把 负载惯量加速 到对应 的步 进频率 ， 系统 会出现完 全不能工 作 ， 或在 行程 的开始 阶段失
图 １ 系 统 简 图
步 。为此 ， 我们采用指数形加速 曲线来 对步进 电动机的频率
１引 言
能量色散 ｘ射线荧 光分析技 术 已被 广泛 应用 于地 质矿
产资源勘查 、 工业过程分析和环境调查。 当以 ｘ射线管作为 脉 冲对应 的增量驱动元件。单 片机每发 出一个 电脉 冲信 号 ， ｘ射线荧光仪 的激发源 时 ， 其发射 的是连续 的 ｘ射线 能谱 ， 步进 电动机转动一个（ 半个 ） 步距 角， 而带 动靶 盘转动相应 从
步进电动机驱动 电路的断电控制 ， 防驱动 电路 损坏 。显示 预
部 分由 ８ Ｌ Ｄ发光二极管及 ４个 Ｌ Ｄ段码管组成 ， 个 Ｅ Ｅ 主要指
示 当前测量所用 的靶 ， 以及 步进 电动机 的起 动 、 止 和转动 停
角度 。
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图 ２ 系统 电原 理 框 图
图 ３ 步进电动机频率控制流程图
研制 出了一种基于步进电动机 的 自动换靶 系统 ， 解决 了这一
技 术 问题 。
一
靶盘分为六分度盘 ， 每分 度 上安装 一个靶 ， 个靶对 应 每 个键值 ， ０号靶盘为系统 的起始位 。靶 盘号 与电机转动 角 度之间的关系如表 １ 所示 。单片 机读取用户按 下的键值 ， 将 当前 的键值存 入 Ａ ８ Ｃ ２单片 机的 只读 Ｒ Ｍ 中， Ｔ９ ５ Ａ 同时保 存 上一次的键值 ， 并且通过发 光二极管显 示当前 的键值 。因为 Ａ ８ Ｃ ２单片机的只读 Ｒ Ｍ具有断 电后保存存储 内容 的功 Ｔ９ ５ Ａ 能 ， 以系统再次 开机后通 过读取 Ｒ 所 ＡＭ 中的键值 即可得 知