AG-9800 型全譜火花直讀光譜儀是金屬分析領(lǐng)域常用的檢測設(shè)備，整合全數(shù)字化技術(shù)與真空光學(xué)設(shè)計，可對金屬材料中的元素含量進(jìn)行分析，為金屬制造業(yè)、加工業(yè)及金屬冶煉業(yè)的質(zhì)量監(jiān)控、材料牌號識別和材料研究開發(fā)提供技術(shù)支持。其工作原理圍繞樣品激發(fā)、光譜分離、信號采集、數(shù)據(jù)處理四個核心環(huán)節(jié)展開，各系統(tǒng)相互配合，實現(xiàn)對金屬樣品中元素的檢測。

一、樣品激發(fā)：獲取元素特征光譜

樣品激發(fā)是光譜分析的初始環(huán)節(jié)，目的是讓樣品中的元素釋放出可被檢測的特征光譜。該儀器配備全頻數(shù)字激發(fā)光源，激發(fā)頻率范圍為 100-1000Hz，且能通過數(shù)字化方式調(diào)節(jié)激發(fā)能量，可根據(jù)不同材質(zhì)的金屬樣品調(diào)整激發(fā)參數(shù)，以適配檢測需求。

為提升激發(fā)穩(wěn)定性，儀器采用雙火花組合放電設(shè)計，同時搭配水平與垂直雙氣路激發(fā)裝置。在激發(fā)過程中，氬氣會在激發(fā)區(qū)域形成保護(hù)氛圍，氬氣的輸入壓力需控制在 0.25MPa，儀器配備的氬氣壓力電子感應(yīng)保護(hù)裝置可實時監(jiān)測氬氣壓力，確保壓力穩(wěn)定；此外，帶氬氣常流設(shè)定閥能將氬氣流量控制在 0.2L-0.5L/min，減少空氣對激發(fā)過程的干擾，避免樣品在激發(fā)時因與空氣接觸產(chǎn)生氧化物，影響后續(xù)檢測結(jié)果。

儀器的樣品臺為開放式不銹鋼結(jié)構(gòu)，可放置尺寸較大的樣品。在進(jìn)行激發(fā)前，需對樣品表面進(jìn)行處理，如鋼鐵試樣需用雙盤磨樣機和落地式砂輪機打磨，鋁試樣需用車床處理，確保樣品表面平整、無雜質(zhì)。處理后的樣品放置在樣品臺上，與電極形成放電回路，在高壓火花作用下，樣品中的原子吸收能量躍遷至高能態(tài)，隨后原子會躍遷回低能態(tài)，在此過程中釋放出具有特定波長的特征光譜，為后續(xù)的光譜分離環(huán)節(jié)提供基礎(chǔ)信號。

二、光譜分離：篩選特征譜線

光譜分離環(huán)節(jié)的作用是將樣品激發(fā)產(chǎn)生的復(fù)合光譜分解為單一波長的特征譜線，以便后續(xù)對特定元素進(jìn)行檢測。該儀器的光學(xué)系統(tǒng)采用帕型 - 龍格光學(xué)結(jié)構(gòu)與真空羅蘭圓光柵分光室，其中分光室的波長范圍為 120-900nm，可覆蓋多數(shù)金屬元素的特征光譜波段。

光學(xué)系統(tǒng)中的光柵為羅蘭圓光柵，刻線數(shù)量為 2400 線 /mm，焦距為 400mm，具備分光能力，能將復(fù)合光譜分解。儀器的光室為恒溫一體結(jié)構(gòu)，配備自動恒溫系統(tǒng)，可將光室溫度穩(wěn)定在 35℃，溫度控制精度為 ±0.1℃，減少溫度變化對光譜波長產(chǎn)生的影響，保障光譜分離的準(zhǔn)確性。

光室還設(shè)有半潛式真空室入射透鏡清洗裝置，可定期對入射透鏡進(jìn)行清潔，避免透鏡表面附著雜質(zhì)影響光線入射；入射狹縫的寬度為 10 微米，采用高精度反鍍膜工藝，且配備微位移裝置，可通過調(diào)整狹縫位置優(yōu)化光路，提升光線入射精度。此外，光室采用間歇式真空控制方式，搭配真空泵系統(tǒng)（鐵基配置），真空泵運行 3-5 分鐘可使光室達(dá)到小于 2Pa 的真空度，且該真空狀態(tài)可維持 3 小時以上；同時，真空泵帶有防反油裝置，能防止真空泵中的油進(jìn)入光室造成污染，減少光譜在光室中的吸收損耗，提升檢測的靈敏度。

三、信號采集：轉(zhuǎn)化光學(xué)信號

信號采集環(huán)節(jié)主要是將經(jīng)過分離的特征譜線光學(xué)信號轉(zhuǎn)化為可處理的電信號。儀器的電子系統(tǒng)包含峰值電壓采樣電路和光譜儀光學(xué)室的真空測量電路，可分別對激發(fā)過程中的峰值電壓和光室真空度進(jìn)行監(jiān)測。

該儀器采用 ARM 芯片實現(xiàn)高速 USB 多通道同步數(shù)據(jù)采集，同步采樣速率為 16×100k，能快速捕捉光學(xué)信號；配備 16 通道高精度 CCD 檢測器（型號為東芝 TCD1304），總像素數(shù)量為 58368，具備高分辨率全譜采集能力，可接收不同波長的特征譜線光學(xué)信號。為降低噪聲對信號采集的影響，CCD 檢測器采用制冷降噪技術(shù)，提升對微弱光學(xué)信號的識別能力。

在信號傳輸方面，儀器采用光纖數(shù)字編碼傳送方式，增強信號抗干擾能力，確保電信號穩(wěn)定傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。同時，儀器配備 16 位單像素數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，可將 CCD 檢測器輸出的模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供適配的信號形式。

四、數(shù)據(jù)處理：分析并輸出結(jié)果

數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)是對采集到的數(shù)字信號進(jìn)行分析，得出樣品中元素含量等檢測結(jié)果。儀器搭載高性能 ARM 數(shù)據(jù)處理器，具備速數(shù)據(jù)采集及控制功能，同時采用 FPGA 及高速數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，縮短檢測數(shù)據(jù)的整體讀入時間，提升數(shù)據(jù)處理效率。

儀器的分析軟件運行于 Windows 系統(tǒng)，支持全中文操作，也可根據(jù)需求切換至其他多國語言版本。軟件能自動完成數(shù)據(jù)采集，基于二乘原理擬合工作曲線，還可通過自動二點或單點標(biāo)準(zhǔn)化、自動控樣校正功能對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，減少儀器漂移、元素間干擾等因素對檢測結(jié)果的影響；此外，軟件具備自動校正元素間干擾和背景修正的功能，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

在數(shù)據(jù)處理過程中，軟件支持在同一樣品的同一點進(jìn)行一次或多次激發(fā)，可刪除異常的激發(fā)結(jié)果，并自動計算多次激發(fā)結(jié)果的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。檢測結(jié)果的輸出方式多樣，可選擇輸出強度、強度比率、濃度、校正濃度等數(shù)據(jù)形式；結(jié)果可打印輸出，也可存盤保存，還能生成 Word 文檔，同時支持通過網(wǎng)絡(luò)和計算機標(biāo)準(zhǔn)口進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。

軟件還附帶故障診斷和自測試程序，自動生成的數(shù)據(jù)文件可用于遠(yuǎn)程判斷儀器故障，方便后期維護(hù)；且支持多控樣分析切換，便于對不同類型的樣品進(jìn)行檢測。儀器標(biāo)準(zhǔn)配置包含聯(lián)想品牌計算機和 HP 品牌打印機，計算機用于運行分析軟件和存儲數(shù)據(jù)，打印機用于輸出檢測報告，形成完整的數(shù)據(jù)處理與輸出體系。

從樣品激發(fā)到數(shù)據(jù)輸出，整個檢測流程耗時10-30秒，在保障檢測效率的同時，通過各系統(tǒng)的協(xié)同工作，實現(xiàn)了對金屬樣品中元素的穩(wěn)定、準(zhǔn)確檢測，可滿足鑄造、冶煉、機械、航空航天、高?？蒲械榷鄠€行業(yè)在加工過程中質(zhì)量控制與元素含量分析的需求。