ＰＩＤ檢測器主要由紫外光源、電離室和連接附件組成。整體結(jié)構(gòu)裝配如圖２所示。

３．１．１　紫外燈的選擇　紫外光源為電離室提供一

定能量的光子流，是ＰＩＤ的關(guān)鍵部件。一般采用玻璃封裝結(jié)構(gòu)的紫外燈作激發(fā)源，內(nèi)充低氣壓惰性氣體，通過激發(fā)放電，產(chǎn)生遠紫外輻射光。常見的紫外燈有氙燈、氪燈和氬燈。本設(shè)計中選擇絕對光通量輸出大、靈敏度高的氪燈（１０．２ｅＶ）。

３．１．２　電離室的設(shè)計　ＰＩＤ的靈敏度在很大程度上取決于電離室的性能。傳統(tǒng)的ＰＩＤ噴嘴和電極分開，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；受制于電極的結(jié)構(gòu)，紫外燈與收集極須保持一定距離，才不會引入較大的噪聲，因此電離室的體積難以縮小，不利于組分的充分電離。重新設(shè)計電離室的結(jié)構(gòu)，將噴嘴和電極整合為一體，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，同時避免了噪聲的引入。電離室體積僅３０"Ｌ，在檢測過程中，樣品在其中充分電離，大大提高了ＰＩＤ的靈敏度。使用一段時間后，紫外燈的窗口會附著大量殘留物，電離效率降低。針對此問題，在電離室內(nèi)增加一路窗口吹掃氣路，可直接對窗口進行吹掃清洗，大大減少了殘留樣品對窗口的污染，提高了紫外燈的使用效率，方便客戶使用與維護。

３．１．３　連接附件設(shè)計　紫外燈高壓連接方式由剛性連接改為彈性連接，即ＢＮＣ引線通過燈高壓輸入端與彈簧連接，彈簧壓接在紫外燈電極上，燈頭用螺絲螺母旋緊固定，大大提高了供電的可靠性。將紫外燈底座嵌于聚四氟乙烯套中，外用不銹鋼固定套壓緊，固定套的螺紋連接于ＰＩＤ電離池體。該固定方式解決了ＰＩＤ電離室與紫外燈的密封問題，可靠性高。

３．２　硬件電路的設(shè)計

硬件電路主要包含紫外燈供電電源模塊、微弱電流信號放大器、ＭＣＵ 通訊及控制部分。其中，微弱電流放大器的設(shè)計是硬件電路設(shè)計中的難點。

３．２．１　紫外燈供電電源模塊的設(shè)計　外燈激發(fā)的方式通常有３種：直流（１～２ｋＶ）、射頻（７５～１２５ｋＨｚ）和微波（２４５０ＭＨｚ）。本設(shè)計采用１～２ｋＶ直流高壓激發(fā)。目前市場提供的高壓電源模塊的穩(wěn)定性和體積不能充分滿足ＰＩＤ設(shè)計和實驗要求，研制了一種小型高穩(wěn)定性的紫外燈供電高壓模塊，整體結(jié)構(gòu)如圖３所示，由變壓器、升壓電路、反饋控制和驅(qū)動芯片構(gòu)成。電源基于ＢＯＯＳＴ拓撲結(jié)構(gòu)，其特點在于能夠?qū)⑤^低的輸入電壓升高為較高的調(diào)整輸出電壓。電路采用升壓變壓器和倍壓整流結(jié)構(gòu)，輸出再經(jīng)濾波便可得到所需高壓。在反饋電路中采用電阻分壓采樣，經(jīng)低噪聲放大器和反饋補償環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)ＰＷＭ 占空比，以保證輸出電壓的平穩(wěn)。電路結(jié)構(gòu)簡單，所需元件少。在額定電壓工作時，最大輸出電流可達２ｍＡ。變壓器采用封閉式磁芯，有效減少電磁干擾。用絕緣硅膠灌封，保證了高壓模塊的安全可靠。經(jīng)測試，額定電壓輸出電源穩(wěn)定在±０．０１％，電源紋波在±０．０５％范圍內(nèi)，完全符合紫外燈供電標(biāo)準(zhǔn)。此高壓電源模塊輸入電壓范圍寬（１２±３）Ｖ，輸

出電壓從０～１．２ｋＶ連續(xù)可調(diào)。體積?。ǎ矗埃恚怼粒矗埃恚怼粒玻埃恚恚亓枯p?？捎糜诎寮壴O(shè)計，以減小儀器體積。模塊集成了電壓調(diào)節(jié)接口（可選）以及電流檢測輸出接口。對負載電流的實時監(jiān)測，改變可調(diào)外部接口的電壓，實現(xiàn)燈電流的控制功能，調(diào)節(jié)更便捷。

３．２．２　微弱信號檢測電路的設(shè)計　ＰＩＤ電離被測氣體所形成的電流?。ǎ保埃保础。粒瑢儆谖⑷跣盘?，需要進行電流／電壓（Ｉ／Ｖ）轉(zhuǎn)換，放大為易于檢測的電壓信號，同時不能引入較大的噪聲。假定采用１Ｇ的反饋電阻，為達到微伏級的電路噪聲，則需要ｆＡ級的輸入偏置電流的放大器。因此需選用超低輸入偏置電流、低噪聲、低溫漂的精密放大器，并要做好濾波和屏蔽工作。本設(shè)計中選用ＡＤＩ的ＡＤ５４９作為放大器。電離室中的金屬噴嘴兼作極化電極和收集極　圖４　微弱電流信號放大電路Ｆｉｇ．４?。樱悖瑁澹恚澹簦椋悖蟆。铮妗。恚椋悖颍铩。悖酰颍颍澹睿簟。幔恚穑欤椋妫椋澹蚴潜驹O(shè)計的獨特之處，在電路中增加了一級抗較高共模電壓的差分放大器。微弱信號檢測電路如圖４所示，ＡＤ５４９部分電路構(gòu)成一個Ｉ／Ｖ轉(zhuǎn)化器，Ｒ１ 作為反饋電阻，Ｃ１ 用于抑制噪聲和閉環(huán)補償，降低帶寬，可防止電路震蕩。Ｒ２ 作為限流電阻，同時確保在輸入短路時反饋環(huán)路的閉合。Ｒ３ 用于防止外部干擾串入極化電壓中而影響系統(tǒng)測量精度。Ｒ６，Ｒ８，Ｃ８ 形成濾波電路用來濾去尖峰噪聲，截止頻率為１／（２π（Ｒ６／／Ｒ８）Ｃ８）。被紫外光照射而電離的正離子和電子在極化電場的作用下，分別向兩極板撞擊，形成微弱離子電流。經(jīng)過ＡＤ５４９構(gòu)成的Ｉ／Ｖ變換放大后，輸入到抗高共模信號的差分放大器，經(jīng)濾波處理后，輸入數(shù)據(jù)采集卡，采集和處理。

３．２．３　極化電壓對信號的影響　加在收集極上的直流電壓為極化電壓。電離室中噴嘴兼作收集極，將極化電壓加在噴嘴上?？疾鞓O化電壓對苯樣品峰高響應(yīng)值的影響，結(jié)果見圖５。從５～２４Ｖ范圍內(nèi)，信號隨電壓的增加而增強；當(dāng)電壓大于２４Ｖ，信號穩(wěn)定，但噪聲增加。綜合考慮，選用極化電壓２４Ｖ。３．３?。牵茫保玻叮校桑牡膽?yīng)用將ＰＩＤ檢測器安裝于ＧＣ１２６氣相色譜儀上，檢測濃度為０．９×１０－６?。恚铮欤恚铮斓谋綐?biāo)準(zhǔn)氣體。實驗表明，ＧＣ１２６－ＰＩＤ的噪音為１５"Ｖ，漂移控制在１００"Ｖ／３０ｍｉｎ內(nèi)，檢出限低于１×１０－１０ｇ／Ｌ。圖６為苯標(biāo)樣由ＧＣ１２６－ＰＩＤ分析得到的氣相色譜圖。重復(fù)進樣５次，ＰＩＤ檢測器對０．９×１０－６?。恚铮欤恚铮毂綐?biāo)準(zhǔn)氣體均有很高的響應(yīng)，峰形對稱尖銳，無拖尾現(xiàn)象。無論保留時間還是峰面積，均表現(xiàn)出良好的重復(fù)性，峰面積的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（ＲＳＤ）為１．２４％。綜上所述，本ＰＩＤ檢測器靈敏度高、性能可靠、測定快速。同時，ＰＩＤ可用空氣作載氣，成本低廉，簡便安全。信噪比達到了國際先進檢測器的標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)良的重復(fù)性將成為客戶可靠的分析工具。