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奧地利 Ionicon 公司生產(chǎn)的質(zhì)譜儀在很多應(yīng)用中都被用作痕量氣體分析儀，尤其是在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域。新加坡也有一套這樣的系統(tǒng)，通過使用倍�？煽壳议L期可供的控制技術(shù)取得了突破性進展，并成為臨時批準的新冠病毒檢測設(shè)備。
工業(yè)控制技術(shù)在痕量氣體分析中的應(yīng)用
PTR-TOF 系統(tǒng)是一款具有極高靈敏度的檢測儀，用于非侵入性呼氣診斷。據(jù) Ionicon 介紹，檢測儀每秒鐘可記錄一個完整的光譜，能夠處理大量信息，同時具有高靈敏度和質(zhì)量分辨力，成為實時呼氣診斷的事實標(biāo)準。
近年來，基于人體呼出氣體中的揮發(fā)性有機化合物（VOC）的檢測已成為一個快速增長的領(lǐng)域。肺泡與血液進行氣體交換后，肺泡中的二氧化碳通過呼氣排到體外，氧氣由肺泡進入血液。這種交換也適用于揮發(fā)性代謝物（內(nèi)源性化合物）或已被消耗或先前吸入的 VOC（外源性化合物）。對人體呼出氣體 VOC 進行采樣是非侵入式的，既簡單又快速。
Breathonix 團隊與 Ionicon 公司的 PTR-TOF 分析儀合影：新加坡研究人員使用專用的軟件處理新冠病毒呼氣檢測的分析數(shù)據(jù)，一分鐘就能出結(jié)果。
在實時呼吸診斷方法中，不需要準備樣品就可以直接對呼出的氣體進行診斷分析。記錄完整的呼吸周期可以提供呼氣末（肺泡）部分的濃度，也可以提供吸入（室內(nèi)空氣）的濃度，這兩者都可以通過軟件輕松提取。這樣可以即時出具結(jié)果，避免因樣品收集和儲存而經(jīng)常出現(xiàn)的難題。另外，實時診斷可能是測量降解速度超快的不穩(wěn)定化合物的唯一方法。
? 采用非侵入式方式快速檢測新冠病毒
新加坡初創(chuàng)公司 Breathonix 研發(fā)出的一款新冠病毒呼氣檢測設(shè)備已經(jīng)進入臨床試驗階段，據(jù) Ionicon 介紹，臨床試驗結(jié)果令人鼓舞。這款便捷的呼氣檢測設(shè)備可在一分鐘內(nèi)檢測出是否感染新冠病毒，目前已獲得新加坡衛(wèi)生科學(xué)局（HSA）的初步批準和馬來西亞衛(wèi)生部的批準。最終目標(biāo)是在機場、港口等交通樞紐以及體育場館和奧運會等重大賽事活動中推廣應(yīng)用這種呼氣檢測法。
新檢測程序的高精度分析設(shè)備由 Ionicon 開發(fā)，Ionicon 公司 CEO Lukas Märk 描述道：“新的新冠病毒呼氣檢測法基于我們的 PTR-TOF 痕量氣體分析儀以及我們開發(fā)的專用呼氣采樣系統(tǒng)實現(xiàn)。我們的設(shè)備可以實時采集測量數(shù)據(jù)，然后由研究人員使用專用軟件進行分析。”研究人員通過這些數(shù)據(jù)能夠檢測出新冠病毒生物標(biāo)志物。
VOC 在人體呼出氣體中的濃度非常低。“呼氣檢測法的采樣非常簡單，難的是識別和分類 VOC。我們的分析儀可以從一次呼氣中同時測量數(shù)百種 VOC。”Lukas Märk 解釋道。呼氣檢測設(shè)備可以快速、精確地分析測量結(jié)果，在一分鐘內(nèi)檢測出是否感染新冠病毒。在新加坡本地開展的一項探索性臨床試驗中，其準確性達到了 90％ 以上。
Ionicon 公司專家團隊（從左至右）：Lukas Märk（CEO）、Gabriel Ivanko（技術(shù)人員）、Judith Bobory（技術(shù)人員）、Simon Niederbacher（客戶支持與服務(wù)）、Stefan Haidacher（機電一體化實習(xí)生）
Breathonix 目前正與新加坡衛(wèi)生部（MOH）合作，在新加坡一處陸上關(guān)口進行部署試驗，讓入境的旅客進行呼吸檢測。這套呼吸檢測系統(tǒng)已經(jīng)在 3 個不同地點進行臨床試驗，包括新加坡國家傳染病中心及樟宜機場，另外，他們還與迪拜衛(wèi)生局以及穆罕默德·本·拉希德醫(yī)學(xué)與健康科學(xué)大學(xué)合作，在迪拜進行了臨床試驗。
? 基于 PC 和 EtherCAT 的通用控制技術(shù)
Ionicon 公司的分析系統(tǒng)是質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)飛行時間質(zhì)譜儀。在這些系統(tǒng)中，氣體樣品通過進樣系統(tǒng)送入反應(yīng)室，并對樣品氣體中的分子進行電離。由此產(chǎn)生的離子通過電場加速，然后穿過一個飛行路徑，在路徑末端通過探測器對離子進行定位。它們可以探測出離子的飛行時間，從而測定樣品的成分。
Ionicon 公司高級電子工程師 Stefan Haidacher 在描述基于 PC 和 EtherCAT 的控制技術(shù)的細節(jié)時說道：“我們的質(zhì)譜儀包含用于在其中電離和檢測分子的真空系統(tǒng)、用于產(chǎn)生真空的泵、用于產(chǎn)生電場的精密電源，以及用于進樣和校準系統(tǒng)的流量壓力控制器，以及用于檢測離子的超高速電子元件。這些系統(tǒng)組件由一臺搭載 Intel Atom® 處理器并安裝有 TwinCAT 控制軟件的 CX5020 嵌入式控制器進行控制和監(jiān)測。為了方便用戶使用并高效地顯示和配置基本系統(tǒng)參數(shù)，我們采用了 CP2907 適合控制柜安裝的多點觸控控制面板，面板配備 7 英寸顯示屏和 DVI/USB Extended 接口。”
其中，I/O 產(chǎn)品使用的是 2 通道 EtherCAT 串口端子模塊 EL6022，負責(zé)實現(xiàn)與各個系統(tǒng)組件的通信，如用于產(chǎn)生高真空的渦輪泵。此外還使用了 2 端口 EtherCAT 拓撲擴展模塊 EK1122 將數(shù)據(jù)快速傳輸至流量壓力控制器等其它 EtherCAT 設(shè)備。Stefan Haidacher 強調(diào)了超高速數(shù)據(jù)通信的重要性：“在我們的新開發(fā)項目中，我們越來越依賴 EtherCAT 系統(tǒng)總線，尤其是對于時間要求苛刻的控制任務(wù)。”
倍福 EtherCAT 端子模塊、IP67 EtherCAT 端子盒以及其它端子排、熔斷器和繼電器布置在 19 英寸外殼內(nèi)，用作控制單元，用于為系統(tǒng)組件供電并進行控制，包括控制電離室溫度、采集真空壓力電池的測量值，以及控制閥門。
Ionicon 公司的質(zhì)譜儀有不同版本和各種設(shè)備選項可選，可以根據(jù)具體的應(yīng)用領(lǐng)域提供最合適的產(chǎn)品。針對新冠病毒檢測應(yīng)用，PTR-TOF 1000 配備了 C6920 控制柜式工業(yè) PC。Stefan Haidacher 介紹了該系統(tǒng)的主要優(yōu)點：“我們的系統(tǒng)在運行期間會不斷產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通常通過外置 PC 或筆記本電腦進行記錄和分析。新冠病毒檢測應(yīng)用對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性以及組件的長期可用性的要求越來越高。C6920 具備應(yīng)用所需的性能，并且能夠集成到我們的系統(tǒng)中，讓我們能夠更好地控制整個裝置。到目前為止，倍福的工業(yè) PC 在可靠性和長期可用性方面表現(xiàn)非常優(yōu)異。此外，倍福茵斯布魯克銷售辦事處也為我們提供了很好的支持，在銷售辦事處負責(zé)人 George Hampel 的帶領(lǐng)下，自 2007 年起，每天都有人會向 Ionicon 咨詢自動化新技術(shù)都有哪些優(yōu)勢。”
關(guān)于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標(biāo)準，是國際標(biāo)準的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標(biāo)準，并已入編工信部的《國家智能制造標(biāo)準體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
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