[發明專利]一種BN離子門及其制作方法

有效

• 申請號: 201410253929.5
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104051203A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 倪凱;郭靜然;歐光禮;張小郭;余泉;錢翔;王曉浩
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: H01J9/00
• 分類號: H01J9/00;H01J3/26
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

技術領域

本發明涉及分析儀器領域，尤其涉及一種BN離子門及其制作方法。

背景技術

離子門是一種可用于離子遷移譜，飛行時間質譜和電子顯微鏡等分析儀器中的一種控制離子運動的裝置。通過在兩組交替平行排列的金屬絲間施加電位差，從而形成垂直于離子原始運動方向的偏轉電場或阻斷電場，可以偏轉離子運動軌跡或阻斷離子的運動。

現有技術中有多種控制離子運動的離子門類型，其中應用最廣泛的是Bradbury-Nielsen(BN)離子門。BN離子門由位于同一平面或者平行平面的兩組相互絕緣等間距交替排列的平行金屬絲組成。兩組金屬絲帶有相同電勢時，垂直穿過的離子可以不受影響的通過，即離子門開門狀態；當兩組金屬絲之間存在電位差時，垂直穿過的離子受到徑向電場的作用，運動軌跡發生偏轉，如果偏轉角度一定大時，離子將無法到達儀器后端的接收檢測器，即離子門關門狀態。

目前已知，BN離子門可以通過繞制等手段制作，但這些方法制作出的BN離子門存在徑向電場不均勻、不穩定的問題，嚴重影響BN離子門的性能。

發明內容

一般情況下，BN離子門所采用的絕緣基板的楊氏模量遠小于金屬絲的楊氏模量，根據楊氏模量E的計算公式E＝(F/S)/(△L/L)，其中F/S為線應力，△L/L為線應變，在同樣的受力情況(即同樣的線應力)下，形變量與楊氏模量成反比，絕緣基板與金屬絲的形變量不一致。在傳統的繞制方法制作BN離子門的方法中，由于每次施加同樣的預緊力去將金屬絲繞制到絕緣基板上，又因每繞制完成一根金屬絲段時絕緣基板受該根金屬絲段壓縮產生的形變量大于該金屬絲段因內部張緊力而產生的形變量，隨著繞制過程中絕緣基板逐漸被壓縮，各金屬絲段內部的張緊力出現不一致、不均勻，先繞制好的金屬絲段內部張緊力逐漸減小甚至消失而松弛，導致相鄰兩金屬絲段的間距不一致，造成離子門徑向電場不均勻、不穩定，最終影響儀器的性能。

本發明的主要目的在于提供一種BN離子門及其制作方法，以解決上述BN離子門徑向電場不均勻和不穩定的技術問題。

本發明提供以下技術方案：

一種BN離子門的制作方法，包括以下步驟：

S1、提供絕緣基板和金屬絲；

S2、提供漸變預緊力作用于所述金屬絲，以使所述金屬絲繞制在所述絕緣基板上，以在所述絕緣基板的同一面形成相互平行且等間距排列的多根金屬絲段，并且多根所述金屬絲段形成交替排列且相互絕緣的第一金屬絲組和第二金屬絲組，且各所述金屬絲段具有相同的內部張緊力；

其中，各所述金屬絲段需要不同的所述預緊力，所述預緊力由第一根金屬絲段至最后一根金屬絲段逐漸變小，使得第i根金屬絲段受其對應的預緊力而伸長后的長度等于所述絕緣基板受已完成繞制的i-1根金屬絲段壓迫后的長度，且已完成繞制的金屬絲段受所述張緊力而伸長后的長度等于所述絕緣基板受所述已完成繞制的金屬絲段壓迫后的長度，其中i為正整數。

在上述技術方案中，提供逐漸變小的預緊力作用于金屬絲以進行繞制，并且第i根金屬絲段受其對應的預緊力而伸長后的長度等于所述絕緣基板受前面已完成繞制的i-1根金屬絲段壓迫后的長度，因此，雖每繞制完成一根金屬絲段，絕緣基板的長度會有所減小，但卻能夠保證每根即將繞制上去的金屬絲段受其對應的預緊力拉長后的長度剛好夠繞制在所述絕緣基板上，而繞制上去后(即完成繞制)的每根金屬絲段受其內部張緊力伸長后的長度等于絕緣基板受該些已完成繞制的金屬絲段壓迫后的長度，即已完成繞制的各金屬絲段具有相同的張緊力和形變量，由于各金屬絲段的原始長度都相等，因此，每根已繞制上去的金屬絲段具有相同的內部張緊力，能夠保證各金屬絲段始終等間距排列。

優選地，所述步驟S2中，繞制第i根所述金屬絲段時所需的所述預緊力Fi由下式得出：