[發(fā)明專利]一種減小離子遷移譜儀離子門感應(yīng)沖擊的裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610421157.0
• 申請(qǐng)日: 2016-06-14
• 公開（公告）號(hào): CN106098528B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪凱;張小郭;郭開泰;唐彬超;史淵;余泉;錢翔;王曉浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號(hào): H01J49/26
• 分類號(hào): H01J49/26;G01N27/64
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44223
• 代理人: 王震宇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及離子遷移譜儀，特別是涉及一種減小離子遷移譜儀離子門感應(yīng)沖擊的裝置和方法。

背景技術(shù)

離子遷移譜是一種痕量物質(zhì)快檢技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、檢測(cè)速度快、常壓下工作的優(yōu)點(diǎn)。離子遷移譜儀通過開關(guān)離子門的方式控制帶電粒子以特定的模式進(jìn)入漂移區(qū)，經(jīng)分離后被檢測(cè)器探測(cè)到。

離子門的開關(guān)狀態(tài)通常是利用離子門驅(qū)動(dòng)器調(diào)節(jié)離子門上的兩級(jí)壓差的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的：當(dāng)離子門上兩組電極上的電位相等時(shí)，離子門打開，離子得以通過；當(dāng)離子門上兩組電極的電位存在一定的壓差時(shí)，離子門關(guān)閉，離子門附近的離子將被打到離子門上的低電位電極組上，離子不能通過。

離子遷移譜中的感應(yīng)沖擊是離子門電壓跳變瞬間在檢測(cè)器上檢測(cè)到的沖擊性脈沖。由于離子門上的電壓為高壓，離子門上兩組電極跳變壓差很大(一般大于80V)，在開關(guān)跳變的過程中會(huì)產(chǎn)生很大電磁輻射，并會(huì)在檢測(cè)器上檢測(cè)到較大的感應(yīng)沖擊，對(duì)有效信號(hào)的檢測(cè)造成極大的干擾。對(duì)于傅里葉變換離子遷移譜儀(FT-IMS)而言，由于儀器有兩道離子門，而且第二道離子門離檢測(cè)器距離非常近(一般不足10mm)，形成的感應(yīng)沖擊更為嚴(yán)重，甚至?xí)褂行盘?hào)被湮沒掉。

目前，離子門一般采用雙邊對(duì)稱控制，即在關(guān)門狀態(tài)時(shí)，離子門上一組電極高出基準(zhǔn)電壓一定的值，而另一組電極低于基準(zhǔn)電壓相同的值。例如，在關(guān)門狀態(tài)下，當(dāng)離子門基準(zhǔn)電壓為3500V時(shí)，離子門兩組電極上的電壓分別為3540V、3460V。以一定的頻率控制離子門開關(guān)，就能使離子流以相應(yīng)的形式通過。這種控制方式一般從主電路采用電阻分壓的方式實(shí)現(xiàn)，可調(diào)性差，不能非對(duì)稱地改變離子門兩個(gè)電極組的相對(duì)電壓，難以通過調(diào)節(jié)離子門電壓的方式來(lái)減小感應(yīng)沖擊。另外，離子門開關(guān)瞬間，漂移區(qū)的電場(chǎng)將會(huì)受到影響，尤其是在傅里葉變換離子遷移譜儀中，由于離子門開關(guān)頻率較大，對(duì)漂移區(qū)電場(chǎng)的穩(wěn)定性將造成很大的影響。

實(shí)際應(yīng)用中，由于離子門驅(qū)動(dòng)方式和幾何結(jié)構(gòu)等存在很大的差異，現(xiàn)有的離子門驅(qū)動(dòng)方式很難有效地減弱感應(yīng)沖擊。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種減小離子遷移譜儀離子門感應(yīng)沖擊的裝置和方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種減小離子遷移譜儀離子門感應(yīng)沖擊的裝置，包括雙極性可調(diào)離子門驅(qū)動(dòng)器，所述雙極性可調(diào)離子門驅(qū)動(dòng)器包括信號(hào)發(fā)生器和兩個(gè)直流可調(diào)隔離電源，所述兩個(gè)直流可調(diào)隔離電源分別對(duì)離子門上兩組電極輸出電壓，所述信號(hào)發(fā)生器控制所述兩個(gè)直流可調(diào)隔離電源對(duì)離子門上兩組電極輸出電壓的相位，其中通過調(diào)節(jié)所述兩個(gè)直流可調(diào)隔離電源的輸出以實(shí)現(xiàn)對(duì)離子門上兩組電極電壓幅值差的調(diào)節(jié)，和/或通過調(diào)節(jié)所述信號(hào)發(fā)生器的輸出以實(shí)現(xiàn)對(duì)離子門上兩組電極電壓相位差的調(diào)節(jié)，從而使離子門兩組電極電壓跳變產(chǎn)生的電磁輻射有效地相互抵消，進(jìn)而有效地減小在法拉第盤上形成的感應(yīng)沖擊。

進(jìn)一步地：

所述雙極性可調(diào)離子門驅(qū)動(dòng)器還包括兩組光電開關(guān)模塊和高壓隔離模塊、以及兩組MOS管，其中兩組MOS管與兩個(gè)直流可調(diào)隔離電源串聯(lián)，兩組MOS管均包括兩個(gè)串聯(lián)的MOS管，兩組MOS管的組內(nèi)串接點(diǎn)分別接到離子門的兩組電極，兩組MOS管之間的串接點(diǎn)與兩個(gè)直流可調(diào)隔離電源之間的串接點(diǎn)相連并一同接離子門的基準(zhǔn)電壓Vref，所述信號(hào)發(fā)生器的第一輸出端通過第一組光電開關(guān)模塊和高壓隔離模塊接到第一組MOS管的兩個(gè)柵極，所述信號(hào)發(fā)生器的第二輸出端通過第二組光電開關(guān)模塊和高壓隔離模塊接到第二組MOS管的兩個(gè)柵極。

所述信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生兩路幅值相同、相位相差180°的脈沖波或方波信號(hào)，分別用于控制兩個(gè)光電開關(guān)模塊的工作，在高壓隔離模塊的保護(hù)下控制兩組MOS管的工作狀態(tài)，從而使接入離子門的電壓Vo在直流可調(diào)隔離電源兩級(jí)輸出電壓VH、VL之間跳變。

所述離子門為TP離子門或BN離子門。

所述離子遷移譜儀為信號(hào)平均離子遷移譜儀(SA-IMS)或傅里葉變換離子遷移譜儀(FT-IMS)。

一種減小離子遷移譜儀離子門感應(yīng)沖擊的方法，使用所述的減小離子遷移譜儀離子門感應(yīng)沖擊的裝置，調(diào)節(jié)離子門兩組電極上驅(qū)動(dòng)電壓的幅值和/或相位減小其空間電磁輻射感應(yīng)沖擊。

進(jìn)一步地：

通過調(diào)節(jié)雙極性可調(diào)離子門驅(qū)動(dòng)器中的直流可調(diào)隔離電源的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)離子門上兩組電極電壓幅值差的調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償由于離子門結(jié)構(gòu)以及加工和裝配誤差引起的離子門兩組電極在電壓跳變過程中在離子遷移譜儀法拉第盤上形成的反向感應(yīng)沖擊的差異。