一种BN离子门及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种BN离子门及其制作方法，该方法包括：S1、提供绝缘基板和金属丝；S2、提供逐渐变小的预紧力作用于金属丝以使金属丝绕制到绝缘基板上，以在绝缘基板的同一面形成相互平行且等间距排列的多根金属丝段，并且多根金属丝段形成交替排列且相互绝缘的第一金属丝组和第二金属丝组，且各金属丝段具有相同的内部张紧力；其中，提供渐变预紧力使得欲绕制的第i根金属丝段受其对应的预紧力而伸长后的长度等于绝缘基板受已绕制的i-1根金属丝段压迫后的长度，且已绕制的金属丝段受张紧力而伸长后的长度等于绝缘基板受已绕制的金属丝段压迫后的长度，其中i为正整数。本发明专利技术的方法制作的BN离子门径向电场均匀、稳定。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种BN离子门及其制作方法，该方法包括：S1、提供绝缘基板和金属丝；S2、提供逐渐变小的预紧力作用于金属丝以使金属丝绕制到绝缘基板上，以在绝缘基板的同一面形成相互平行且等间距排列的多根金属丝段，并且多根金属丝段形成交替排列且相互绝缘的第一金属丝组和第二金属丝组，且各金属丝段具有相同的内部张紧力；其中，提供渐变预紧力使得欲绕制的第i根金属丝段受其对应的预紧力而伸长后的长度等于绝缘基板受已绕制的i-1根金属丝段压迫后的长度，且已绕制的金属丝段受张紧力而伸长后的长度等于绝缘基板受已绕制的金属丝段压迫后的长度，其中i为正整数。本专利技术的方法制作的BN离子门径向电场均匀、稳定。【专利说明】一种BN罔子门及其制作方法
本专利技术涉及分析仪器领域，尤其涉及一种BN离子门及其制作方法。
技术介绍
离子门是一种可用于离子迁移谱，飞行时间质谱和电子显微镜等分析仪器中的一 种控制离子运动的装置。通过在两组交替平行排列的金属丝间施加电位差，从而形成垂直 于离子原始运动方向的偏转电场或阻断电场，可以偏转离子运动轨迹或阻断离子的运动。 现有技术中有多种控制离子运动的离子门类型，其中应用最广泛的是 Bradbury-Nielsen(BN)离子门。BN离子门由位于同一平面或者平行平面的两组相互绝缘 等间距交替排列的平行金属丝组成。两组金属丝带有相同电势时，垂直穿过的离子可以不 受影响的通过，即离子门开门状态；当两组金属丝之间存在电位差时，垂直穿过的离子受到 径向电场的作用，运动轨迹发生偏转，如果偏转角度一定大时，离子将无法到达仪器后端的 接收检测器，即离子门关门状态。 目前已知，BN离子门可以通过绕制等手段制作，但这些方法制作出的BN离子门存 在径向电场不均匀、不稳定的问题，严重影响BN离子门的性能。
技术实现思路
-般情况下，BN离子门所米用的绝缘基板的杨氏模量远小于金属丝的杨氏模量， 根据杨氏模量E的计算公式E = (F/S)八Λ L/L)，其中F/S为线应力，Λ L/L为线应变，在 同样的受力情况（即同样的线应力）下，形变量与杨氏模量成反比，绝缘基板与金属丝的形 变量不一致。在传统的绕制方法制作ΒΝ离子门的方法中，由于每次施加同样的预紧力去将 金属丝绕制到绝缘基板上，又因每绕制完成一根金属丝段时绝缘基板受该根金属丝段压缩 产生的形变量大于该金属丝段因内部张紧力而产生的形变量，随着绕制过程中绝缘基板逐 渐被压缩，各金属丝段内部的张紧力出现不一致、不均匀，先绕制好的金属丝段内部张紧力 逐渐减小甚至消失而松弛，导致相邻两金属丝段的间距不一致，造成离子门径向电场不均 匀、不稳定，最终影响仪器的性能。 本专利技术的主要目的在于提供一种ΒΝ离子门及其制作方法，以解决上述ΒΝ离子门 径向电场不均匀和不稳定的技术问题。 本专利技术提供以下技术方案： 一种ΒΝ离子门的制作方法，包括以下步骤： S1、提供绝缘基板和金属丝； S2、提供渐变预紧力作用于所述金属丝，以使所述金属丝绕制在所述绝缘基板上， 以在所述绝缘基板的同一面形成相互平行且等间距排列的多根金属丝段，并且多根所述金 属丝段形成交替排列且相互绝缘的第一金属丝组和第二金属丝组，且各所述金属丝段具有 相同的内部张紧力； 其中，各所述金属丝段需要不同的所述预紧力，所述预紧力由第一根金属丝段至 最后一根金属丝段逐渐变小，使得第i根金属丝段受其对应的预紧力而伸长后的长度等于 所述绝缘基板受已完成绕制的i-ι根金属丝段压迫后的长度，且已完成绕制的金属丝段受 所述张紧力而伸长后的长度等于所述绝缘基板受所述已完成绕制的金属丝段压迫后的长 度，其中i为正整数。 在上述技术方案中，提供逐渐变小的预紧力作用于金属丝以进行绕制，并且第i 根金属丝段受其对应的预紧力而伸长后的长度等于所述绝缘基板受前面已完成绕制的i-ι 根金属丝段压迫后的长度，因此，虽每绕制完成一根金属丝段，绝缘基板的长度会有所减 小，但却能够保证每根即将绕制上去的金属丝段受其对应的预紧力拉长后的长度刚好够绕 制在所述绝缘基板上，而绕制上去后（即完成绕制）的每根金属丝段受其内部张紧力伸长 后的长度等于绝缘基板受该些已完成绕制的金属丝段压迫后的长度，即已完成绕制的各金 属丝段具有相同的张紧力和形变量，由于各金属丝段的原始长度都相等，因此，每根已绕制 上去的金属丝段具有相同的内部张紧力，能够保证各金属丝段始终等间距排列。 优选地，所述步骤S2中，绕制第i根所述金属丝段时所需的所述预紧力Fi由下式 得出： 【权利要求】1. 一种BN离子门的制作方法，其特征在于，包括以下步骤： 51、 提供绝缘基板和金属丝； 52、 提供渐变预紧力作用于所述金属丝，以使所述金属丝绕制在所述绝缘基板上，以在 所述绝缘基板的同一面形成相互平行且等间距排列的多根金属丝段，并且多根所述金属丝 段形成交替排列且相互绝缘的第一金属丝组和第二金属丝组，且各所述金属丝段具有相同 的内部张紧力； 其中，各所述金属丝段需要不同的所述预紧力，所述预紧力由第一根金属丝段至最后 一根金属丝段逐渐变小，使得欲绕制的第i根金属丝段受其对应的预紧力而伸长后的长度 等于所述绝缘基板受已完成绕制的i-Ι根金属丝段压迫后的长度，且已完成绕制的金属丝 段受所述张紧力而伸长后的长度等于所述绝缘基板受所述已完成绕制的金属丝段压迫后 的长度，其中i为正整数。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S2中，绕制第i根所述金属丝段 时所需的所述预紧力F1由下式得出：其中，N为所述BN离子门所需的金属丝段数目，2N-1为需绕制的金属丝段总数，当i = 1，2, 3,…，2N-1时所述金属丝通过双面绕制法绕制到所述绝缘基板上，当i = 1，2, 3,…，N 时所述金属丝通过单面绕制法绕制到所述绝缘基板上，U为所述绝缘基板平行于所述金属 丝段方向的原始长度，％为所述金属丝段的原始长度F T(^为第i根金属丝段前面的已完 成绕制的i-Ι根金属丝段具有的相等的张紧力，E2和A 2分别为所述绝缘基板的弹性模量和 垂直于金属丝段方向的横截面积，Ei和&分别为所述金属丝的弹性模量和横截面积，其中 和Ai均为已知，而H。可以通过下式得出：其中FT为制作完成后BN离子门的金属丝段的最终张紧力，为预先设定的； F/?可以通过下式得出，设η = i-Ι :3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述绝缘基板两侧设有相互绝缘的第一覆 铜区和第二覆铜区，所述绝缘基板两侧边缘具有多对定位槽分设于所述第一覆铜区和所述 第二覆铜区； 当所述金属丝通过双面绕制法绕制到所述绝缘基板上时，所述步骤S2包括： 521、 将所述金属丝的端头固定于第一对所述定位槽中的其中一个处； 522、 翻转所述绝缘基板，以牵引所述金属丝绕制至第一对所述定位槽中的另一个处， 完成第一根所述金属丝段的绕制，使得第一根金属丝段的两端分别位于第一对所述定位槽 处；继续同方向翻转所述绝缘基板，以牵引所述金属丝由绝缘基板背面绕制至第二对所述 定位槽的其中一个处，完成第二根所述金属丝段的绕制，重复动作直至完成第2N-1根金属 丝段的绕制，使所述绝缘基板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种BN离子门的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、提供绝缘基板和金属丝；S2、提供渐变预紧力作用于所述金属丝，以使所述金属丝绕制在所述绝缘基板上，以在所述绝缘基板的同一面形成相互平行且等间距排列的多根金属丝段，并且多根所述金属丝段形成交替排列且相互绝缘的第一金属丝组和第二金属丝组，且各所述金属丝段具有相同的内部张紧力；其中，各所述金属丝段需要不同的所述预紧力，所述预紧力由第一根金属丝段至最后一根金属丝段逐渐变小，使得欲绕制的第i根金属丝段受其对应的预紧力而伸长后的长度等于所述绝缘基板受已完成绕制的i‑1根金属丝段压迫后的长度，且已完成绕制的金属丝段受所述张紧力而伸长后的长度等于所述绝缘基板受所述已完成绕制的金属丝段压迫后的长度，其中i为正整数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倪凯，郭静然，欧光礼，张小郭，余泉，钱翔，王晓浩，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44