离子迁移谱仪离子门控制器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及离子迁移谱仪离子门控制技术领域，具体公开了一种离子迁移谱仪离子门控制器及其控制方法，离子门控制器包括高压电源、给电极环供电的分压电阻电路、两路可调电源，分压电阻电路一端连接高压电源、另一端接地，所述分压电阻电路包括多个串联的分压电阻，两路可调电源的输出端各连接一个离子门电极。本发明专利技术可对离子门两个电极的电位进行任意调节，可以对离子门进行对称或者非对称控制，控制效果好；整个电路的信号控制无需悬浮在高压下，结构简单，应用方便；可以调整离子门两个电极之间的电极差，可适配于多种离子迁移谱仪，通用性强。

【技术实现步骤摘要】
离子迁移谱仪离子门控制器及其控制方法
本专利技术涉及离子迁移谱仪领域，具体地，涉及一种离子迁移谱仪离子门控制器及其控制方法。
技术介绍
离子迁移谱仪是采用离子迁移谱技术检测物质的装置，其结构示意图如图1所示，通常由进样部分、电离源、离子门、迁移区、离子收集区、微电流放大器及数据处理控制部分等组成。离子门目前有两种主要的类型：Bradbury-Nielson离子门和Tyndall型离子门。电离源(如真空紫外灯，即VUV灯)将样品电离成离子，离子在电场力的作用下沿着轴向向前运动。离子门用来控制离子以脉冲的方式进入后面的迁移区，不同离子由于迁移率不同到达离子收集区的时间不同，便形成了离子迁移谱图。因此离子门是控制离子进入迁移管的关键部件。离子门能够在开启时保证离子有效通过离子门，关闭时有效拦截离子通过离子门。通常，Bradbury-Nielson离子门采用双边对称控制。例如离子门的电位是3000V，在离子门控制器的控制下，离子门关闭时离子门上相邻电极的电压分别为3030V、2970V；在离子门开启时，通过开关使得离子门的电极短路，这样离子门上两个电极的电位变成3000V，电位差为0，离子得以通过。以一定频率控制离子门开关，便形成脉冲的离子流。这种双边对称控制方式有以下缺点：首先不能非对称地改变电极丝的相对电位，无法获得与全系统匹配的最优的电参数设置；其次,控制器需要高压隔离，可靠性降低，并且与离子门相连的电阻全部处于高压状态，无法在线调节；第三，在离子门动作瞬间，离子漂移区的电场会受到影响，进而影响仪器的性能。对于缺点1，在实际应用中，由于离子迁移谱仪需要的离子门脉宽、电离源、迁移管等不同，往往需要离子门两个电极的电位都可调节以寻找最佳的电参数以及获得最佳的性能。现有技术中的离子门控制器调节能力差，通用性较差，仅适用于特定的离子迁移谱仪。中国专利CN104392889A公开了一种利用交流叠加方法控制离子门的离子迁移谱仪及方法，采用交流叠加方法，增加一组串联电阻电路，使其连接到离子门一端。在无脉冲信号输入时，通过调节串联电阻电路中电位器阻值的大小，改变离子门两组金属丝之间的电势差，使金属丝之间的电势差足够大，使离子门完全关闭，阻止离子从反应区进入到迁移区；当有脉冲信号输入时，脉冲信号的电势和极性使离子门两组金属丝间的电压相等，离子门打开，离子可穿过离子门到达迁移区被离子信号检测器所检测。该离子迁移谱仪只有一个离子门上的电极的电位能够调整，其控制器属于单边非对称控制，不具有双边对称或非对称控制能力，适用的灵活性较差。此外，该离子迁移谱仪离子门的控制需要离子门脉冲电源输出脉冲的幅度、脉宽、频率三者同时可调，对离子门脉冲电源的要求如精度、可调节性等大大提高，这将增加该控制器的成本和复杂性。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种可对离子门电极进行对称控制或非对称控制的离子迁移谱仪离子门控制器，该离子迁移谱仪离子门控制器可对离子门的两个电极电位进行任意调节，通用性强；本专利技术还提供了离子迁移谱仪离子门控制器的控制方法。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：离子迁移谱仪离子门控制器，包括高压电源、给电极环供电的分压电阻电路、两路可调电源，分压电阻电路一端连接高压电源、另一端接地，所述分压电阻电路包括多个串联的分压电阻，两路可调电源的输出端各连接一个离子门电极。本方案中，离子门控制器增设两路可调电源分别与两个离子门电极相连，可调电源使两个离子门电极上的电位可以任意调节，在离子门关闭时离子门控制器能够工作在对称或不对称状态下即两个离子门电极上的电位能够以基准电位呈正负对称或不对称状态，控制更加方便和灵活。本方案中的离子门控制器由于输出可调，适用于多种不同电压差的离子迁移谱仪，通用性好。作为本专利技术的进一步改进，所述可调电源为连接在高压电源和地之间的分压电阻串，分压电阻串相邻两个电阻的公共端可以作为可调电源的输出端。进一步，所述分压电阻串由至少两个电阻串联形成，其中至少一个电阻的阻值可调，使得可调电源的输出端电压可以调整，从而根据不同离子迁移谱仪的电压差需求调整可调电源的输出端电压，从而使本方案中的离子门控制器适配能力好、通用性更强。进一步，上述离子迁移谱仪离子门控制器还包括脉冲信号发生器，每个分压电阻串上还连接有开关，所述开关与分压电阻串的1～N-1个电阻并联或与其中一个电阻的一部分并联，所述开关还连接脉冲信号发生器的输出端。本方案中，脉冲信号发生器用于发出脉冲信号，控制开关的闭合和断开状态，从而实现分压电阻串上电阻的接入状态控制，最终改变分压电阻串的输出电压和离子门电极的电位。采用脉冲信号发生器通过开关控制离子门电极电位更加方便，自动化、智能化程度更高。进一步，阻值可调的电阻为电位器。进一步，每个分压电阻串上接地的电阻为电位器，与该分压电阻串相连的开关并联在该接地的电位器的两个固定端之间或者并联在地与该接地的电位器的活动接触点之间；离子门电极连接在分压电阻串的与高压电源相连的电阻和接地的电位器之间。进一步，所述开关的数量为2个，分别为开关S1、开关S2；一路可调电源由固定电阻R01、固定电阻R02、电位器Rv1依次串联形成，固定电阻R01连接高压电源，电位器Rv1接地；另一路可调电源由电位器Rv2和固定电阻R11串联形成，固定电阻R11连接高压电源，电位器Rv2接地；离子门的一个电极连接在电位器Rv2和固定电阻R11之间，另一个电极连接在固定电阻R01与固定电阻R02之间；开关S1与电位器Rv1并联，开关S2并联在电位器Rv2接地的一端与活动接触点之间。本方案中，采用了较少的器件实现了两路可调电源，离子门控制器的成本更低、电路的制作更加简单方便。进一步，所述开关为三极管或光电耦合器或固态开关。离子迁移谱仪离子门控制器的控制方法，包括以下步骤：S1、调节电位器Rv1的阻值，调节电位器Rv2的活动接触点位置；S2、脉冲信号发生器发出脉冲信号，该脉冲信号由开启信号和关闭信号构成，开启信号和关闭信号的电平相反且交替出现；S3、脉冲信号发生器发出的脉冲信号为开启信号时，与电位器Rv1相连的离子门电极电位U0等于与电位器Rv2相连的离子门电极电位U1，离子门打开；脉冲信号发生器发出的脉冲信号由开启信号跳转为关闭信号时，开关S1和开关S2切换状态，电位器Rv2和电位器Rv1的接入方式同时改变，跳转到步骤S4；S4、脉冲信号发生器发出的脉冲信号为关闭信号时，连接在电位器Rv1上的离子门电极的电位U0与连接在电位器Rv2上的离子门电极的电位U1不相等，离子门关闭；脉冲信号发生器发出的脉冲信号由关闭信号跳转为开启信号时，开关S1和开关S2切换状态，电位器Rv2和电位器Rv1的接入方式同时改变，跳转到步骤S3。进一步，步骤S1中，调节电位器Rv1的阻值，调节电位器Rv2的活动接触点位置，使得Rv2/(R11+Rv2)与R02/(R01+R02)的值相等、(R02+Rv1)/(R01+R02+Rv1)与R’V2/(R11+R’V2)不相等，R’V2为电位器Rv2的与离子门电极相连的一端与活动接触点之间的电阻值；步骤S2中，所述脉冲信号发生器能够发出A、B两路重频脉冲信号，两路重频脉冲信号的电平相反，一路送给开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
离子迁移谱仪离子门控制器，包括高压电源、给电极环(2)供电的分压电阻电路，分压电阻电路一端连接高压电源、另一端接地，所述分压电阻电路包括多个串联的分压电阻，其特征在于，还包括两路可调电源，两路可调电源的输出端各连接一个离子门电极(1)。

【技术特征摘要】
1.离子迁移谱仪离子门控制器，包括高压电源、脉冲信号发生器、给电极环(2)供电的分压电阻电路，分压电阻电路一端连接高压电源、另一端接地，所述分压电阻电路包括多个串联的分压电阻，其特征在于，还包括两路可调电源，两路可调电源的输出端各连接一个离子门电极(1)；所述可调电源为连接在高压电源和地之间的分压电阻串；所述分压电阻串由至少两个电阻串联形成，其中至少一个电阻的阻值可调；每个分压电阻串上还连接有开关，所述开关与分压电阻串的1～N-1个电阻并联或与其中一个电阻的一部分并联，N为分压电阻串上的电阻个数，所述开关还连接脉冲信号发生器的输出端。2.根据权利要求1所述的离子迁移谱仪离子门控制器，其特征在于，阻值可调的电阻为电位器。3.根据权利要求2所述的离子迁移谱仪离子门控制器，其特征在于，每个分压电阻串上接地的电阻为电位器，与该分压电阻串相连的开关并联在该接地的电位器的两个固定端之间或者并联在地与该接地的电位器的活动接触点之间；离子门电极(1)连接在分压电阻串的与高压电源相连的电阻和接地的电位器之间。4.根据权利要求3所述的离子迁移谱仪离子门控制器，其特征在于，所述开关的数量为2个，分别为开关S1、开关S2；一路可调电源由固定电阻R01、固定电阻R02、电位器Rv1依次串联形成，固定电阻R01连接高压电源，电位器Rv1接地；另一路可调电源由电位器Rv2和固定电阻R11串联形成，固定电阻R11连接高压电源，电位器Rv2接地；离子门的一个电极连接在电位器Rv2和固定电阻R11之间，另一个电极连接在固定电阻R01与固定电阻R02之间；开关S1与电位器Rv1并联，开关S2并联在电位器Rv2接地的一端与活动接触点之间。5.根据权利要求1至4任一所述的离子迁移谱仪离子门控制器，其特征在于，所述开关为三极管或光电耦合器或固态开关。6.离子迁移谱仪离子门控制器的控制方法，其特征在于，所述离子迁移谱仪离子门控制器为权利要求4中的离子迁移谱仪离子门控制器，所述控制方法包括以下步骤：S1、调节电位器Rv1的阻值，调节电位器Rv2的活动接触点位置；S2、脉冲信号发生器发出脉冲信号，该脉冲信号由开启信号和关闭信号构成，开启信号和关闭信号的电平相反且交替出现；S3、脉冲信号发生器发出的脉冲信号为开启信号时，与电位...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝朝晖，龙继东，郑乐，王韬，杨振，董攀，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51