用于分析气体组分的便携式电子装置制造方法及图纸

描述了用于分析在环境压力Pa下存在于环境A中的气体组分的电子装置1。装置1是便携式的，并且包括气体采样模块7、离子过滤模块8和离子检测模块9。采样模块7被配置为调节来自环境A的气体颗粒的输入气流Fi和输出气流Fo，以便在采样模块7内再现表征待分析的气体组分的气体组分。此外，采样模块7被配置为电离所述气体颗粒并且发射所产生的离子，以便生成具有表征待分析的气体组分的离子组分的离子流I。离子过滤模块8可操作地连接到采样模块7以接收离子流I，并且被配置为可控地选择存在于离子流I中的至少一种类型的离子，并且生成相对应的至少一个均匀离子束I’，其强度表征待分析的气体组分中的相对应的气体颗粒的浓度。离子检测模块9可操作地连接到离子过滤模块8以接收所述至少一个离子束I’，并且被配置为测量这样的至少一个离子束I’的强度并且生成相应的电信号S，该信号表征待分析的气体组分中相对应的气体颗粒的浓度。装置1进一步包括泵送装置95，被配置为从装置1提取气体，以便控制存在于采样模块7内部的电离压力Pi。采样模块7以如下方式配置：输入气流Fi包括在环境压力Pa下的分子或主要是分子状态的多个微流，并且输出气流Fo是在电离压力Pi下的分子或主要是分子状态的气流。

Portable electronic device for analyzing gas components

An electronic device is described for the analysis of gas components present in ambient A at ambient pressure Pa 1. The device 1 is portable, and includes a gas sampling module, an ion filtration module 8 and an ion detection module (9). The sampling module 7 is configured to adjust the input air flow Fi and the output air stream Fo from the ambient A gas particles, so as to reproduce the gas component characterizing the gas component to be analyzed in the sampling module 7. In addition, the sampling module 7 is configured to ionize the gas particles and emit the generated ions to generate an ion stream having an ion component characterizing the gas component to be analyzed I. 8 ion filter module is operatively connected to the sampling module to receive 7 I ion flow, and configured to controllably ion selection exists in ion current of at least one type of I, and generate the corresponding at least one uniform ion beam I, concentration of the gaseous components to be analyzed in the characterization of its strength the corresponding gas particles. Ion detection module 9 is operatively connected to the ion filter module 8 to receive the at least one I ion beam, and configured to measure the at least one I ion beam 'strength and generates a corresponding electrical signal S, concentration of the gas particles corresponding to the gaseous components of the signal to be analyzed in characterization the. Unit 1 further includes a pumping unit 95 configured to extract gas from the device 1 to control the ionization pressure present within the sampling module 7 Pi. The sampling module 7 as follows: Fi configuration input airflow including molecular pressure in the environment under Pa or is a plurality of micro molecular flow state, and the output flow Fo is Pi under the pressure ionization of molecules in molecular state or is the main flow.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术的
应用领域本专利技术涉及基于气流的控制以及离子流的生成和控制来分析气体组分的电子装置的领域。本专利技术同样包括分析存在于待分析的环境中的气体组分的方法，例如工业过程环境。现有技术的描述已知许多用于分析气流的气体组分的系统和装置，例如采用质谱仪的分析系统。这些已知的系统相对于生成待分析的气体的过程“后验”地起作用，因为它们通常对来自待分析的环境并且注入到它们中的气流进行操作。此外，这些已知的系统借助于气流的电离而操作，这需要保持在真空压力(即，低于1mbar，优选为约10-3mbar)的电离环境。由于这个原因，这种系统必须装备庞大和昂贵的泵送装置，适于从电离环境中抽出注入以用于分析的大部分气流，以创建电离所需的真空条件。因此，对留在电离环境中的气体残余物进行分析，通过从注入的气流中减去而获得。上述已知系统具有各种缺点。首先，由于上面解释的原因，它们相对昂贵和笨重：事实上，它们可以更适当地称为“系统”而不是“装置”。另外，分析的精确度取决于通过作为泵送的结果而获得的真空压力气体残余物所表示的待分析的气体组分的保真度。这种精确度对于大多数应用可能是不足的，可能需要复杂的程序和系统用于校正和调整。最后，在这些已知的解决方案中，在进行分析时，不可能通过以受控方式富集待分析的气体组分，从而不能提高分析的精确度。另一方面，在越来越多的重要应用中，需要具有用于分析气流的紧凑、便携和便宜并且也精确和可靠的装置，因此是“最顶尖的产品”。这对于例如在不干扰的情况下，对工业环境中的气体组分的分析，或对工业过程的排出气体的分析，该过程的下游，可能是有利的。还显然希望具有这样的气体分析装置，其在确保足够的精确度和可靠性的同时越来越小型化和紧凑，这将显著地将应用领域扩大到理想地实现可安装在汽车、飞机、污染检测控制器等中小型化“气体组分传感器”的程度。如上所述，用于气体分析的已知系统不能满足上述期望的要求或上述需要。鉴于上述情况，本专利技术的目的是设计和提供一种用于分析气流的装置以及使用这种装置的相关方法，其被改进以满足上述需要，并且能够至少部分地克服上面参考已知技术描述的缺点。
技术实现思路
该范围通过根据权利要求1所述的装置来实现。在从属权利要求2至15中限定了该装置的附加实施例。通过使用本专利技术的装置进行的气流分析方法在权利要求16中限定。这种方法的进一步的实施例在从属权利要求17中限定。通过使用本专利技术的装置进行的工业过程分析方法在权利要求18中限定。附图说明根据本专利技术的用于分析气体组分的电子装置的进一步的特征和优点以及使用这种装置的方法将从以下作为非限制性实例提供的优选实施例的描述中参考附图得到，其中：-图1是根据本专利技术的装置的简化功能图；-图2至6示出了包括在本装置的实施例中的采样模块的部分；-图7是这种采样模块的透视图；-图8呈现了包括在本装置的实施例中的离子过滤模块的结构图；-图9呈现了包括在本装置的实施例中的离子检测模块的结构图；-图10和图11分别示出了本装置的实施例的分解图和透视图；-图12和图13分别示出了本装置的进一步实施例的分解图和透视图。具体实施方式参考图1至13，特别是图1，描述了一种电子设备1，用于在环境压力Pa下分析存在于环境A中的气体组分(gaseouscomposition，即gascomposition)。该装置是便携式的，并且可放置在这样的环境A中，并且包括气体采样模块7、离子过滤模块8和离子检测模块9。采样模块7被配置为调节来自环境A的气体颗粒的输入气流Fi和输出气流Fo，以便在采样模块7内再现表征待分析的气体组分的气体组分。此外，采样模块7被配置为电离所述气体颗粒并且发射所产生的离子，以便生成具有离子组分的离子流I，所述离子组分表征待分析的气体组分。离子过滤模块8可操作地连接到采样模块7以接收离子流I，并且被配置为可控地选择存在于离子流I中的至少一种类型的离子，并且生成相应的至少一个均匀离子束I’，其强度表征在待分析的气体组分中相应的气体颗粒的浓度。离子检测模块9可操作地连接到离子过滤模块8以接收所述至少一个离子束I’，并且被配置为测量这样的至少一个离子束I’的强度并且生成相应的电信号S，该信号表征待分析的气体组分中相应的气体颗粒的浓度。装置1还包括泵送装置95，被配置为从装置1抽取气体，以便控制存在于采样模块7内部的电离压力Pi。采样模块7被配置为使得输入气流Fi包括在环境压力Pa下的分子或主要是分子状态的多个微流，并且输出气流Fo是在电离压力Pi下的分子或主要是分子状态的气流。根据实施例，装置1是集成装置。装置1可操作的环境压力Pa是最多变的；通常，其可以是大气压(约1atm)或更高。在典型的实例实施例中，保持在采样模块7内的上述电离压力Pi是真空压力。具体地，电离压力Pi可以在10-2mbar和10-6mbar之间。根据实施选项，过滤模块8和离子检测模块9保持在低于或等于电离压力Pi的压力下。根据优选的实施选项，装置1被配置为将采样模块7中的电离压力Pi保持在10-2mbar和10-5mbar之间的范围内；在过滤模块8中的过滤压力Pf低于电离压力，并且通常在10-5和10-7mbar之间的范围内；并且检测模块9中的检测压力Pr低于过滤压力，通常在10-6和10-8mbar之间的范围内。参考输入气流Fi和输出气流Fo，应当注意，根据通常使用的命名法，术语“在分子状态下的气流”是指这样的气流，在该气流中，气体颗粒的(即，气体分子的)平均自由路径λ的尺寸可与其所在的通道或容器的尺寸D相当或大于其所在的通道或容器的尺寸D，由此每个颗粒的路径几乎是自由的并且相对于其他颗粒是独立的。关于气流的分类，通常接受的定义与定义为“在分子状态下的气流”一致，其中参数D/λ与1相当或小于1。此外，“在主要是分子状态下的气流”被定义为其中参数D/λ为几个单位的数量级的气流(例如，通常﹤10)：事实上，在这种条件下，虽然严格地说，颗粒之间的碰撞不会降低到零，但大多数颗粒在大多数时间处于分子状态条件下。例如，图书“VacuumTechnology”byA.Roth，NHPC，1976的第2章和第3章可被认为是关于该主题的权威理论参考。显然，平均自由路径λ也取决于压力和温度的条件；具体而言，其与以开尔文测量的温度成正比，并且与压力成反比。假设阀系统的显著使用条件是在环境温度条件下(例如在273°K和313°K之间的范围内)，或者在不同的温度下，只要基本上恒定，压力因此成为关键参数。在真空压力(例如，低于1mbar)和甚至更多的高真空(例如，低于10-3mbar)的条件下，可能甚至通过毫米或更高尺寸的通道获得主要是分子状态下的流。相反，在其他的非真空压力条件下，具体而言是在大气压力或更高压力条件下，有必要将通道的尺寸减小到亚微米值。根据实施例，如图2至7所示，采样模块7包括电离室6、入口构件2和离子出口构件3。电离室6适于保持在电离压力Pi，并且被配置为容纳并电离存在于其中的气体颗粒。入口构件2被配置为抑制或允许和/或调节的电离室中气流Fi的入口。入口构件2包括气流调节界面22，所述气流调节界面具有多个纳米孔20，这些孔为亚微米(也就是亚千分尺)尺寸，其适于以受控的方式被打开或关闭，以允许或抑制处于分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分析在环境压力(Pa)下存在于环境(A)中的气体组分的电子装置(1)，所述装置是便携式的并且适于放置在所述环境(A)中，并且包括：‑气体采样模块(7)，被配置为调节来自所述环境(A)的气体颗粒的输入气流(Fi)和输出气流(Fo)，以便在所述采样模块(7)内再现表征待分析的所述气体组分的气体组分，并且被配置为电离所述气体颗粒并且发射所产生的离子，以便生成具有表征待分析的所述气体组分的离子组分的离子流(I)；‑离子过滤模块(8)，可操作地连接到所述采样模块(7)以接收所述离子流(I)，并且被配置为可控地选择存在于所述离子流(I)中的至少一种类型的离子，并且生成相对应的至少一个均匀离子束(I’)，所述均匀离子束(I’)的强度表征待分析的所述气体组分中的相对应的气体颗粒的浓度；‑离子检测模块(9)，可操作地连接到所述离子过滤模块(8)以接收所述至少一个离子束(I’)，并且被配置为测量所述至少一个离子束(I’)的强度以及生成相对应的电信号(S)，该电信号(S)表征待分析的所述气体组分中相对应的气体颗粒的浓度；‑泵送装置(95)，被配置为从所述装置(1)抽出气体，以便控制存在于所述采样模块(7)内部的电离压力Pi。其中，所述输入气流(Fi)包括在所述环境压力(Pa)下处于分子或主要是分子状态的多个微流，并且所述输出气流(Fo)是在电离压力(Pi)下处于分子或主要是分子状态的流。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.07 IT MI2014A0012281.一种用于分析在环境压力(Pa)下存在于环境(A)中的气体组分的电子装置(1)，所述装置是便携式的并且适于放置在所述环境(A)中，并且包括：-气体采样模块(7)，被配置为调节来自所述环境(A)的气体颗粒的输入气流(Fi)和输出气流(Fo)，以便在所述采样模块(7)内再现表征待分析的所述气体组分的气体组分，并且被配置为电离所述气体颗粒并且发射所产生的离子，以便生成具有表征待分析的所述气体组分的离子组分的离子流(I)；-离子过滤模块(8)，可操作地连接到所述采样模块(7)以接收所述离子流(I)，并且被配置为可控地选择存在于所述离子流(I)中的至少一种类型的离子，并且生成相对应的至少一个均匀离子束(I’)，所述均匀离子束(I’)的强度表征待分析的所述气体组分中的相对应的气体颗粒的浓度；-离子检测模块(9)，可操作地连接到所述离子过滤模块(8)以接收所述至少一个离子束(I’)，并且被配置为测量所述至少一个离子束(I’)的强度以及生成相对应的电信号(S)，该电信号(S)表征待分析的所述气体组分中相对应的气体颗粒的浓度；-泵送装置(95)，被配置为从所述装置(1)抽出气体，以便控制存在于所述采样模块(7)内部的电离压力Pi。其中，所述输入气流(Fi)包括在所述环境压力(Pa)下处于分子或主要是分子状态的多个微流，并且所述输出气流(Fo)是在电离压力(Pi)下处于分子或主要是分子状态的流。2.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述装置(1)是集成装置。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述环境压力(Pa)是大气压力或更高，并且所述电离压力(Pi)是范围在10-2mbar和10-6mbar之间的真空压力，。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述采样模块(7)包括：-电离室(6)，适于保持在所述电离压力(Pi)下，并且被配置为容纳和电离所述气体颗粒；-入口构件(2)，被配置为抑制或允许和/或调节所述输入气流(Fi)的所述电离室中的入口，并且包括气流调节界面(22)，所述气流调节界面具有多个亚微米尺寸的纳米孔(20)，该纳米孔(20)适于以受控的方式被打开或关闭，以允许或抑制处于分子或主要是分子状态的所述多个微流；-离子出口构件(3)，可操作地连接到所述离子过滤模块(8)，被配置为抑制或允许和/或调节处于分子或主要是分子状态的所述输出气流(Fo)和所生成的离子的离子流(I)。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述出口构件(3)包括孔口(30)，适于以受控方式被打开或关闭，以便控制所述输出气流(Fo)的输出流导。6.根据权利要求5所述的装置(1)，其中，所述采样模块(7)进一步包括：-第一致动装置(25)，包括多个小型化的纳米孔打开/关闭构件(26)，每个小型化的纳米孔打开/关闭构件(26)适于打开或关闭相对应的纳米孔(20)以便分别最大化或最小化所述纳米孔(20)的流导；-第二致动装置(35)，包括闸门(36)，被配置为以受控方式完全关闭或保持完全打开或部分地阻塞所述离子出口构件(3)的所述孔口(30)。-采样模块控制装置(40)，被配置为控制所述第一致动装置(25)和第二致动装置(35)。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述电离室(6)包括：-至少一个电离源(61)；-电离区域(62)，包含已经通过所述调节界面(22)进入的气体颗粒，所述电离区域(62)被布置为电离所述气体颗粒并生成相对应的离子；-第一离子提取装置(63)，被配置为针对所生成的离子确定优选轨迹并且随后朝向所述离子出口构件(3)引导所述离子，其中所生成的离子穿过至少一个第一离子提取窗口(64)并且所述离子通过该第一离子提取窗口(64)离开所述电离区域(62)；-电离室控制装置(65)。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述离子过滤模块(8)包括：-过滤区域(81)，其中所述离子束(I)通过所述过滤区域(81)而被过滤，所述过滤区域(81)包括第二离子提取窗口(84)，所述至少一个均匀离子束(I’)通过该第二离子提取窗口(84)离开所述过滤区域(81)和所述离子过滤模块(8)；-至少一个电场和/或磁场生成器(83)，被配置为在所述过滤区域(8)中生成电场和/或磁场和/或电势，该电场和/或磁场和/或电势的振幅和/或频率和/或空间模式以受控方式变化；-过滤模块控制装置(85)，被配置为控制所述电场和/或磁场和/或电势的振幅和/或频率和/或空间模式，以便针对所述离子流(I)的离子，根据该离子的相应质量控制轨迹或过滤区域(81)的穿过速度。9.根据权利要求8所述的装置(1)，其中，所述离子流(I)包括具有相对应的不同质量的多个不同类型的离子，并且其中，所述过滤模块控制装置(85)被配置为选择一种类型的离子：-对与所选择的离子类型的质量相同的颗粒，施加穿过所述第二提取窗口(84)的穿过轨迹，以及对与所选择的离子类型的质量不同的颗粒施加不穿过所述第二提取窗口(84)的穿过轨迹；-或者对与所选择的离子类型的质量相同的颗粒施加穿过速度，使得所述颗粒在所述第二提取窗口(84)打开时到达该第二提取窗口(84)，并且替代地，对与所选择的离子类型的质量不同的颗粒施加不同的穿过速度，使得所述颗粒在所述第二提取窗口(84)关闭时到达该第二提取窗口(84)。10.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹皮耶罗·门萨，拉法埃莱·科雷亚莱，
申请(专利权)人：纳米技术分析责任有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT