导引杆的射频电源、调谐方法及质谱仪技术

本发明专利技术公开了一种导引杆的射频电源、调谐方法及质谱仪。其中，导引杆的射频电源包括：上位机，用于扫频并锁定谐振的频率点，并下发射频的频率和幅值控制命令；控制与信号处理单元，用于在上位机的控制下生成频率和幅值均受控于控制命令的射频信号；功率放大单元，以对射频信号进行射频功率放大；升压与辅助调谐单元，用于对经过功率放大单元放大后的射频信号进行升压及电容辅助调谐，以输出用于驱动导引杆的射频电压。本发明专利技术的导引杆的射频电源具有体积小、成本低、调谐范围宽且调谐方便的优点，可用于驱动多种不同规格的导引杆(如六级杆或八级杆)，并通过调频调谐与电容辅助调谐相结合的方式实现快速调谐。

【技术实现步骤摘要】
导引杆的射频电源、调谐方法及质谱仪
本专利技术涉及质谱
，特别涉及一种用于质谱仪的导引杆射频电源、调谐方法及质谱仪。
技术介绍
质谱仪一般由取样孔、漏勺、离子导向装置和离子透镜等组成。其中，离子导向装置是传输离子的部件。离子导向装置不仅用于传输离子，还可降低离子的空间发散度和能量发散度，以减少离子在传输中的损失。随着离子光学理论的发展和完善，出现多种形状和原理各不相同的离子导向装置。其中，多级杆是目前发展比较成熟的一类离子导向装置，多级杆是四级杆、六级杆和八极杆等导引杆的总称，因结构简单、离子通过率高，在无机、有机和生物质谱仪器中均得到了广泛应用。相关技术中，多级杆离子导向装置的驱动装置为幅度可调的单频射频电源，其结构如图1所示，振荡器产生频率稳定性高、固定振幅的正弦波信号，此正弦波信号与直流可调电压通过模拟乘法器芯片相乘输出幅度可调的射频小信号；此射频小信号通过功率放大器和谐振电路，产生射频高压驱动多级杆。多级杆为射频电源的驱动对象，可以等效为谐振电路中的一个电容，此等效电容与谐振电路中可调电容为并联关系。通过调节谐振电路中可调电容的容值，使其工作在谐振状态，此时射频电源可在最小输出功率下获得最大的幅值。定频调容是射频电源的常用调谐方法，但在调谐电路中需要一个体积庞大的可调电容器。质谱仪在实际使用过程中，有时需要切换不同规格的多级杆(四级杆、六级杆、八级杆或其它)。作为选质用的四级杆离子导向装置，四级杆及驱动其的射频电源通常一体出现，调谐时可调电容微调即可，然而这种射频电源价格昂贵。但是，六级杆或八级杆离子导向装置中六级杆或八级杆多自行设计加工，体积、大小各异，其等效电容值的差异也很大。如果利用驱动四级杆的射频电源来驱动六级杆或八级杆的话，除了成本高之外，驱动四级杆的射频电源的调谐范围也覆盖不了大多数的导引杆。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种导引杆的射频电源。该导引杆的射频电源具有体积小、成本低、调谐范围宽且调谐方便的优点，可用于驱动多种不同规格的导引杆(如六级杆或八级杆)，并通过调频调谐与电容辅助调谐相结合的方式实现快速调谐。本专利技术的另一个目的在于提供一种质谱仪。本专利技术的再一个目的在于提供一种导引杆的射频电源的调谐方法。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面的实施例公开了一种导引杆的射频电源，包括：上位机，用于扫频并锁定谐振的频率点，并下发射频的频率和幅值控制命令，；控制与信号处理单元，所述控制与信号处理单元与所述上位机相连，用于在所述上位机的控制下生成频率和幅值均受控于所述控制命令的射频信号；功率放大单元，所述功率放大单元与所述控制与信号处理单元相连，以对所述射频信号进行射频功率放大；升压与辅助调谐单元，所述升压与辅助调谐单元与所述功率放大单元相连，用于对经过所述功率放大单元放大后的射频信号进行升压及电容辅助调谐，以输出用于驱动导引杆的射频电压。本专利技术实施例的导引杆的射频电源具有体积小、成本低、调谐范围宽且调谐方便的优点，可用于驱动多种不同规格的导引杆(如六级杆或八级杆)，并通过调频调谐与电容辅助调谐相结合的方式实现快速调谐。在一些示例中，所述控制与信号处理单元包括：FPGA电路，所述FPGA电路与所述上位机通信；DAC数模转换芯片，所述DAC数模转换芯片与所述FPGA电路相连，以生成幅值受控于所述控制命令的电压设定值；DDS波形发生器，所述DDS波形发生器与所述FPGA电路相连，以生成频率受控于所述控制命令的正弦波信号；乘法器，所述乘法器根据所述电压设定值和所述正弦波信号生成所述射频信号。在一些示例中，还包括：采样检波单元，所述采样检波单元分别与所述控制与信号处理单元和所述升压与辅助调谐单元相连，用于采集所述升压与辅助调谐单元输出的射频电压，并对所述射频电压进行峰值检波。在一些示例中，所述采样检波单元包括：射频采样电路，所述射频采样电路与所述升压与辅助调谐单元相连，以采集所述升压与辅助调谐单元输出的射频电压；峰值检波电路，所述峰值检波电路分别与所述射频采样电路和所述控制与信号处理单元相连，以对所述射频电压进行峰值检波，并反馈给所述控制与信号处理单元。在一些示例中，所述控制与信号处理单元还包括：运算放大器，所述运算放大器的负输入端与所述峰值检波电路相连且正输入端与所述DAC数模转换芯片相连，所述运算放大器的输出端与所述乘法器相连；ADC模数转换芯片，所述ADC模数转换芯片分别与所述峰值检波电路和所述FPGA电路相连，以通过所述FPGA电路向所述上位机反馈所述射频电压的状态。由此，使得射频电源输出的电压的幅值更加稳定可靠，保证设定值与输出幅值存在良好的线性关系，并可实时监控射频输出的状态。在一些示例中，所述功率放大单元包括射频驱动电路和与所述射频驱动电路相连的功率放大器。在一些示例中，所述升压与辅助调谐单元包括：射频升压变压器，用于对经过所述功率放大单元放大后的射频信号进行升压；辅助调谐电容，所述辅助调谐电容用于对经过所述射频升压变压器升压后的射频信号进行电容辅助调谐，以得到用于驱动导引杆的射频电压。在一些示例中，所述射频升压变压器为采用空气介质的线圈绕制而成的射频升压变压器。在一些示例中，所述辅助调谐电容包括并联的多个高压瓷片电容及开关。本专利技术的第二方面的实施例公开了一种质谱仪，包括：导引杆；导引杆的射频电源，所述导引杆的射频电源为根据上述第一方面的实施例所述的导引杆的射频电源。该质谱仪的导引杆的射频电源具有体积小、成本低、调谐范围宽且调谐方便快捷的优点，可用于驱动多种不同规格的导引杆(如六级杆或八级杆)，并通过调频调谐与电容辅助调谐相结合的方式实现快速调谐。本专利技术的第三方面的实施例公开了一种导引杆的射频电源的调谐方法，包括以下步骤：将射频电源接入导引杆，改变上位机的工作频率，以使所述控制与信号处理单元输出频率与所述导引杆和射频电源组成系统的固有谐振频率相匹配的射频信号；扫描所述射频电源的谐振的频率点；判断所述谐振的频率点是否满足预定要求；如果否，则调节升压与辅助调谐单元电容值以改变所述射频电源的固有谐振频率，并重新扫描所述射频电源的谐振的频率点，如此反复，直至所述工作频率与所述固有谐振频率一致。本专利技术实施例的导引杆的射频电源的调谐方法，采用调频调谐为主、电容辅助调谐为辅的方式，可同时改变工作频率和固有谐振频率，从而实现调谐范围宽的目的，保证找到的谐振工作频率点更加理想。在一些示例中，所述辅助调谐电容包括并联的多个高压瓷片电容及开关，所述方法还包括：通过开关改变所述并联的多个高压瓷片电容的数量调节所述射频电源的固有谐振频率。在一些示例中，还包括：根据所述射频电源输出的射频电压对所述控制与信号处理单元生成的射频信号进行闭环控制。在一些示例中，所述导引杆的射频电源的ADC模数转换芯片分别与峰值检波电路和FPGA电路相连，所述方法还包括：通过所述FPGA电路向上位机反馈所述射频电压的状态，以根据所述射频电压的状态实现上位机的快速扫频，以便快速锁定所述谐振的频率点。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述的和/或附加的方面和优点结合下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导引杆的射频电源，其特征在于，包括：上位机，用于扫频并锁定谐振的频率点，并下发射频的频率和幅值控制命令；控制与信号处理单元，所述控制与信号处理单元与所述上位机相连，用于在所述上位机的控制下生成频率和幅值均受控于所述控制命令的射频信号；功率放大单元，所述功率放大单元与所述控制与信号处理单元相连，以对所述射频信号进行射频功率放大；升压与辅助调谐单元，所述升压与辅助调谐单元与所述功率放大单元相连，用于对经过所述功率放大单元放大后的射频信号进行升压及电容辅助调谐，以输出用于驱动导引杆的射频电压。

【技术特征摘要】
1.一种导引杆的射频电源，其特征在于，包括：上位机，用于扫频并锁定谐振的频率点，并下发射频的频率和幅值控制命令；控制与信号处理单元，所述控制与信号处理单元与所述上位机相连，用于在所述上位机的控制下生成频率和幅值均受控于所述控制命令的射频信号；功率放大单元，所述功率放大单元与所述控制与信号处理单元相连，以对所述射频信号进行射频功率放大；升压与辅助调谐单元，所述升压与辅助调谐单元与所述功率放大单元相连，用于对经过所述功率放大单元放大后的射频信号进行升压及电容辅助调谐，以输出用于驱动导引杆的射频电压。2.根据权利要求1所述的导引杆的射频电源，其特征在于，所述控制与信号处理单元包括：FPGA电路，所述FPGA电路与所述上位机通信；DAC数模转换芯片，所述DAC数模转换芯片与所述FPGA电路相连，以生成幅值受控于所述控制命令的电压设定值；DDS波形发生器，所述DDS波形发生器与所述FPGA电路相连，以生成频率受控于所述控制命令的正弦波信号；乘法器，所述乘法器根据所述电压设定值和所述正弦波信号生成所述射频信号。3.根据权利要求2所述的导引杆的射频电源，其特征在于，还包括：采样检波单元，所述采样检波单元分别与所述控制与信号处理单元和所述升压与辅助调谐单元相连，用于采集所述升压与辅助调谐单元输出的射频电压，并对所述射频电压进行峰值检波。4.根据权利要求3所述的导引杆的射频电源，其特征在于，所述采样检波单元包括：射频采样电路，所述射频采样电路与所述升压与辅助调谐单元相连，以采集所述升压与辅助调谐单元输出的射频电压；峰值检波电路，所述峰值检波电路分别与所述射频采样电路和所述控制与信号处理单元相连，以对所述射频电压进行峰值检波，并反馈给所述控制与信号处理单元。5.根据权利要求4所述的导引杆的射频电源，其特征在于，所述控制与信号处理单元还包括：运算放大器，所述运算放大器的负输入端与所述峰值检波电路相连且正输入端与所述DAC数模转换芯片相连，所述运算放大器的输出端与所述乘法器相连；ADC模数转换芯片，所述ADC模数转换芯片分别与所述峰值检波电路和所述FPGA电路相连，以通过所述FPGA电路向所述上位机反馈所述射频电压的状态。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建军，张锋，胡修稳，徐春风，
申请(专利权)人：合肥美亚光电技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34