谱仪放大器补偿制造技术

一种离子检测电流转换电路包括：转换放大器，所述转换放大器与转换电阻器组合件耦接以将由离子检测器产生的离子检测电流转换为离子检测电压，所述转换电阻器组合件包括具有高电阻的电阻器和电容补偿元件；以及补偿电压电路，所述补偿电压电路用于从所述离子检测电压得到补偿电压并且将所述补偿电压馈送到所述电容补偿元件，所述补偿电压电路包括用于调整所述补偿电压的可变电阻器。所述转换电路可以进一步包括：电压降低电路，所述电压降低电路用于从所述离子检测电压得到降低的电压；以及中和放大器单元，所述中和放大器单元用于至少部分地中和所述电压降低电路的电压降低。所述降低的电压允许使用低电压组件，如数字可变电阻器。阻器。阻器。

【技术实现步骤摘要】
谱仪放大器补偿


[0001]本公开涉及用于质谱仪和其它仪器中的离子检测器的转换电路。更具体地，本专利技术涉及用于放大非常小的离子检测电流的放大器，所述放大器包括具有非常高的电阻的电流
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电压转换电阻器以及用于补偿电流
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电压转换电阻器的任何非理想特性的补偿电路。

技术介绍

[0002]具有离子检测器的质谱仪是众所周知的。此类质谱仪可以包括用于选择具有特定质荷(m/z)范围的离子的滤质器和/或用于在空间上分离具有不同质荷比的离子的滤质器。经常使用的离子检测器为法拉第杯(Faraday cup)、二次电子检测器(SED)和其它检测器。
[0003]当检测到少量的离子时，由检测器产生的检测电流可能非常小，例如小于1nA(纳安)，通常小于1pA(皮安)，有时在几fA(毫微微安培)的范围内。要将如此小的电流转换为可以有意义地评估的电压，需要具有高电阻值的电阻器。通常，使用电阻为数十或数百GΩ(千兆欧姆)，有时甚至几TΩ(兆兆欧)或甚至10TΩ的电阻器。此电阻器通常用作可以被称为跨阻抗放大器的放大器的反馈电阻器。
[0004]电阻为数百GΩ或甚至电阻在TΩ范围内的电阻器的优点在于其行为不是完全线性的，这当然可以降低离子测量的准确度。具体地，此类电阻器可能遭受寄生电容和/或介电弛豫，所述介电弛豫也被称为介电吸收或浸透。
[0005]在本公开中通过引用在此并入的美国专利US 9,431,976(Lerche)公开了一种跨阻抗放大器，所述跨阻抗放大器包含：电阻器组合件，所述电阻器组合件耦接在所述跨阻抗放大器的输出端与所述跨阻抗放大器的输入端之间，以及电压源，所述电压源用于向所述电阻器组合件的第一电容补偿元件施加第一电压并且向所述电阻器组合件的第二电容补偿元件施加第二电压。所述第一电压和所述第二电压各自源自所述跨阻抗放大器的输出电压。所述电压源包含电压控制器，所述电压控制器用于调整第一比例和/或第二比例中的至少一个。
[0006]US 9,431,976中公开的电阻器组合件的电容补偿元件可以是布置在高电阻电阻器周围但与高电阻电阻器电隔离的导电环。所述环构成施加补偿电压的电容。因此，高电阻电阻器的寄生电容可以得到补偿。补偿电压源自放大器的输出信号，并且各自为所述输出信号的分数。为了提供适当的补偿，需要通过电阻器网络小心调整所述分数，所述电阻器网络包含可变电阻器，也被称为电位计。然而，此类可变电阻器通常是手动操作的，并且需要大量时间来手动调谐电阻器值。
[0007]US 9,431,976提到了提供数字电路以设置施加到电容补偿元件的电压的选项，但是未描述数字电路的细节。已经发现使用数字电位计作为可变电阻器是有益的，因为其允许远程调整电阻器值。然而，可以应用于数字电位计的最大电压是受限的。在一些应用中，离子检测放大器的输出电压可以为50V或甚至100V，这超过了可商购获得的数字电位计的允许电压，这意味着数字电位计无法轻易替代手动操作的电位计。

技术实现思路

[0008]本公开提供了对此问题的解决方案。因此，本专利技术提供了一种用于将由离子检测器产生的离子检测电流转换为离子检测电压的转换电路，所述转换电路包括：
[0009]‑
转换放大器，所述转换放大器与转换电阻器组合件耦接以将离子检测电流转换为离子检测电压，所述转换电阻器组合件包括具有高电阻的至少一个电阻器和至少一个电容补偿元件；
[0010]‑
补偿电压电路，所述补偿电压电路用于从所述离子检测电压得到至少一个补偿电压并且将所述至少一个补偿电压馈送到所述至少一个电容补偿元件，所述补偿电压电路包括至少一个用于调整所述至少一个补偿电压的可变电阻器；
[0011]‑
电压降低电路，所述电压降低电路用于从所述离子检测电压得到降低的电压，所述电压降低电路被布置成将所述降低的电压提供给所述至少一个可变电阻器，
[0012]‑
所述补偿电压电路包括至少一个中和放大器单元，所述至少一个中和放大器单元耦接在所述至少一个电容补偿元件与所述至少一个可变电阻器之间，以至少部分地中和所述电压降低电路的电压降低。
[0013]通过提供用于从所述离子检测电压得到降低的(离子检测)电压的电压降低电路，可以将较低的电压馈送到所述可变电阻器。相反，使用需要相对低的电压的可商购获得的可变电阻器和/或其它组件，可以使用较高的离子检测电压。例如，在利用最大允许电压为仅20V的组件的同时，可以通过将所述离子检测电压降低一个因子0.4或甚至0.2来使用至多50V或甚至至多100V的最大离子检测电压。
[0014]通过提供至少一个中和放大器来中和电压的此降低，所述电容补偿元件的有效性不会受到阻碍。用于中和所述离子检测电压的降低的至少一个中和放大器可以将数字可变电阻器的输出电压放大一个因子，所述因子为所述离子检测电压所降低的因子的倒数。例如，如果所述电压降低电路应用(第一)因子0.2来将电压从100V降低到20V，则补偿放大器可以应用(第二)因子5来进行补偿。所述离子检测电压的下降或降低可以使用分压器来实现。所述电压优选地降低到不超过保持在所述可变电阻器和/或其它低电压组件的操作范围内所必需的，以避免任何不必要的放大。
[0015]通过使用至少一个可变电阻器，使对所述补偿电压电路的调整成为可能。通过使用例如远程可控电阻器，如数字可变电阻器，使对所述补偿电压电路的远程调整成为可能。应当注意，可变电阻器可以包括电位计，即具有三个端子的电阻器。
[0016]所述电压降低电路可以包括分压器以及如运算放大器等放大器。所述分压器的输出端子可以连接到所述运算放大器的反相输入端。在此类实施例中，所述电压降低电路的降低因子可以为负。
[0017]所述电压降低电路可以被布置成实现至少25％，优选地至少50％，更优选地至少75％的电压降低。在一些实施例中，所述电压降低可以为90％，对应于降低因子0.1(或
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0.1，如果使用了反相放大器的话)。
[0018]中和放大器单元可以包括至少一个中和放大器和至少一个分压器，所述分压器优选地连接到所述可变电阻器。所述分压器的所述输出端子，即提供分配的电压的端子，可以连接到中和放大器的输入端，如反相输入端。相反地，所述至少一个中和放大器单元可以与所述至少一个可变电阻器的可变电压端子串联布置。
[0019]所述转换电路可以包括至少两个中和放大器单元和至少两个可变电阻器。在一些实施例中，所述转换电路可以包括三个、四个、五个或六个中和放大器单元，每个中和放大器单元都耦接到相关联的可变电阻器。
[0020]所述转换电路可以进一步包括至少一个RC电路，所述至少一个RC电路耦接在所述转换电阻器的输出端子与另外的中和放大器单元和另外的可变电阻器的串联布置之间。除了由主要用于补偿所述转换电阻器的非线性特性的所述电容补偿元件提供的补偿之外，此RC电路用于补偿所述转换电路的任何寄生电容和介电弛豫效应。虽然所述至少一个RC电路不是必需的，但其改善了所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将由离子检测器产生的离子检测电流转换为离子检测电压的转换电路，所述转换电路包括：
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转换放大器，所述转换放大器与转换电阻器组合件耦接以将离子检测电流转换为离子检测电压，所述转换电阻器组合件包括具有高电阻的至少一个电阻器和至少一个电容补偿元件；
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补偿电压电路，所述补偿电压电路用于从所述离子检测电压得到至少一个补偿电压并且将所述至少一个补偿电压馈送到所述至少一个电容补偿元件，所述补偿电压电路包括至少一个用于调整所述至少一个补偿电压的可变电阻器；
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电压降低电路，所述电压降低电路用于从所述离子检测电压得到降低的电压，所述电压降低电路被布置成将所述降低的电压提供给所述至少一个可变电阻器，
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所述补偿电压电路包括至少一个中和放大器单元，所述至少一个中和放大器单元耦接在所述至少一个电容补偿元件与所述至少一个可变电阻器之间，以至少部分地中和所述电压降低电路的电压降低。2.根据权利要求1所述的转换电路，其中所述电压降低电路包括分压器和放大器，所述放大器优选地为运算放大器，并且所述分压器优选地连接到所述运算放大器的反相输入端。3.根据权利要求1或2所述的转换电路，其中所述电压降低电路被布置成实现至少25％、优选地至少50％、更优选地至少75％的电压降低。4.根据前述权利要求中任一项所述的转换电路，其中所述至少一个中和放大器单元包括放大器和分压器。5.根据权利要求4所述的转换电路，其中所述至少一个中和放大器单元与所述至少一个可变电阻器的可变电压端子串联布置。6.根据前述权利要求中任一项所述的转换电路，其包括至少两个中和放大器单元和至少两个可变电阻器。7.根据权利要求6所述的转换电路，其进一步包括至少一个RC电路，所述至少一个RC电路耦接在所述转换电阻器的输出端子与另外的中和放大器单元和另外的可变电阻器的串联布置之间。8.根据权利要求7所述的转换电路，其进一步包括额外电阻器，所述额外电阻器耦接在所述转换电阻器与所述转换放大器的输出端之间，相对于所述转换电阻器的电阻，所述额外电阻器的电阻较小。9.根据权利要求8所述的转换电路，其中所述额外电阻器的电阻小于所述转换电阻器的电阻的1％，优选地小于0.1％，更优选地小于0.01％。10.根据权利要求7到9中任一项所述的转换电路，其包括至少两个具有不同时间常...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学不来梅有限公司，
类型：发明
国别省市：