本公開涉及離子譜測量領(lǐng)域，具體地涉及一種離子遷移譜儀。

背景技術(shù)：

離子遷移譜儀根據(jù)不同離子在均勻弱電場下漂移速度不同實現(xiàn)對離子的分辨。因為離子遷移譜儀分辨速度快，靈敏度高，不需要真空環(huán)境并且便于小型化，所以在諸如毒品和爆炸物檢測的多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

典型的離子遷移譜儀通常由進樣部分、電離部分、離子門、遷移區(qū)、收集區(qū)、讀出電路、數(shù)據(jù)采集和處理部分、控制部分等部分構(gòu)成。其中，電離部分主要功能是將樣品分子轉(zhuǎn)化成可供遷移分離的離子，其電離的效果對離子遷移譜儀的性能具有非常直接的影響。

為了實現(xiàn)更好的電離性能，一種利用電暈放電進行電離的離子遷移譜儀已經(jīng)得到應(yīng)用。電暈放電指的是在空間不均勻電場中由于局部的強電場引起氣體分子電離的一種現(xiàn)象。電暈放電直接產(chǎn)生的離子一般稱為反應(yīng)物離子。當具有更高的質(zhì)子或電子親和勢的樣品分子通過電離區(qū)時，將通過俘獲反應(yīng)物離子的電荷而被電離。通常的電暈放電結(jié)構(gòu)簡單且成本低廉，并且能夠產(chǎn)生更高的電荷濃度，因此，大大地改善了離子遷移譜儀的靈敏度和動態(tài)范圍。

然而，電暈放電產(chǎn)生的高電荷濃度同樣要求離子遷移譜儀對電荷的收集和處理更加合理，否則會嚴重影響設(shè)備的穩(wěn)定性。如何實現(xiàn)穩(wěn)定性更高的基于電暈放電的離子遷移譜儀是本領(lǐng)域亟待解決的問題之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本公開提出了一種離子遷移譜儀。

根據(jù)本公開的一個方面，提出了一種離子遷移譜儀，包括：電源電路，用于提供電源電壓；電暈放電結(jié)構(gòu)，其輸入端連接到所述電源電路，用于通過電暈放電產(chǎn)生待測離子；離子遷移電路，連接到所述電源電路，用于控制離子遷移；遷移區(qū)結(jié)構(gòu)，連接到所述離子遷移電路，用于在所述離子遷移電路的控制下實現(xiàn)對從所述遷移區(qū)結(jié)構(gòu)中經(jīng)過的待測離子的遷移譜的測量；多余電荷引出電極，布置在所述電暈放電結(jié)構(gòu)與所述遷移區(qū)結(jié)構(gòu)之間，使得所述電暈放電結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的待測離子能夠從其中經(jīng)過，從而到達所述遷移區(qū)結(jié)構(gòu)；多余電荷引出電路，連接到所述電源電路、所述電暈放電結(jié)構(gòu)的輸入端、所述遷移區(qū)結(jié)構(gòu)和所述多余電荷引出電極，其中，所述多余電荷引出電極通過所述多余電荷引出電路接地。

在一個實施例中，所述多余電荷引出電路包括第一分壓元件、第二分壓元件和隔直電容，其中，所述第一分壓元件的一端連接到所述電源電路以及所述電暈放電結(jié)構(gòu)的輸入端，另一端連接到第一節(jié)點，所述第二分壓元件的一端連接到所述第一節(jié)點，另一端連接到所述遷移區(qū)結(jié)構(gòu)，所述隔直電容的一端連接所述第一節(jié)點，另一端接地，以及所述多余電荷引出電路與所述多余電荷引出電極在所述第一節(jié)點處相連接。

在一個實施例中，所述電暈放電結(jié)構(gòu)包括電暈針和放電筒，其中，所述電暈針的一端作為所述電暈放電結(jié)構(gòu)的輸入端，另一端通過放電產(chǎn)生待測離子，所述放電筒被布置為在所述電暈針的四周側(cè)向地圍繞所述電暈針的所述另一端。

在一個實施例中，所述多余電荷引出電路還與所述電暈放電結(jié)構(gòu)的放電筒在第二節(jié)點處相連接，所述多余電荷引出電路包括第一分壓元件、第二分壓元件、第三分壓元件、第一隔直電容和第二隔直電容，其中，所述第一分壓元件的一端連接到所述電源電路以及所述電暈放電結(jié)構(gòu)的輸入端，另一端連接到所述第二節(jié)點，所述第二分壓元件的一端連接到第一節(jié)點，另一端連接到所述遷移區(qū)結(jié)構(gòu)，所述第三分壓元件連接在所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點之間；所述第一隔直電容的一端連接所述第一節(jié)點，另一端接地，所述第二隔直電容的一端連接所述第二節(jié)點，另一端接地，以及所述多余電荷引出電路與所述多余電荷引出電極在所述第一節(jié)點處相連接。

在一個實施例中，所述遷移區(qū)結(jié)構(gòu)包括從輸入端到輸出端依次布置的存儲環(huán)、離子門、多個遷移場電極片、抑制柵和法拉第盤，其中，所述存儲環(huán)的一端、第一個遷移場電極片的一端以及最后一個遷移場電極片的一端分別與所述離子遷移電路在不同的節(jié)點處連接，第一個遷移場電極片的另一端連接到串聯(lián)的多個電阻，所述多個電阻的數(shù)量與所述多個遷移場電極片的數(shù)量相同，所述多個遷移場電極片的另一端一一對應(yīng)地連接到所述多個電阻的第一端，所述多個電阻中的最后一個電阻與所述多余電荷引出電路連接。

在一個實施例中，所述離子遷移電路在與所述存儲環(huán)的一端、第一個遷移場電極片的一端以及最后一個遷移場電極片的一端分別連接的節(jié)點處分別產(chǎn)生不同的電勢。

在一個實施例中，所述電源電路包括電源、第一電阻和第三隔直電容，其中，所述電源的一端連接到所述離子遷移電路，另一端連接所述第一電阻的一端，所述第一電阻的一端連接到所述電源，另一端連接所述第三隔直電容的一端和所述電暈放電結(jié)構(gòu)的輸入端，所述第三隔直電容的一端連接所述第一電阻，另一端接地。

在一個實施例中，所述第一分壓元件和第二分壓元件是電阻。

在一個實施例中，所述第三分壓元件是電阻或穩(wěn)壓二極管。

通過使用本公開所提出的基于電暈放電的離子遷移譜儀，能夠消除對離子遷移譜產(chǎn)生不良影響的多余電荷。由此，所產(chǎn)生的離子遷移譜準確且穩(wěn)定，從而解決了以上所述的現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

附圖說明

圖1示出了一種基于電暈放電的離子遷移譜儀的原理圖；

圖2示出了圖1所示的基于電暈放電的離子遷移譜儀的結(jié)構(gòu)圖；

圖3示出了根據(jù)本公開的實施例的基于電暈放電的離子遷移譜儀的結(jié)構(gòu)圖；

圖4示出了圖3所示的基于電暈放電的離子遷移譜儀的詳細結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖5示出了圖3所示的基于電暈放電的離子遷移譜儀的詳細結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖6示出了通過圖1所示的基于電暈放電的離子遷移譜儀測得的離子遷移譜圖；以及

圖7示出了通過圖3所示的根據(jù)本公開的實施例的基于電暈放電的離子遷移譜儀測得的離子遷移譜圖。

具體實施方式

下面將詳細描述本公開的具體實施例，應(yīng)當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本公開。在以下描述中，為了提供對本公開的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是：不必采用這些特定細節(jié)來實行本公開。在其他實例中，為了避免混淆本公開，未具體描述公知的電路、材料或方法。

在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本公開至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。

以下參考附圖對本公開進行具體描述。

首先，圖1示出了一種基于電暈放電的離子遷移譜儀的原理圖。在圖1中，電暈針201放電產(chǎn)生的帶電粒子經(jīng)聚焦極202聚焦后穿過電暈筒203進入到存儲環(huán)204，之后在離子門205、206的電場的控制下在特定時間內(nèi)注入到由電極片207構(gòu)成的離子漂移區(qū)，經(jīng)抑制柵208調(diào)節(jié)后由法拉第盤209接收，并隨后經(jīng)電荷靈敏積分放大電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栠M入到信號處理系統(tǒng)。

圖2是圖1中的電暈放電離子遷移譜儀構(gòu)造示意圖。在圖2中，電暈放電結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電荷在電場與進樣氣流共同作用下向存儲環(huán)運動。此時，將有較多的離子撞擊到電暈放電筒1041及存儲環(huán)MG1。電暈放電筒1041與存儲環(huán)MG1均直接與離子遷移電路連接，從而它們接收到的離子將進入離子遷移電路，并對離子遷移電路造成不良影響，從而影響離子遷移譜的穩(wěn)定性。根據(jù)圖1所示的離子遷移譜儀測得的離子遷移譜線如圖6所示。

在圖3中，示出了根據(jù)本公開的一個實施例的離子遷移譜儀300的結(jié)構(gòu)圖。

如圖3所示，離子遷移譜儀300包括電源電路310、離子遷移電路320、遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330、電暈放電結(jié)構(gòu)340、多余電荷引出電極350和多余電荷引出電路360。其中，電暈放電結(jié)構(gòu)340通過電暈放電產(chǎn)生的離子，先后穿過中間具有開口的多余電荷引出電極350(比如，環(huán)形)和形成電荷漂移通路的遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330，從而實現(xiàn)對經(jīng)過遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330的離子進行遷移譜測量。多余電荷引出電極350和多余電荷引出電路360的設(shè)置使得電暈放電產(chǎn)生的多余離子的電荷被吸收，從而不會對離子遷移電路320產(chǎn)生影響。

具體地，電源電路310用于提供電源電壓。

離子遷移電路320連接到電源電路，用于控制離子遷移。

遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330連接到離子遷移電路320，用于在離子遷移電路320的控制下實現(xiàn)對從遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330中經(jīng)過的待測離子的遷移譜的測量。電暈放電結(jié)構(gòu)340的輸入端連接到電源電路310，用于通過電暈放電產(chǎn)生待測離子。

多余電荷引出電極350布置在電暈放電結(jié)構(gòu)340與遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330之間，使得電暈放電結(jié)構(gòu)340產(chǎn)生的待測離子能夠從其中經(jīng)過(在電場的作用下穿過其上形成的開口(比如，環(huán)孔))，從而到達遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330。

多余電荷引出電路360連接到電源電路310、電暈放電結(jié)構(gòu)340的輸入端、遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330和多余電荷引出電極350。

此外，多余電荷引出電路360具有接地端，并且多余電荷引出電極350通過所連接的多余電荷引出電路360接地。

圖4示出了圖3所示的基于電暈放電的離子遷移譜儀300的詳細結(jié)構(gòu)400的示意圖。

如圖4所示，電暈放電結(jié)構(gòu)240包括電暈針340-1和放電筒340-2，其中，電暈針340-1的一端作為電暈放電結(jié)構(gòu)340的輸入端與電源電路310連接，另一端通過放電產(chǎn)生待測離子，放電筒340-2被布置為在電暈針340-1的四周側(cè)向地圍繞電暈針340-1的所述另一端。

在一個實施例中，遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330包括從輸入端到輸出端(即，圖中的從上到下)依次布置的存儲環(huán)MG1、離子門、n(正整數(shù))個遷移場電極片F(xiàn)G1至HVE、抑制柵(未示出)和法拉第盤FAR。其中，存儲環(huán)MG1的一端、第一個遷移場電極片F(xiàn)G1的一端以及最后一個遷移場電極片HVE的一端分別與離子遷移電路320在不同的節(jié)點處連接(如圖4中，離子遷移電路320右側(cè)示出的三個連接點)。第一個遷移場電極片F(xiàn)G1的另一端連接到串聯(lián)的n個電阻R1-Rn?？梢?，電阻的數(shù)量與遷移場電極片的數(shù)量相同。n個遷移場電極片的另一端一一對應(yīng)地連接到n個電阻的第一端。n個電阻中的最后一個電阻Rn與多余電荷引出電路360連接。

離子遷移電路320在與存儲環(huán)MG1、第一個遷移場電極片F(xiàn)G1以及最后一個遷移場電極片HVE分別連接的節(jié)點處分別產(chǎn)生不同的電勢。從而，根據(jù)如上所述的遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330的具體結(jié)構(gòu)，其中將產(chǎn)生連續(xù)的電場將離子導(dǎo)向法拉第盤FAR。

如圖4所示，多余電荷引出電路360包括第一分壓元件E1、第二分壓元件E2和隔直電容C。

第一分壓元件E1的一端連接到電源電路310和電暈放電結(jié)構(gòu)340的輸入端，另一端連接到第一節(jié)點N。

第二分壓元件E2的一端連接到第一節(jié)點N，另一端連接到遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330。

在一個實施例中，第一分壓元件E1和第二分壓元件E2是電阻。

通過為第一分壓元件E1和第二分壓元件E2設(shè)置特定的分壓能力(比如，當它們?yōu)殡娮钑r，設(shè)置特定的阻值)，能夠使得與第一節(jié)點N相連的多余電荷引出電極350具有特定的電勢，從而使得電暈放電結(jié)構(gòu)340處產(chǎn)生的離子能夠在電場作用下向下移動，穿過多余電荷引出電極350，進入遷移區(qū)結(jié)構(gòu)340。

在一個實施例中，通過設(shè)置第一分壓元件E1和第二分壓元件E2的分壓能力，使得多余電荷引出電極350與遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330中的存儲環(huán)MG1之間的電勢差在60至70伏之間。

隔直電容C的一端連接第一節(jié)點N，另一端接地GND。

從圖中可見，多余電荷引出電路360與多余電荷引出電極350在第一節(jié)點N處相連接。多余電荷引出電極350經(jīng)由第一節(jié)點N和隔直電容C接地GND。從而，撞擊多余電荷引出電極350的電荷能夠被吸收。

需要指出的是，圖4中所示的具體結(jié)構(gòu)只是對本公開的離子遷移譜儀的示例性說明，本公開的離子遷移譜儀并不受以上細節(jié)的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，通過本公開中多余電荷引出電極350和多余電荷引出電路360的設(shè)置，使得現(xiàn)有離子遷移譜儀中多余電荷對譜圖的影響能夠消除或抑制。可以想見的是，本公開中提出的具有多余電荷引出電極350和多余電荷引出電路360的設(shè)置能夠適用于任何受到多余電荷影響的電暈放電離子遷移譜儀。

此外，在圖4中，還將離子遷移電路320和遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330示為接地。但應(yīng)該理解的是，在其他實施例中，離子遷移電路320和遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330可以與其他特定電勢連接，或不設(shè)置這一接地連接。

圖5示出了圖3所示的基于電暈放電的離子遷移譜儀300的詳細結(jié)構(gòu)500的示意圖。圖5的詳細結(jié)構(gòu)500與圖4的詳細結(jié)構(gòu)400相比，多余電荷引出電路360和電源電路310的結(jié)構(gòu)有所不同。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解是，將對多余電荷引出電路360和電源電路310的結(jié)構(gòu)的改進都包括在圖5所示的實施例中，只是為了便于描述。本公開的范圍同樣涵蓋只是對多余電荷引出電路360或電源電路310的結(jié)構(gòu)作出圖5所示的改進的實施例。

圖5所示的多余電荷引出電路360與電暈放電結(jié)構(gòu)340的放電筒340-2在第二節(jié)點M處相連接。

多余電荷引出電路360包括第一分壓元件E1、第二分壓元件E2、第三分壓元件E3、第一隔直電容C1和第二隔直電容C2。

其中，第一分壓元件E1的一端連接到電源電路310以及電暈放電結(jié)構(gòu)340的輸入端，另一端連接到第二節(jié)點M。

第二分壓元件E2的一端連接到第一節(jié)點N，另一端連接到遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330。

第三分壓元件E3連接在第一節(jié)點N和第二節(jié)點M之間。在一個實施例中，第三分壓元件E3是電阻或穩(wěn)壓二極管。

第一隔直電容C1的一端連接第一節(jié)點N，另一端接地GND。

第二隔直電容C2的一端連接第二節(jié)點M，另一端接地GND。

同樣，多余電荷引出電路360與多余電荷引出電極350在第一節(jié)點N處相連接。

在圖5所示的結(jié)構(gòu)500中，電暈放電結(jié)構(gòu)340的放電筒340-2經(jīng)由第二隔直電容C2接地GND，從而，放電筒340-2處產(chǎn)生的多余電荷頁能夠被吸收，從而防止其上積累的電荷對整個設(shè)備的電勢分布產(chǎn)生影響，進而更好地改善設(shè)備的性能。

通過為第一分壓元件E1、第二分壓元件E2和第三分壓元件E3設(shè)置特定的分壓能力(比如，當它們?yōu)殡娮钑r，設(shè)置特定的阻值)，能夠使得與第一節(jié)點N相連的多余電荷引出電極350以及與第二節(jié)點M相連的放電筒340-2都具有特定的電勢，從而使得電暈放電結(jié)構(gòu)340處產(chǎn)生的離子能夠在電場作用下向下移動，穿過多余電荷引出電極350，進入遷移區(qū)結(jié)構(gòu)340。

在一個實施例中，通過設(shè)置第一分壓元件E1、第二分壓元件E2和第三分壓元件E3的分壓能力，使得多余電荷引出電極350與遷移區(qū)結(jié)構(gòu)330中的存儲環(huán)MG1之間的電勢差在60至70伏之間，放電筒340-2與多余電荷引出電極350之間的電勢差也在60至70伏之間。此外，還可在電暈針340-1和放電筒340-2之間設(shè)置2000-3000伏的電勢差。

在圖5中，電源電路310包括電源、第一電阻R和第三隔直電容C3。其中，電源的一端連接到離子遷移電路320，另一端連接第一電阻R的一端。第一電阻R的一端連接到電源，另一端連接第三隔直電容C3的一端和電暈放電結(jié)構(gòu)340的輸入端。第三隔直電容C3的一端連接第一電阻R，另一端接地GND。第一電阻R和第三隔直電容C3的布置使得電源施加的電壓經(jīng)過濾波分壓處理。

圖6和圖7分別示出了通過圖1所示的基于電暈放電的離子遷移譜儀測得的離子遷移譜圖和通過圖3所示的根據(jù)本公開的實施例的基于電暈放電的離子遷移譜儀300測得的離子遷移譜圖。從圖中可見，通過離子遷移譜儀300所測得的離子遷移譜更加穩(wěn)定。

以上的詳細描述通過使用示意圖、流程圖和/或示例，已經(jīng)闡述了眾多實施例。在這種示意圖、流程圖和/或示例包含一個或多個功能和/或操作的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，這種示意圖、流程圖或示例中的每一功能和/或操作可以通過各種結(jié)構(gòu)、硬件、軟件、固件或?qū)嵸|(zhì)上它們的任意組合來單獨和/或共同實現(xiàn)。在一個實施例中，本公開的實施例所述主題的若干部分可以通過專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號處理器(DSP)、或其他集成格式來實現(xiàn)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到，這里所公開的實施例的一些方面在整體上或部分地可以等同地實現(xiàn)在集成電路中，實現(xiàn)為在一臺或多臺計算機上運行的一個或多個計算機程序(例如，實現(xiàn)為在一臺或多臺計算機系統(tǒng)上運行的一個或多個程序)，實現(xiàn)為在一個或多個處理器上運行的一個或多個程序(例如，實現(xiàn)為在一個或多個微處理器上運行的一個或多個程序)，實現(xiàn)為固件，或者實質(zhì)上實現(xiàn)為上述方式的任意組合，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本公開，將具備設(shè)計電路和/或?qū)懭胲浖?或固件代碼的能力。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，本公開所述主題的機制能夠作為多種形式的程序產(chǎn)品進行分發(fā)，并且無論實際用來執(zhí)行分發(fā)的信號承載介質(zhì)的具體類型如何，本公開所述主題的示例性實施例均適用。信號承載介質(zhì)的示例包括但不限于：可記錄型介質(zhì)，如軟盤、硬盤驅(qū)動器、緊致盤(CD)、數(shù)字通用盤(DVD)、數(shù)字磁帶、計算機存儲器等；以及傳輸型介質(zhì)，如數(shù)字和/或模擬通信介質(zhì)(例如，光纖光纜、波導(dǎo)、有線通信鏈路、無線通信鏈路等)。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本公開，但應(yīng)當理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本公開能夠以多種形式具體實施而不脫離公開的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。