適于質(zhì)譜儀的高壓脈沖發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓脈沖發(fā)生器，尤其是涉及適于飛行時間質(zhì)譜儀的高壓脈沖發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行時間質(zhì)譜儀(TOF:Time of Flight Mass Spectrometer)，基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜，由基質(zhì)輔助激光解析離子源和飛行時間質(zhì)量分析器組成?；|(zhì)輔助激光解析離子源使用激光照射樣品和基質(zhì)形成的混合物，在一個狹小的區(qū)域，極短時間內(nèi)使基質(zhì)獲得足夠高的能量，基質(zhì)把吸收能量傳遞給樣品分子，從而使樣品分子產(chǎn)生電離。飛行時間質(zhì)量分析器的作用是使離子在電場作用下獲得動能，加速飛過飛行管道，根據(jù)離子飛行時間的不同，來鑒定離子質(zhì)荷比。激光轟擊混合物需要一個高壓電場和激光脈沖相配合使用。在激光快速轟擊混合物產(chǎn)生離子經(jīng)延時后進(jìn)入電場，由突變的高壓電場給離子提供一定的動能，然后離子飛入真空腔體。
[0003]目前，飛行時間質(zhì)譜儀是通過快速開關(guān)切換，經(jīng)電容耦合輸出一個高壓脈沖，但是并沒有對基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜的實際需求進(jìn)行分析，也無法實現(xiàn)將高壓脈沖下降邊沿寬度控制在200ns左右，同時也沒有對高壓裝置安全性進(jìn)行考慮，只是簡單的電路堆砌，因此不能滿足離子獲得激光能量溢出后需要靜置幾百納秒的實際需求，嚴(yán)重影響了尚子傳輸和系統(tǒng)靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種適于飛行時間質(zhì)譜儀的高壓脈沖發(fā)生器。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案:
本發(fā)明所述適于飛行時間質(zhì)譜儀的高壓脈沖發(fā)生器，包括直流高壓快速開關(guān)，第一電壓輸入接線端IN1、第二電壓輸入接線端IN2、脈沖電壓輸出接線端0UT1、后基板電壓輸出接線端0UT2 ;所述第一電壓輸入接線端INl經(jīng)電阻R2與由穩(wěn)壓管D3和電阻R3組成的并聯(lián)支路高電位端連接，所述由穩(wěn)壓管D3和電阻R3組成的并聯(lián)支路低電位端分為兩路輸出，一路與所述直流高壓快速開關(guān)的高電位觸點接線端HV+連接，另一路通過串聯(lián)電容C3、C4與電阻R5高電位端連接，所述電阻R5低電位端接地；所述第二電壓輸入接線端IN2通過電阻R4與電阻R5高電位端連接；所述脈沖電壓輸出接線端OUTl的一端通過電阻R8與電阻R5高電位端連接，脈沖電壓輸出接線端OUTl的另一端連接有高壓同軸電纜；所述后基板電壓輸出接線端0UT2通過電阻R7、R6與電阻R5高電位端連接；電阻R7與電阻R6的連接點通過電容C9接地；所述直流高壓快速開關(guān)的低電位觸點接線端HV-接地，直流高壓快速開關(guān)的控制信號輸入接線端TRI通過由穩(wěn)壓管D2和電阻Rl組成的并聯(lián)支路接地，直流高壓快速開關(guān)的電源接線端通過穩(wěn)壓管Dl與所述控制信號輸入接線端TRI連接。
[0006]所述高壓同軸電纜的裸線容值為100PF、耐壓值為30KV;所述電阻R6為可變電阻。
[0007]所述電阻R2的低電位端經(jīng)由電容Cl、C2組成的并聯(lián)支路接地。
[0008]本發(fā)明優(yōu)點在于采用低復(fù)雜度的電路設(shè)計，在30KV的基板電壓上疊加1KV的脈沖電壓，并將脈沖電壓的下降邊沿寬度控制在200ns左右，脈沖電壓寬度小于10us，滿足了離子獲得激光能量溢出后需要靜置幾百納秒的實際需求，大大提高了離子的傳輸和系統(tǒng)的靈敏度，同時有效降低了飛行時間質(zhì)譜儀的制造成本。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明所述高壓脈沖發(fā)生器的電路原理圖。
[0010]圖2是本發(fā)明應(yīng)用于飛行時間質(zhì)譜儀的電路結(jié)構(gòu)參考圖。
【具體實施方式】
[0011]如圖1、2所示，本發(fā)明所述適于飛行時間質(zhì)譜儀的高壓脈沖發(fā)生器，包括直流高壓快速開關(guān)1，第一電壓輸入接線端IN1、第二電壓輸入接線端IN2、脈沖電壓輸出接線端0UT1、后基板電壓輸出接線端0UT2。第一電壓輸入接線端INl的輸入電壓為O?+10KV，第二電壓輸入接線端IN2的輸入電壓為O?+30KV，脈沖電壓輸出接線端OUTl用于給飛行時間質(zhì)譜儀的前基板2提供脈沖電壓，后基板電壓輸出接線端0UT2的輸出電壓為O?+30KV，用于給飛行時間質(zhì)譜儀的后基板3提供電壓。第一電壓輸入接線端IN1、第二電壓輸入接線端IN2、脈沖電壓輸出接線端OUTl、后基板電壓輸出接線端0UT2均選用40KV高壓連接器，直流高壓快速開關(guān)I選用德國貝克(Behlke)公司生產(chǎn)的型號為HTS150的直流高壓快速開關(guān)，該直流高壓快速開關(guān)有效閉合時間小于10us，瞬時電流可承載30A，最大承載電壓為15KV，反向擊穿電壓大于18KV。
[0012]第一電壓輸入接線端INl經(jīng)電阻R2與由穩(wěn)壓管D3和電阻R3組成的并聯(lián)支路高電位端連接，電阻R2的低電位端經(jīng)由電容Cl、C2組成的并聯(lián)支路接地。由穩(wěn)壓管D3和電阻R3組成的并聯(lián)支路低電位端分為兩路輸出，一路與直流高壓快速開關(guān)I的高電位觸點接線端HV+連接，另一路通過串聯(lián)電容C3、C4與電阻R5高電位端連接，電阻R5低電位端接地；第二電壓輸入接線端IN2通過電阻R4與電阻R5高電位端連接；脈沖電壓輸出接線端OUTl的一端通過電阻R8與電阻R5高電位端連接，脈沖電壓輸出接線端OUTl的另一端連接有高壓同軸電纜4，高壓同軸電纜4的裸線容值為100PF、耐壓值為30KV ;電阻R6為可變電阻。后基板電壓輸出接線端0UT2通過電阻R7、可變電阻R6與電阻R5高電位端連接；電阻R7與可變電阻R6的連接點通過電容C9接地；直流高壓快速開關(guān)I的低電位觸點接線端HV-接地，直流高壓快速開關(guān)I的控制信號輸入接線端TRI通過由穩(wěn)壓管D2和電阻Rl組成的并聯(lián)支路接地，直流高壓快速開關(guān)I的+5V電源接線端通過穩(wěn)壓管Dl與所述控制信號輸入接線端TRI連接。
[0013]本發(fā)明的工作原理簡述如下:
第一電壓輸入接線端INl輸入O?+1KV直流電壓，第二電壓輸入接線端IN2輸入O?30KV直流電壓；脈沖電壓輸出接線端OUTl輸出的電壓跟隨直流高壓快速開關(guān)I的閉合而改變，后基板電壓輸出接線端0UT2輸出的電壓與第二電壓輸入接線端IN2的輸入電壓保持一致。
[0014]第一電壓輸入接線端INl、第二電壓輸入接線端IN2分別輸入直流1KV和直流30KV電壓，當(dāng)直流高壓快速開關(guān)I的控制信號輸入接線端TRI為低電平時，直流高壓快速開關(guān)I的高電位觸點接線端HV+和低電位觸點接線端HV-之間的開關(guān)處于斷開狀態(tài)，脈沖電壓輸出接線端OUTl的輸出電壓與后基板電壓輸出接線端0UT2的輸出電壓相等，均為30KV( S卩Vouti=Vout2=ViN2=30KV);此時電阻R3與電容C3之間的電位Vl=1KV,電容C4與電阻R8之間電位V2=30KV，電容C3和電容C4被充電，電壓差V=V2_V1=20KV ；電容C9被充電，電容C9兩端的電壓Vra=30KV。
[0015]直流高壓快速開關(guān)I的控制信號輸入接線端TRI突變?yōu)楦唠娖綍r，直流高壓快速開關(guān)I的高電位觸點接線端HV+與低電位觸點接線端HV-之間的開關(guān)被閉合形成短路，此時電阻R3與電容C3之間電位Vl=O ；電容C3、電容C4與電阻R5形成放電電路，電容C4與電阻R8之間電壓為V2=20KV ;電容C9與電阻R5和電阻R6形成放電電路，電容C9兩端的電位Vra=30KV ;直流高壓快速開關(guān)I的高電位觸點接線端HV+與低電位觸點接線端HV-之間的開關(guān)閉合時間只有1us，電容C3、電容C4和電容C9選擇擊穿電壓值為30KV且容量較大的電容，由于放電時間較短，有效保證了脈沖電壓輸出接線端OUTl和后基板電壓輸出接線端0UT2的電壓值，兩輸出端的電壓值分別為20KV和30KV。
[0016]直流高壓快速開關(guān)I的高電位觸點接線端HV+與低電位觸點接線端HV-之間的開關(guān)閉合時，第一電壓輸入接線端INl、電阻R1、電阻R3和地形成回路，產(chǎn)生電流在7mA左右，不會對電路造成損害；第二電壓輸入接線端IN2、電阻R4、電阻R5與地形成回路產(chǎn)生電流為70mA左右，也不會對電路造成損害。
[0017]為了實現(xiàn)脈沖電壓輸出接線端OUTl輸出的脈沖下降邊沿為200ns，脈沖電壓輸出接線端OUTl通過高壓同軸電纜4與飛行時間質(zhì)譜儀的前基板2連接，高壓同軸電纜4的裸線容值為100PF、耐壓值為30KV，有效保證了前基板2電壓突變的延時，滿足了離子獲得激光能量溢出后靜置幾百納秒的實際需求；大大提高了整個基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜的靈敏度和分辨率。
[0018]本發(fā)明用于飛行時間質(zhì)譜儀時的工作過程簡述如下:
當(dāng)直流高壓快速開關(guān)I的控制信號輸入接線端TRI接收到上位機(jī)5發(fā)送的高電平指令，直流高壓快速開關(guān)I的高電位觸點接線端HV+與低電位觸點接線端HV-之間的開關(guān)被閉合形成短路。
[0019]上位機(jī)5發(fā)送信號給激光器6，激光器6產(chǎn)生激光擊打飛行時間質(zhì)譜儀的后基板3上面的樣品7，使得樣品7離子化。離子激發(fā)后進(jìn)入電場區(qū)8，上位機(jī)5發(fā)送信號給高壓控制電路，通過高壓控制電路改變飛行時間質(zhì)譜儀前基板2上的電壓，從而使離子獲得初始動能形成離子流，進(jìn)入真空腔體9內(nèi)，由于離子質(zhì)荷比不同，因此到達(dá)檢測器10的時間也不同，檢測器10產(chǎn)生電流信號，傳輸給數(shù)據(jù)采集卡11進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后通過轉(zhuǎn)接口 12上傳給上位機(jī)5進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和顯示。
【主權(quán)項】
1.一種適于飛行時間質(zhì)譜儀的高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于:包括直流高壓快速開關(guān)，第一電壓輸入接線端INl、第二電壓輸入接線端IN2、脈沖電壓輸出接線端OUTl、后基板電壓輸出接線端0UT2 ;所述第一電壓輸入接線端INl經(jīng)電阻R2與由穩(wěn)壓管D3和電阻R3組成的并聯(lián)支路高電位端連接，所述由穩(wěn)壓管D3和電阻R3組成的并聯(lián)支路低電位端分為兩路輸出，一路與所述直流尚壓快速開關(guān)的尚電位觸點接線端HV+連接，另一路通過串聯(lián)電容C3、C4與電阻R5高電位端連接，所述電阻R5低電位端接地；所述第二電壓輸入接線端IN2通過電阻R4與電阻R5高電位端連接；所述脈沖電壓輸出接線端OUTl的一端通過電阻R8與電阻R5高電位端連接，脈沖電壓輸出接線端OUTl的另一端連接有高壓同軸電纜；所述后基板電壓輸出接線端0UT2通過電阻R7、R6與電阻R5高電位端連接；電阻R7與電阻R6的連接點通過電容C9接地；所述直流高壓快速開關(guān)的低電位觸點接線端HV-接地，直流高壓快速開關(guān)的控制信號輸入接線端TRI通過由穩(wěn)壓管D2和電阻Rl組成的并聯(lián)支路接地，直流高壓快速開關(guān)的電源接線端通過穩(wěn)壓管Dl與所述控制信號輸入接線端TRI連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述適于飛行時間質(zhì)譜儀的高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于:所述高壓同軸電纜的裸線容值為100PF、耐壓值為30KV ;所述電阻R6為可變電阻。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述適于飛行時間質(zhì)譜儀的高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于:所述電阻R2的低電位端經(jīng)由電容Cl、C2組成的并聯(lián)支路接地。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適于飛行時間質(zhì)譜儀的高壓脈沖發(fā)生器，包括直流高壓快速開關(guān)，第一電壓輸入接線端IN1、第二電壓輸入接線端IN2、脈沖電壓輸出接線端OUT1、后基板電壓輸出接線端OUT2。本發(fā)明優(yōu)點在于采用低復(fù)雜度的電路設(shè)計，在30KV的基板電壓上疊加10KV的脈沖電壓，并將脈沖電壓的下降邊沿寬度控制在200ns左右，脈沖電壓寬度小于10us，滿足了離子獲得激光能量溢出后需要靜置幾百納秒的實際需求，大大提高了離子的傳輸和系統(tǒng)的靈敏度，同時有效降低了飛行時間質(zhì)譜儀的制造成本。
【IPC分類】H01J49/00, H01J49/40
【公開號】CN105355533
【申請?zhí)枴緾N201510817841
【發(fā)明人】蔡克亞, 王家杰, 張瑞峰, 王曉錦, 郭光輝, 李康康, 李傳華, 劉偉偉, 劉聰, 吳學(xué)煒
【申請人】安圖實驗儀器(鄭州)有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月24日