CN104835713B

CN104835713B - 离子迁移谱仪离子门控制器及其控制方法

Info

Publication number: CN104835713B
Application number: CN201510275757.6A
Authority: CN
Inventors: 蓝朝晖; 龙继东; 郑乐; 王韬; 杨振; 董攀
Original assignee: Institute of Fluid Physics of CAEP
Current assignee: Institute of Fluid Physics of CAEP
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2035-05-26
Also published as: CN104835713A

Abstract

本发明涉及离子迁移谱仪离子门控制技术领域，具体公开了一种离子迁移谱仪离子门控制器及其控制方法，离子门控制器包括高压电源、给电极环供电的分压电阻电路、两路可调电源，分压电阻电路一端连接高压电源、另一端接地，所述分压电阻电路包括多个串联的分压电阻，两路可调电源的输出端各连接一个离子门电极。本发明可对离子门两个电极的电位进行任意调节，可以对离子门进行对称或者非对称控制，控制效果好；整个电路的信号控制无需悬浮在高压下，结构简单，应用方便；可以调整离子门两个电极之间的电极差，可适配于多种离子迁移谱仪，通用性强。

Description

离子迁移谱仪离子门控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及离子迁移谱仪领域，具体地，涉及一种离子迁移谱仪离子门控制器及其控制方法。

背景技术

离子迁移谱仪是采用离子迁移谱技术检测物质的装置，其结构示意图如图1所示，通常由进样部分、电离源、离子门、迁移区、离子收集区、微电流放大器及数据处理控制部分等组成。离子门目前有两种主要的类型：Bradbury-Nielson离子门和Tyndall型离子门。电离源(如真空紫外灯，即VUV灯)将样品电离成离子，离子在电场力的作用下沿着轴向向前运动。离子门用来控制离子以脉冲的方式进入后面的迁移区，不同离子由于迁移率不同到达离子收集区的时间不同，便形成了离子迁移谱图。因此离子门是控制离子进入迁移管的关键部件。离子门能够在开启时保证离子有效通过离子门，关闭时有效拦截离子通过离子门。

通常，Bradbury-Nielson离子门采用双边对称控制。例如离子门的电位是3000V，在离子门控制器的控制下，离子门关闭时离子门上相邻电极的电压分别为3030V、2970V；在离子门开启时，通过开关使得离子门的电极短路，这样离子门上两个电极的电位变成3000V，电位差为0，离子得以通过。以一定频率控制离子门开关，便形成脉冲的离子流。这种双边对称控制方式有以下缺点：首先不能非对称地改变电极丝的相对电位，无法获得与全***匹配的最优的电参数设置；其次,控制器需要高压隔离，可靠性降低，并且与离子门相连的电阻全部处于高压状态，无法在线调节；第三，在离子门动作瞬间，离子漂移区的电场会受到影响，进而影响仪器的性能。对于缺点1，在实际应用中，由于离子迁移谱仪需要的离子门脉宽、电离源、迁移管等不同，往往需要离子门两个电极的电位都可调节以寻找最佳的电参数以及获得最佳的性能。现有技术中的离子门控制器调节能力差，通用性较差，仅适用于特定的离子迁移谱仪。

中国专利CN104392889A公开了一种利用交流叠加方法控制离子门的离子迁移谱仪及方法，采用交流叠加方法，增加一组串联电阻电路，使其连接到离子门一端。在无脉冲信号输入时，通过调节串联电阻电路中电位器阻值的大小，改变离子门两组金属丝之间的电势差，使金属丝之间的电势差足够大，使离子门完全关闭，阻止离子从反应区进入到迁移区；当有脉冲信号输入时，脉冲信号的电势和极性使离子门两组金属丝间的电压相等，离子门打开，离子可穿过离子门到达迁移区被离子信号检测器所检测。该离子迁移谱仪只有一个离子门上的电极的电位能够调整，其控制器属于单边非对称控制，不具有双边对称或非对称控制能力，适用的灵活性较差。此外，该离子迁移谱仪离子门的控制需要离子门脉冲电源输出脉冲的幅度、脉宽、频率三者同时可调，对离子门脉冲电源的要求如精度、可调节性等大大提高，这将增加该控制器的成本和复杂性。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种可对离子门电极进行对称控制或非对称控制的离子迁移谱仪离子门控制器，该离子迁移谱仪离子门控制器可对离子门的两个电极电位进行任意调节，通用性强；本发明还提供了离子迁移谱仪离子门控制器的控制方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

离子迁移谱仪离子门控制器，包括高压电源、给电极环供电的分压电阻电路、两路可调电源，分压电阻电路一端连接高压电源、另一端接地，所述分压电阻电路包括多个串联的分压电阻，两路可调电源的输出端各连接一个离子门电极。本方案中，离子门控制器增设两路可调电源分别与两个离子门电极相连，可调电源使两个离子门电极上的电位可以任意调节，在离子门关闭时离子门控制器能够工作在对称或不对称状态下即两个离子门电极上的电位能够以基准电位呈正负对称或不对称状态，控制更加方便和灵活。本方案中的离子门控制器由于输出可调，适用于多种不同电压差的离子迁移谱仪，通用性好。

作为本发明的进一步改进，所述可调电源为连接在高压电源和地之间的分压电阻串，分压电阻串相邻两个电阻的公共端可以作为可调电源的输出端。

进一步，所述分压电阻串由至少两个电阻串联形成，其中至少一个电阻的阻值可调，使得可调电源的输出端电压可以调整，从而根据不同离子迁移谱仪的电压差需求调整可调电源的输出端电压，从而使本方案中的离子门控制器适配能力好、通用性更强。

进一步，上述离子迁移谱仪离子门控制器还包括脉冲信号发生器，每个分压电阻串上还连接有开关，所述开关与分压电阻串的1～N-1个电阻并联或与其中一个电阻的一部分并联，所述开关还连接脉冲信号发生器的输出端。本方案中，脉冲信号发生器用于发出脉冲信号，控制开关的闭合和断开状态，从而实现分压电阻串上电阻的接入状态控制，最终改变分压电阻串的输出电压和离子门电极的电位。采用脉冲信号发生器通过开关控制离子门电极电位更加方便，自动化、智能化程度更高。

进一步，阻值可调的电阻为电位器。

进一步，每个分压电阻串上接地的电阻为电位器，与该分压电阻串相连的开关并联在该接地的电位器的两个固定端之间或者并联在地与该接地的电位器的活动接触点之间；离子门电极连接在分压电阻串的与高压电源相连的电阻和接地的电位器之间。

进一步，所述开关的数量为2个，分别为开关S₁、开关S₂；一路可调电源由固定电阻R₀₁、固定电阻R₀₂、电位器R_v1依次串联形成，固定电阻R₀₁连接高压电源，电位器R_v1接地；另一路可调电源由电位器R_v2和固定电阻R₁₁串联形成，固定电阻R₁₁连接高压电源，电位器R_v2接地；离子门的一个电极连接在电位器R_v2和固定电阻R₁₁之间，另一个电极连接在固定电阻R₀₁与固定电阻R₀₂之间；开关S₁与电位器R_v1并联，开关S₂并联在电位器R_v2接地的一端与活动接触点之间。本方案中，采用了较少的器件实现了两路可调电源，离子门控制器的成本更低、电路的制作更加简单方便。

进一步，所述开关为三极管或光电耦合器或固态开关。

离子迁移谱仪离子门控制器的控制方法，包括以下步骤：

S1、调节电位器R_v1的阻值，调节电位器R_v2的活动接触点位置；

S2、脉冲信号发生器发出脉冲信号，该脉冲信号由开启信号和关闭信号构成，开启信号和关闭信号的电平相反且交替出现；

S3、脉冲信号发生器发出的脉冲信号为开启信号时，与电位器R_v1相连的离子门电极电位U₀等于与电位器R_v2相连的离子门电极电位U₁，离子门打开；脉冲信号发生器发出的脉冲信号由开启信号跳转为关闭信号时，开关S₁和开关S₂切换状态，电位器R_v2和电位器R_v1的接入方式同时改变，跳转到步骤S4；

S4、脉冲信号发生器发出的脉冲信号为关闭信号时，连接在电位器R_v1上的离子门电极的电位U₀与连接在电位器R_v2上的离子门电极的电位U₁不相等，离子门关闭；脉冲信号发生器发出的脉冲信号由关闭信号跳转为开启信号时，开关S₁和开关S₂切换状态，电位器R_v2和电位器R_v1的接入方式同时改变，跳转到步骤S3。

进一步，步骤S1中，调节电位器R_v1的阻值，调节电位器R_v2的活动接触点位置，使得R_v2/(R₁₁+R_v2)与R₀₂/(R₀₁+R₀₂)的值相等、(R₀₂+R_v1)/(R₀₁+R₀₂+R_v1)与R’_V2/(R₁₁+R’_V2)不相等，R’_V2为电位器R_v2的与离子门电极相连的一端与活动接触点之间的电阻值；步骤S2中，所述脉冲信号发生器能够发出A、B两路重频脉冲信号，两路重频脉冲信号的电平相反，一路送给开关S₁，另一路送给开关S₂，开关S₁和开关S₂被打开时所需的脉冲信号电平相同；开启信号为A路信号为高电平且B路信号为低电平；关闭信号为A路信号为低电平且B路信号为高电平；步骤S3中，两路重频脉冲信号构成开启信号时，开关S₁闭合，电位器R_v1短路，与电位器R_v1相连的离子门电极电位U₀的值为U_HV*R₀₂/(R₀₁+R₀₂)，U_HV为高压电源的电压；开关S₂断开，电位器R_v2全部接入电路，与电位器R_v2相连的离子门电极电位U₁的值为U_HV*R_v2/(R₁₁+R_v2)；U₀＝U₁，离子门打开；步骤S4中，两路重频脉冲信号构成关闭信号时，开关S₁断开，电位器R_v1未被短路，与电位器R_v1相连的离子门电极电位U₀的值为U_HV*(R₀₂+R_v1)/(R₀₁+R₀₂+R_v1)；开关S₂闭合，电位器R_v2接地的一端与活动接触点之间的部分被短路，与电位器R_v2相连的离子门电极电位U₁的值为U_HV*R’_V2/(R₁₁+R’_V2)；U₀与U₁不相等，离子门关闭。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明的离子控制器可对离子门两个电极的电位进行任意调节，可以对离子门进行对称或者非对称控制，使两个离子门电极上的电位能够以基准电位呈正负对称或不对称状态，控制更加方便和灵活，控制效果好；

2、本发明的离子控制器的整个电路的信号控制部分无需悬浮在高压下，无需进行高压隔离，大大降低了电路的复杂度，结构简单，应用方便；

3、本发明的离子控制器可以调整离子门两个电极之间的电位差，可适配于多种不同电压差需求的离子迁移谱仪，通用性强；

4、本发明的离子控制器电路结构简单、成本低、可靠性高。

附图说明

图1是现有技术中离子迁移谱仪的结构示意图；

图2是本发明的离子控制器的结构示意图；

图3是非对称控制时离子门电极的电位示意图。

附图中标记及相应的零部件名称：1-离子门电极；2-电极环。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

【实施例1】

如图2所示，离子门是Bradbury-Nielson型离子门，有两组非常靠近的离子门电极1。离子迁移谱仪离子门控制器，包括高压电源、分压电阻电路和两路可调电源。分压电阻电路用于给电极环2供电，分压电阻电路一端连接高压电源、另一端接地，使得离子迁移谱仪的迁移管内形成稳定均匀的电场。所述分压电阻电路包括多个串联的分压电阻R，在高压电源到地的流向上每个分压电阻R后连接有一个电极环2。两路可调电源的输出端各连接一个离子门电极1。

所述可调电源为连接在高压电源和地之间的分压电阻串，所述分压电阻串由至少两个电阻串联形成，其中至少一个电阻的阻值可调，该阻值可调的电阻为电位器，分压电阻串中任意相邻两个电阻的公共端都可以作为可调电源的输出端。电位器又叫可变电阻，是阻值可按某种变化规律调节的电阻元件，其具有两个固定端和活动接触点，分为机械电位器和数字电位器。机械电位器通常由电阻体和可移动的活动接触点组成，电阻体两端为电位器的两个固定端，当活动接触点沿电阻体移动时，其接入电路的电阻值就会随活动接触点的位置变化而改变。滑动变阻器就是一种常见的机械电位器，滑动变阻器的滑片就是其活动接触点。数字电位器是一个半导体集成电路，其通过电子方式控制活动接触点与内部电路的连接方式改变数字电位器接入电路的阻值。

本实施例中，增设两路可调电源分别与两个离子门电极1相连，使两个离子门电极1上的电位可以调整，从而实现离子门的开启和关闭。此外，由于分压电阻串上的电阻阻值可调，离子门关闭时，两个离子门电极1上的电位可以以基准电位呈正负对称控制也可以不对称控制。即通过两路可调电源可对离子门的两个离子门电极1的电位进行任意调节，可以对离子门进行对称或者非对称控制，控制方便且控制效果好，且适配于不同类型和需求的离子迁移谱仪，通用性强。

【实施例2】

为了便于在试验中的控制，在实施例1的基础上，本实施例中还对离子迁移谱仪离子门控制器进行如下改进：

离子迁移谱仪离子门控制器还包括脉冲信号发生器，每个分压电阻串上还连接有开关，所述开关与开关所在的分压电阻串的1～N-1个电阻并联或与其中一个电阻的一部分并联，N为开关所在的分压电阻串上的电阻个数，即每个分压电阻串上可以仅有1个电阻不与开关并联，开关与分压电阻串的一个电阻的一部分并联是指开关不与这个电阻全部并联，例如该电阻为电位器时，开关可以仅与电位器的活动接触点到电位器一端的部分并联。

所述开关为三极管或光电耦合器或固态开关，固态开关也称为无触点开关，一般由电力电子技术实现，IGBT、MOSFET等为常用的固态开关。脉冲信号发生器产生的信号需要有驱动上述开关元件的能力。开关连接脉冲信号发生器的输出端，由脉冲信号发生器发出的脉冲信号开启信号和关闭信号分别控制开关的闭合和断开。开关的闭合和断开状态能够影响两路可调电源上接入分压电阻串的电阻，从而改变两个离子门电极1的电位，使两个离子门电极1在开关处于一种状态时电位相等、开关处于另一种状态时电位不等，从而实现离子门的打开和关闭的控制。本实施例中通过脉冲信号发生器发出的脉冲信号控制开关的闭合和断开以自动控制离子门打开和关闭，控制更加方便。阻值可调的电阻用于根据不同的离子迁移谱仪的脉宽要求、迁移管参数要求设定不同的离子门电极1的电位，增强该离子门控制器的通用性。

【实施例3】

在实施例2的基础上，本实施例中还对两路可调电源进行改进：

每个分压电阻串上接地的电阻为电位器，与该分压电阻串相连的开关并联在该接地的电位器的两个固定端之间或者并联在地与该接地的电位器的活动接触点之间；离子门电极1连接在分压电阻串的与高压电源相连的电阻和接地的电位器之间。具体来说，具有以下3种实施方式：

(一)一路可调电源由电位器R_v1和至少两个固定电阻串联形成，电位器R_v1的一个固定端接地，连接在该可调电源上的开关与电位器R_v1并联，即开关的两端各连接电位器R_v1的一个固定端；另一路可调电源由电位器R_v2和至少一个固定电阻串联形成，电位器R_v2的一个固定端接地，连接在该可调电源上的开关并联地与电位器R_v2的活动接触点之间，即开关一端连接在电位器R_v2的接地的固定端上、另一端连接电位器R_v2的活动接触点；离子门的一个电极连接在电位器R_v1所在的可调电源的固定电阻和电位器R_v2之间或相邻两个固定电阻之间，另一个电极连接在电位器R_v1所在的可调电源的相邻两个固定电阻之间。

(二)两路可调电源均采用电位器R_v1所在的分压电阻串的连接方式：两路可调电源均由电位器和至少两个固定电阻串联形成，开关与电位器并联；离子门电极1连接在相邻两个固定电阻之间。

(三)、两路可调电源均采用电位器R_v2所在的分压电阻串的连接方式第：两路可调电源均由电位器和至少一个固定电阻串联形成，开关并联在电位器接地的一端与电位器的活动接触点之间，离子门的电极连接在固定电阻和电位器之间或相邻两个固定电阻之间。

【实施例4】

在实施例2或实施例3的基础上，本实施例中对离子迁移谱仪离子门控制器进行进一步改进：

所述开关的数量为2个，分别为开关S₁、开关S₂；一路可调电源由固定电阻R₀₁、固定电阻R₀₂、电位器R_v1依次串联形成，固定电阻R₀₁连接高压电源，电位器R_v1接地；另一路可调电源由电位器R_v2和固定电阻R₁₁串联形成，固定电阻R₁₁连接高压电源，电位器R_v2接地；离子门的一个电极连接在电位器R_v2和固定电阻R₁₁之间，另一个电极连接在固定电阻R₀₁与固定电阻R₀₂之间；开关S₁与电位器R_v1并联，开关S₂并联在电位器R_v2接地的一端与活动接触点之间。本实施例中电位器R_v1采用数字电位器，电位器R_v2采用数字电位器采用机械电位器。

上述离子门控制器的工作原理是：脉冲信号发生器给出开启信号时，开关S₁立即闭合，开关S₂立即断开，R_v1被短路，此时与R₀₁所在电路相连的离子门电极电位U₀＝U_HV*R₀₂/(R₀₁+R₀₂)；电位器R_v2全部接入电路，与电位器R_v2所在电路相连的离子门电极电位U₁＝U_HV*R_v2/(R₁₁+R_v2)。适当选取R₀₁、R₀₂以及R₁₁、R_v2，使得U₀＝U₁＝U_A，此时离子门打开，离子可以顺利通过。U_HV为高压电源的电压，R₀₁、R₀₂、R₁₁分别为固定电阻R₀₁、固定电阻R₀₂、固定电阻R₁₁的阻值，R_v2为电位器R_v2的最大阻值。

脉冲信号发生器给出开启信号结束(即关闭信号到达)时，脉冲信号发生器给出的电平信号将改变，S₁立即断开，S₂立即闭合。此时U₀＝U_HV*(R₀₂+R_v1)/(R₀₁+R₀₂+R_v1)，U₁＝U_HV*R’_V2/(R₁₁+R’_V2)，R’_V2为电位器R_v2的与离子门电极1相连的一端与活动接触点之间的电阻值，R_v1为电位器R_v1的阻值。通过调节R_v1和R’_V2可以得到需要的离子门电极关闭电位。调节R_v1和R’_V2，离子门两个电极的电位可以以基准电位呈正负对称，如U_A＝3000V，U₀＝3000+30V，U₁＝3000-30V，也可以不对称，如U_A＝3000V，U₀＝3000+50V，U₁＝3000-30V。图3给出了离子门关闭时离子门两个电极的电位不对称的示意图。前述U_A为离子门电极的基准电位。

从上面的工作原理可以看出电位器R_v2、电位器R_v1可以得到需要的离子门电极的电位调整阻值，因此可以适配于不同电位需求的离子迁移谱仪。

本实施例中采用了较少的器件(基本算最精简的方式)实现了两路可调电源，每增加一个器件，不仅带来了成本的增加，在电路板的绘制、制作、生产过程中都会增加复杂度，而且降低可靠性，因此本实施例中的离子门控制器的成本更低、生产制造更简单省时、可靠性更高。实际应用中，如果有需要，两路可调电源上的固定电阻、电位器的数量均还可以增加，只要阻值设置合理得到上述的对称或非对称控制即可，本实施例中不再加以赘述。

本实施例中，脉冲信号发生器作为电路的信号控制基础，其输出端通过开关与地相连，使得信号发生器靠近整个电路的接地端，因此整个电路的信号控制无需悬浮在高压下，也即不需要进行高压隔离，使整个电路结构更加简单可靠，且控制非常方便。同时电位器也位于接地一侧，为实现在线调节提供了可能。

离子迁移谱仪离子门控制器的控制方法，包括以下步骤：

S1、调节电位器R_v1的阻值，调节电位器R_v2的活动接触点位置；使得R_v2/(R₁₁+R_v2)与R₀₂/(R₀₁+R₀₂)的值相等、(R₀₂+R_v1)/(R₀₁+R₀₂+R_v1)与R’_V2/(R₁₁+R’_V2)不相等，R’_V2为电位器R_v2的与离子门电极1相连的一端与活动接触点之间的电阻值；

S3、脉冲信号发生器发出的脉冲信号为开启信号时，与电位器R_v1相连的离子门电极1电位U₀等于与电位器R_v2相连的离子门电极1电位U₁，离子门打开；脉冲信号发生器发出的脉冲信号由开启信号跳转为关闭信号时，开关S₁和开关S₂切换状态，电位器R_v2和电位器R_v1的接入方式同时改变，跳转到步骤S4；开关S₁和开关S₂具有闭合(开关被打开)和断开关闭两种状态，这两种状态受脉冲信号发生器发出的脉冲信号的控制；前述开关S₁和开关S₂切换状态是指如果开关当前为闭合状态则切换为断开状态，如果当前为断开状态则切换为闭合状态；电位器R_v2和电位器R_v1的接入方式同时改变是指，如果电位器R_v1当前为短路状态则切换为非短路状态，如果当前为非短路状态则切换为短路状态；如果电位器R_v2的接地端与电位器的活动接触点之间的部分为短路状态则切换为非短路状态，如果电位器R_v2的接地端与电位器的活动接触点之间的部分当前为非短路状态则切换为短路状态。电位器R_v2和电位器R_v1的接入方式的改变由开关S₁和开关S₂控制；

S4、脉冲信号发生器发出的脉冲信号为关闭信号时，连接在电位器R_v1上的离子门电极1的电位U₀与连接在电位器R_v2上的离子门电极1的电位U₁不相等，离子门关闭；脉冲信号发生器发出的脉冲信号由关闭信号跳转为开启信号时，开关S₁和开关S₂切换状态，电位器R_v2和电位器R_v1的接入方式同时改变，跳转到步骤S3。

脉冲信号发生器可以发出一路脉冲信号对开关S₁和开关S₂同时进行控制，也可以发出两路重频脉冲信号分别对开关S₁和开关S₂同时进行控制。实施例5和实施例6中对这两种方式的控制方法进行分别说明。

【实施例5】

在实施例4的基础上，本实施例中，对离子迁移谱仪离子门控制器的控制方法进行进一步改进，本实施例中，脉冲信号发生器发出一路脉冲信号对开关S₁和开关S₂同时进行控制时，开关S₁和开关S₂闭合(即被打开)时所需的电平不一样，本实施例中开关S₁在高电平触发下闭合，低电平时断开；开关S₂则相反，在低电平触发下闭合，高电平时断开；例如开关S₁采用npn型三极管，基极连接脉冲信号发生器的输出端、集电极连接在固定电阻R₀₁和固定电阻R₀₂的公共端、发射极接地；开关S₂采用pnp型三极管，基极连接脉冲信号发生器的输出端、集电极接地、发射极连接电位器的活动接触点。

本实施例中，离子迁移谱仪离子门控制器的控制方法，包括以下步骤：

S2、脉冲信号发生器发出脉冲信号，该脉冲信号由开启信号和关闭信号构成，开启信号和关闭信号的电平相反且交替出现，本实施例中将高电平信号作为开启信号，将低电平信号作为关闭信号；

S3、脉冲信号发生器发出的脉冲信号为开启信号时，开关S₁闭合，电位器R_v1短路，与电位器R_v1相连的离子门电极1电位U₀的值为U_HV*R₀₂/(R₀₁+R₀₂)，U_HV为高压电源的电压；开关S₂断开，电位器R_v2全部接入电路，与电位器R_v2相连的离子门电极1电位U₁的值为U_HV*R_v2/(R₁₁+R_v2)；U₀＝U₁，离子门打开。脉冲信号发生器发出的脉冲信号由开启信号跳转为关闭信号时，开关S₁切换成断开状态、开关S₂切换成闭合状态，电位器R_v2的接地端与电位器的活动接触点之间的部分被短路、电位器R_v1接入电路，跳转到步骤S4；

S4、脉冲信号发生器发出的脉冲信号为关闭信号时，开关S₁断开，电位器R_v1未被短路，与电位器R_v1相连的离子门电极1电位U₀的值为U_HV*(R₀₂+R_v1)/(R₀₁+R₀₂+R_v1)；开关S₂闭合，电位器R_v2接地的一端与活动接触点之间的部分被短路，与电位器R_v2相连的离子门电极1电位U₁的值为U_HV*R’_V2/(R₁₁+R’_V2)；U₀与U₁不相等，离子门关闭。脉冲信号发生器发出的脉冲信号由关闭信号跳转为开启信号时，开关S₁切换成闭合状态、开关S₂切换成断开状态，电位器R_v2的接地端与电位器的活动接触点之间的部分未被短路、电位器R_v1被短路，跳转到步骤S3。

在脉冲信号发生器不断发出脉冲信号的过程中，上述方法在步骤S3和步骤S4中循环，不停地打开和关闭离子门，实现离子门电极的控制，直至试验结束脉冲信号发生器停止输出脉冲信号。

【实施例6】

在实施例4的基础上，本实施例中，对离子迁移谱仪离子门控制器的控制方法进行进一步改进，本实施例中，脉冲信号发生器发出A、B两路重频脉冲信号，分别控制开关S₁和开关S₂。前述两路重频脉冲信号是指两路频率相同、电平翻转时刻也完全相同的脉冲信号。本实施例中开关S₁和开关S₂被打开(即闭合)时所需的脉冲信号电平相同，例如两个开关采用三极管时，都采用npn型三极管或都pnp型三极管，A、B两路重频脉冲信号必然一个处于高电平一个处于低电平，因此必然一个开关处于闭合状态一个开关处于断开状态。本实施例中，两个开关都采用npn型三极管，开关S₁在A路脉冲信号的高电平到来时闭合、低电平到来时断开，而开关S₂在B路脉冲信号的高电平到来时闭合、低电平到来时断开。相应地，其控制方法如下：

S2、脉冲信号发生器发出脉冲信号发出A、B两路重频脉冲信号，两路重频脉冲信号的电平相反，一路信号的上升沿到来时正对应另一路信号的下降沿到达。A、B两路重频脉冲信号一路送给开关S₁，另一路送给开关S₂，本实施例中A路重频脉冲信号送给开关S₁，B两路重频脉冲信号送给开关S₂。该脉冲信号由开启信号和关闭信号构成，开启信号和关闭信号的电平相反且交替出现，本实施例中将将A路信号为高电平且B路信号为低电平时作为开启信号；将A路信号为低电平且B路信号为高电平作为关闭信号；

S3、两路重频脉冲信号构成开启信号时，开关S₁闭合，电位器R_v1短路，与电位器R_v1相连的离子门电极1电位U₀的值为U_HV*R₀₂/(R₀₁+R₀₂)；开关S₂断开，电位器R_v2全部接入电路，与电位器R_v2相连的离子门电极1电位U₁的值为U_HV*R_v2/(R₁₁+R_v2)；U₀＝U₁，离子门打开。脉冲信号发生器发出的脉冲信号由开启信号跳转为关闭信号时，开关S₁切换成断开状态、开关S₂切换成闭合状态，电位器R_v2的接地端与电位器的活动接触点之间的部分被短路、电位器R_v1接入电路，跳转到步骤S4；

S4、两路重频脉冲信号构成关闭信号时，开关S₁断开，电位器R_v1未被短路，与电位器R_v1相连的离子门电极1电位U₀的值为U_HV*(R₀₂+R_v1)/(R₀₁+R₀₂+R_v1)；开关S₂闭合，电位器R_v2接地的一端与活动接触点之间的部分被短路，与电位器R_v2相连的离子门电极1电位U₁的值为U_HV*R’_V2/(R₁₁+R’_V2)；U₀与U₁不相等，离子门关闭。脉冲信号发生器发出的脉冲信号由关闭信号跳转为开启信号时，开关S₁切换成闭合状态、开关S₂切换成断开状态，电位器R_v2的接地端与电位器的活动接触点之间的部分未被短路、电位器R_v1被短路，跳转到步骤S3。

实际应用中，两个开关也可都采用pnp型三极管，开关S₁在A路脉冲信号的高电平到来时断开、低电平到来时闭合，而开关S₂在B路脉冲信号的高电平到来时断开、低电平到来时闭合。开关采用场效应管的控制方法同采用三极管。对于光耦开关由于其高电平开启、低电平关断的开关特性，只能采用本实施例的控制方法，不能采用实施例5的控制方法。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.离子迁移谱仪离子门控制器，包括高压电源、脉冲信号发生器、给电极环(2)供电的分压电阻电路，分压电阻电路一端连接高压电源、另一端接地，所述分压电阻电路包括多个串联的分压电阻，其特征在于，还包括两路可调电源，两路可调电源的输出端各连接一个离子门电极(1)；所述可调电源为连接在高压电源和地之间的分压电阻串；所述分压电阻串由至少两个电阻串联形成，其中至少一个电阻的阻值可调；每个分压电阻串上还连接有开关，所述开关与分压电阻串的1～N-1个电阻并联或与其中一个电阻的一部分并联，N为分压电阻串上的电阻个数，所述开关还连接脉冲信号发生器的输出端。

2.根据权利要求1所述的离子迁移谱仪离子门控制器，其特征在于，阻值可调的电阻为电位器。

3.根据权利要求2所述的离子迁移谱仪离子门控制器，其特征在于，每个分压电阻串上接地的电阻为电位器，与该分压电阻串相连的开关并联在该接地的电位器的两个固定端之间或者并联在地与该接地的电位器的活动接触点之间；离子门电极(1)连接在分压电阻串的与高压电源相连的电阻和接地的电位器之间。

4.根据权利要求3所述的离子迁移谱仪离子门控制器，其特征在于，所述开关的数量为2个，分别为开关S₁、开关S₂；一路可调电源由固定电阻R₀₁、固定电阻R₀₂、电位器R_v1依次串联形成，固定电阻R₀₁连接高压电源，电位器R_v1接地；另一路可调电源由电位器R_v2和固定电阻R₁₁串联形成，固定电阻R₁₁连接高压电源，电位器R_v2接地；离子门的一个电极连接在电位器R_v2和固定电阻R₁₁之间，另一个电极连接在固定电阻R₀₁与固定电阻R₀₂之间；开关S₁与电位器R_v1并联，开关S₂并联在电位器R_v2接地的一端与活动接触点之间。

5.根据权利要求1至4任一所述的离子迁移谱仪离子门控制器，其特征在于，所述开关为三极管或光电耦合器或固态开关。

6.离子迁移谱仪离子门控制器的控制方法，其特征在于，所述离子迁移谱仪离子门控制器为权利要求4中的离子迁移谱仪离子门控制器，所述控制方法包括以下步骤：

S3、脉冲信号发生器发出的脉冲信号为开启信号时，与电位器R_v1相连的离子门电极(1)电位U₀等于与电位器R_v2相连的离子门电极(1)电位U₁，离子门打开；脉冲信号发生器发出的脉冲信号由开启信号跳转为关闭信号时，开关S₁和开关S₂切换状态，电位器R_v2和电位器R_v1的接入方式同时改变，跳转到步骤S4；

S4、脉冲信号发生器发出的脉冲信号为关闭信号时，连接在电位器R_v1上的离子门电极(1)的电位U₀与连接在电位器R_v2上的离子门电极(1)的电位U₁不相等，离子门关闭；脉冲信号发生器发出的脉冲信号由关闭信号跳转为开启信号时，开关S₁和开关S₂切换状态，电位器R_v2和电位器R_v1的接入方式同时改变，跳转到步骤S3。

7.根据权利要求6所述的离子迁移谱仪离子门控制器的控制方法，其特征在于，步骤S1中，调节电位器R_v1的阻值，调节电位器R_v2的活动接触点位置，使得R_v2/(R₁₁+R_v2)与R₀₂/(R₀₁+R₀₂)的值相等、(R₀₂+R_v1)/(R₀₁+R₀₂+R_v1)与R’_V2/(R₁₁+R’_V2)不相等，R’_V2为电位器R_v2的与离子门电极(1)相连的一端与活动接触点之间的电阻值；

步骤S2中，所述脉冲信号发生器能够发出A、B两路重频脉冲信号，两路重频脉冲信号的电平相反，一路送给开关S₁，另一路送给开关S₂，开关S₁和开关S₂被打开时所需的脉冲信号电平相同；开启信号为A路信号为高电平且B路信号为低电平；关闭信号为A路信号为低电平且B路信号为高电平；

步骤S3中，两路重频脉冲信号构成开启信号时，开关S₁闭合，电位器R_v1短路，与电位器R_v1相连的离子门电极(1)电位U₀的值为U_HV*R₀₂/(R₀₁+R₀₂)，U_HV为高压电源的电压；开关S₂断开，电位器R_v2全部接入电路，与电位器R_v2相连的离子门电极(1)电位U₁的值为U_HV*R_v2/(R₁₁+R_v2)；U₀＝U₁，离子门打开；步骤S4中，两路重频脉冲信号构成关闭信号时，开关S₁断开，电位器R_v1未被短路，与电位器R_v1相连的离子门电极(1)电位U₀的值为U_HV*(R₀₂+R_v1)/(R₀₁+R₀₂+R_v1)；开关S₂闭合，电位器R_v2接地的一端与活动接触点之间的部分被短路，与电位器R_v2相连的离子门电极(1)电位U₁的值为U_HV*R’_V2/(R₁₁+R’_V2)；U₀与U₁不相等，离子门关闭。