CN205122533U - 适于质谱仪的高压脉冲发生器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适于飞行时间质谱仪的高压脉冲发生器，包括直流高压快速开关，第一电压输入接线端IN1、第二电压输入接线端IN2、脉冲电压输出接线端OUT1、后基板电压输出接线端OUT2。本实用新型优点在于采用低复杂度的电路设计，在30KV的基板电压上叠加10KV的脉冲电压，并将脉冲电压的下降边沿宽度控制在200ns左右，脉冲电压宽度小于10us，满足了离子获得激光能量溢出后需要静置几百纳秒的实际需求，大大提高了离子的传输和***的灵敏度，同时有效降低了飞行时间质谱仪的制造成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及高压脉冲发生器，尤其是涉及适于飞行时间质谱仪的高压脉冲发生器。
背景技术
飞行时间质谱仪(TOF：TimeofFlightMassSpectrometer)，基质辅助激光解析电离飞行时间质谱，由基质辅助激光解析离子源和飞行时间质量分析器组成。基质辅助激光解析离子源使用激光照射样品和基质形成的混合物，在一个狭小的区域，极短时间内使基质获得足够高的能量，基质把吸收能量传递给样品分子，从而使样品分子产生电离。飞行时间质量分析器的作用是使离子在电场作用下获得动能，加速飞过飞行管道，根据离子飞行时间的不同，来鉴定离子质荷比。激光轰击混合物需要一个高压电场和激光脉冲相配合使用。在激光快速轰击混合物产生离子经延时后进入电场，由突变的高压电场给离子提供一定的动能，然后离子飞入真空腔体。
目前，飞行时间质谱仪是通过快速开关切换，经电容耦合输出一个高压脉冲，但是并没有对基质辅助激光解析电离飞行时间质谱的实际需求进行分析，也无法实现将高压脉冲下降边沿宽度控制在200ns左右，同时也没有对高压装置安全性进行考虑，只是简单的电路堆砌，因此不能满足离子获得激光能量溢出后需要静置几百纳秒的实际需求，严重影响了离子传输和***灵敏度。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种适于飞行时间质谱仪的高压脉冲发生器。
为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：
本实用新型所述适于飞行时间质谱仪的高压脉冲发生器，包括直流高压快速开关，第一电压输入接线端IN1、第二电压输入接线端IN2、脉冲电压输出接线端OUT1、后基板电压输出接线端OUT2；所述第一电压输入接线端IN1经电阻R2与由稳压管D3和电阻R3组成的并联支路高电位端连接，所述由稳压管D3和电阻R3组成的并联支路低电位端分为两路输出，一路与所述直流高压快速开关的高电位触点接线端HV+连接，另一路通过串联电容C3、C4与电阻R5高电位端连接，所述电阻R5低电位端接地；所述第二电压输入接线端IN2通过电阻R4与电阻R5高电位端连接；所述脉冲电压输出接线端OUT1的一端通过电阻R8与电阻R5高电位端连接，脉冲电压输出接线端OUT1的另一端连接有高压同轴电缆；所述后基板电压输出接线端OUT2通过电阻R7、R6与电阻R5高电位端连接；电阻R7与电阻R6的连接点通过电容C9接地；所述直流高压快速开关的低电位触点接线端HV-接地，直流高压快速开关的控制信号输入接线端TRI通过由稳压管D2和电阻R1组成的并联支路接地，直流高压快速开关的电源接线端通过稳压管D1与所述控制信号输入接线端TRI连接。
所述高压同轴电缆的裸线容值为100PF、耐压值为30KV；所述电阻R6为可变电阻。
所述电阻R2的低电位端经由电容C1、C2组成的并联支路接地。
本实用新型优点在于采用低复杂度的电路设计，在30KV的基板电压上叠加10KV的脉冲电压，并将脉冲电压的下降边沿宽度控制在200ns左右，脉冲电压宽度小于10us，满足了离子获得激光能量溢出后需要静置几百纳秒的实际需求，大大提高了离子的传输和***的灵敏度，同时有效降低了飞行时间质谱仪的制造成本。
附图说明
图1是本实用新型所述高压脉冲发生器的电路原理图。
图2是本实用新型应用于飞行时间质谱仪的电路结构参考图。
具体实施方式
如图1、2所示，本实用新型所述适于飞行时间质谱仪的高压脉冲发生器，包括直流高压快速开关1，第一电压输入接线端IN1、第二电压输入接线端IN2、脉冲电压输出接线端OUT1、后基板电压输出接线端OUT2。第一电压输入接线端IN1的输入电压为0～+10KV，第二电压输入接线端IN2的输入电压为0～+30KV，脉冲电压输出接线端OUT1用于给飞行时间质谱仪的前基板2提供脉冲电压，后基板电压输出接线端OUT2的输出电压为0～+30KV，用于给飞行时间质谱仪的后基板3提供电压。第一电压输入接线端IN1、第二电压输入接线端IN2、脉冲电压输出接线端OUT1、后基板电压输出接线端OUT2均选用40KV高压连接器，直流高压快速开关1选用德国贝克(Behlke)公司生产的型号为HTS150的直流高压快速开关，该直流高压快速开关有效闭合时间小于10us，瞬时电流可承载30A，最大承载电压为15KV，反向击穿电压大于18KV。
第一电压输入接线端IN1经电阻R2与由稳压管D3和电阻R3组成的并联支路高电位端连接，电阻R2的低电位端经由电容C1、C2组成的并联支路接地。由稳压管D3和电阻R3组成的并联支路低电位端分为两路输出，一路与直流高压快速开关1的高电位触点接线端HV+连接，另一路通过串联电容C3、C4与电阻R5高电位端连接，电阻R5低电位端接地；第二电压输入接线端IN2通过电阻R4与电阻R5高电位端连接；脉冲电压输出接线端OUT1的一端通过电阻R8与电阻R5高电位端连接，脉冲电压输出接线端OUT1的另一端连接有高压同轴电缆4，高压同轴电缆4的裸线容值为100PF、耐压值为30KV；电阻R6为可变电阻。后基板电压输出接线端OUT2通过电阻R7、可变电阻R6与电阻R5高电位端连接；电阻R7与可变电阻R6的连接点通过电容C9接地；直流高压快速开关1的低电位触点接线端HV-接地，直流高压快速开关1的控制信号输入接线端TRI通过由稳压管D2和电阻R1组成的并联支路接地，直流高压快速开关1的+5V电源接线端通过稳压管D1与所述控制信号输入接线端TRI连接。
本实用新型的工作原理简述如下：
第一电压输入接线端IN1输入0～+10KV直流电压，第二电压输入接线端IN2输入0～30KV直流电压；脉冲电压输出接线端OUT1输出的电压跟随直流高压快速开关1的闭合而改变，后基板电压输出接线端OUT2输出的电压与第二电压输入接线端IN2的输入电压保持一致。
第一电压输入接线端IN1、第二电压输入接线端IN2分别输入直流10KV和直流30KV电压，当直流高压快速开关1的控制信号输入接线端TRI为低电平时，直流高压快速开关1的高电位触点接线端HV+和低电位触点接线端HV-之间的开关处于断开状态，脉冲电压输出接线端OUT1的输出电压与后基板电压输出接线端OUT2的输出电压相等，均为30KV(即VOUT1=VOUT2=VIN2=30KV)；此时电阻R3与电容C3之间的电位V1=10KV，电容C4与电阻R8之间电位V2=30KV，电容C3和电容C4被充电，电压差V=V2-V1=20KV；电容C9被充电，电容C9两端的电压VC9=30KV。
直流高压快速开关1的控制信号输入接线端TRI突变为高电平时，直流高压快速开关1的高电位触点接线端HV+与低电位触点接线端HV-之间的开关被闭合形成短路，此时电阻R3与电容C3之间电位V1=0；电容C3、电容C4与电阻R5形成放电电路，电容C4与电阻R8之间电压为V2=20KV；电容C9与电阻R5和电阻R6形成放电电路，电容C9两端的电位VC9=30KV；直流高压快速开关1的高电位触点接线端HV+与低电位触点接线端HV-之间的开关闭合时间只有10us，电容C3、电容C4和电容C9选择击穿电压值为30KV且容量较大的电容，由于放电时间较短，有效保证了脉冲电压输出接线端OUT1和后基板电压输出接线端OUT2的电压值，两输出端的电压值分别为20KV和30KV。
直流高压快速开关1的高电位触点接线端HV+与低电位触点接线端HV-之间的开关闭合时，第一电压输入接线端IN1、电阻R1、电阻R3和地形成回路，产生电流在7mA左右，不会对电路造成损害；第二电压输入接线端IN2、电阻R4、电阻R5与地形成回路产生电流为70mA左右，也不会对电路造成损害。
为了实现脉冲电压输出接线端OUT1输出的脉冲下降边沿为200ns，脉冲电压输出接线端OUT1通过高压同轴电缆4与飞行时间质谱仪的前基板2连接，高压同轴电缆4的裸线容值为100PF、耐压值为30KV，有效保证了前基板2电压突变的延时，满足了离子获得激光能量溢出后静置几百纳秒的实际需求；大大提高了整个基质辅助激光解析电离飞行时间质谱的灵敏度和分辨率。
本实用新型用于飞行时间质谱仪时的工作过程简述如下：
当直流高压快速开关1的控制信号输入接线端TRI接收到上位机5发送的高电平指令，直流高压快速开关1的高电位触点接线端HV+与低电位触点接线端HV-之间的开关被闭合形成短路。
上位机5发送信号给激光器6，激光器6产生激光击打飞行时间质谱仪的后基板3上面的样品7，使得样品7离子化。离子激发后进入电场区8，上位机5发送信号给高压控制电路，通过高压控制电路改变飞行时间质谱仪前基板2上的电压，从而使离子获得初始动能形成离子流，进入真空腔体9内，由于离子质荷比不同，因此到达检测器10的时间也不同，检测器10产生电流信号，传输给数据采集卡11进行数据处理，最后通过转接口12上传给上位机5进行数据分析和显示。
Claims (3)
1.一种适于飞行时间质谱仪的高压脉冲发生器，其特征在于：包括直流高压快速开关，第一电压输入接线端IN1、第二电压输入接线端IN2、脉冲电压输出接线端OUT1、后基板电压输出接线端OUT2；所述第一电压输入接线端IN1经电阻R2与由稳压管D3和电阻R3组成的并联支路高电位端连接，所述由稳压管D3和电阻R3组成的并联支路低电位端分为两路输出，一路与所述直流高压快速开关的高电位触点接线端HV+连接，另一路通过串联电容C3、C4与电阻R5高电位端连接，所述电阻R5低电位端接地；所述第二电压输入接线端IN2通过电阻R4与电阻R5高电位端连接；所述脉冲电压输出接线端OUT1的一端通过电阻R8与电阻R5高电位端连接，脉冲电压输出接线端OUT1的另一端连接有高压同轴电缆；所述后基板电压输出接线端OUT2通过电阻R7、R6与电阻R5高电位端连接；电阻R7与电阻R6的连接点通过电容C9接地；所述直流高压快速开关的低电位触点接线端HV-接地，直流高压快速开关的控制信号输入接线端TRI通过由稳压管D2和电阻R1组成的并联支路接地，直流高压快速开关的电源接线端通过稳压管D1与所述控制信号输入接线端TRI连接。
2.根据权利要求1所述适于飞行时间质谱仪的高压脉冲发生器，其特征在于：所述高压同轴电缆的裸线容值为100PF、耐压值为30KV；所述电阻R6为可变电阻。
3.根据权利要求1或2所述适于飞行时间质谱仪的高压脉冲发生器，其特征在于：所述电阻R2的低电位端经由电容C1、C2组成的并联支路接地。
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| WO2023218601A1 (ja) * | 2022-05-12 | 2023-11-16 | 株式会社島津製作所 | 同軸ケーブルの処理方法 |
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- 2015-11-24 CN CN201520939722.3U patent/CN205122533U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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