專利名稱：用于遷移率譜儀中遷移管的電極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種遷移率譜儀(IMS)的檢測系統(tǒng)，屬于爆炸 物、毒品檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于遷移率譜儀中遷移管的電極結(jié) 構(gòu)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的離子遷移率譜儀(IMS)中的遷移管由一系列的電極片及 絕緣體構(gòu)成。當(dāng)離子在遷移管內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 一部分在電極邊緣附近運(yùn)動(dòng) 的離子會(huì)打到絕緣體上形成空間電荷，累計(jì)的電荷會(huì)對遷移管內(nèi)的均 勻電場產(chǎn)生影響，導(dǎo)致IMS不能正常工作。當(dāng)遷移管內(nèi)的電場強(qiáng)度較 弱或聚集了大量離子(例如，遷移管中毒)時(shí)，這種情況尤其顯著。
在IMS的制作過程中，為避免這種現(xiàn)象，往往使電極的內(nèi)徑小于 絕緣體的內(nèi)徑。而這使得遷移管的有效使用內(nèi)徑較小，而外形尺寸較 大，限制了 IMS產(chǎn)品向小體積，輕便方向的發(fā)展。
在過去幾十年當(dāng)中，傳統(tǒng)的IMS遷移管的發(fā)展方向主要集中于如 何形成均勻電場(US6229143, 5280175)，聚焦(US7164122)，低成本 (US6051832)，并沒有針對電荷積累效應(yīng)而對遷移管進(jìn)行改善。僅有 專利US4390784采用的技術(shù)消除了遷移管中的電荷積累現(xiàn)象。
US4390784披露的技術(shù)通過在玻璃管中蒸鍍電阻膜，消弱了空間 電荷在管內(nèi)的積累，同時(shí)在同等遷移管內(nèi)徑的基礎(chǔ)上，大大減小了遷 移管的外形尺寸，為MS向小體積產(chǎn)品方向的發(fā)展提供了依據(jù)。
但是，在使用電阻膜的遷移管內(nèi)，由于電荷打到電阻膜上造成遷 移管內(nèi)局部電位改變，使得測量到的譜被展寬，降低了 IMS的分辨率; 同時(shí)與使用電極片的傳統(tǒng)遷移管相比，該方法喪失了傳統(tǒng)遷移管對離 子的聚焦作用，且生產(chǎn)成本極高。
圖1示出了使用傳統(tǒng)電極的遷移管結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，對
于傳統(tǒng)的遷移管，為保證離子不會(huì)撞到絕緣體上造成電荷積累，極片 的內(nèi)徑小于絕緣體的內(nèi)徑，在兩個(gè)極片之間形成了一個(gè)通道，絕大部 分離子無法順利通過這個(gè)通道到達(dá)絕緣體，而是撞到極片上。因此遷 移管的外徑一般很大。

實(shí)用新型內(nèi)容
為解決傳統(tǒng)頂s的弊端，本實(shí)用新型提出了一種新的用于遷移譜
儀中遷移管的電極結(jié)構(gòu)，此電極結(jié)構(gòu)能夠消除、減少空間電荷在遷移 管中的積累，同時(shí)減少空間死區(qū)，在保持遷移管內(nèi)徑不變的條件下，
有效地縮減遷移管的外形尺寸，從而減小IMS產(chǎn)品的體積。
在本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提出了一種用于遷移譜儀中遷移管的
電極結(jié)構(gòu)，包括圓環(huán)狀電極，其中所述圓環(huán)狀電極的兩個(gè)圓環(huán)面在 靠近內(nèi)緣的至少一部分被形成為錐面，并且所述錐面與圓環(huán)狀電極的 中心軸所形成的角度不同。
優(yōu)選地，在離子運(yùn)動(dòng)方向的上游側(cè)的那個(gè)錐面與圓環(huán)狀電極的中 心軸所形成的第一角度大于在離子運(yùn)動(dòng)方向的下游側(cè)的那個(gè)錐面與 圓環(huán)狀電極的中心軸所形成的第二角度。
優(yōu)選地，所述圓環(huán)狀電極在外緣側(cè)的厚度小于內(nèi)緣側(cè)的厚度。 根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)能夠有效地消除或減小空間 電荷在遷移管中的積累。此結(jié)構(gòu)尤其適用于遷移管內(nèi)電場強(qiáng)度較低或 通過大量離子時(shí)。同時(shí)，在保持遷移管內(nèi)徑不變的條件下，這種結(jié)構(gòu) 允許大幅度地縮減電極的外徑，從而能夠有效地縮小遷移管的外形尺
寸，達(dá)到減小IMS的目的。

從
以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，本實(shí)用新型的上述特征和優(yōu)點(diǎn)
將更明顯，其中
圖i示出了使用傳統(tǒng)電極的遷移管結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)的部分剖面結(jié)構(gòu) 示意圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的遷移管的應(yīng)用示意圖。
具體實(shí)施方式

下面，參考附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式。在附圖中， 雖然示于不同的附圖中，但相同的附圖標(biāo)記用于表示相同的或相似的 組件。
為實(shí)現(xiàn)在同等有效結(jié)構(gòu)下，有效地減小IMS外形尺寸的目的，本 實(shí)用新型實(shí)施例提出了一種新型的電極片結(jié)構(gòu)。如圖2所示為根據(jù)本 實(shí)用新型實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)的一個(gè)剖面示意圖。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施 例的電極結(jié)構(gòu)由具有一定厚度的圓環(huán)狀電極構(gòu)成，電極的兩個(gè)圓環(huán)面 在靠近內(nèi)緣側(cè)的部分被加工成錐形，即圓環(huán)的兩個(gè)環(huán)面在靠近內(nèi)緣側(cè) 被部分切割成兩個(gè)圓錐面，并且兩個(gè)錐面與管軸的夾角不相等。
通常，圖2中沿著管軸從右向左的方向?yàn)殡x子運(yùn)動(dòng)方向。如圖2 所示，這兩個(gè)圓錐面與遷移管軸間的夾角分別表示為a、 b，要求b < a。 也就是，在離子運(yùn)動(dòng)方向的上游側(cè)的那個(gè)錐面與圓環(huán)狀電極的中心軸 所形成的角度a大于在離子運(yùn)動(dòng)方向的下游側(cè)的那個(gè)錐面與圓環(huán)狀 電極的中心軸所形成的角度b。
圖2中H為圓環(huán)狀電極的內(nèi)徑與外徑之差，電極內(nèi)緣側(cè)的厚度為 W，外緣側(cè)的厚度為D，并且W〉D。同時(shí)，可在電極的兩個(gè)圓環(huán)面上 靠近外緣側(cè)的區(qū)域加工出凹槽，用以固定或密封絕緣體。
如圖3所示，多個(gè)電極結(jié)構(gòu)1與絕緣體2構(gòu)成一個(gè)IMS遷移管， 兩個(gè)電極結(jié)構(gòu)之間被一個(gè)環(huán)狀的陶瓷件所絕緣，電極上的錐面部分沿 離子運(yùn)動(dòng)方向3傾斜，因此在兩個(gè)電極之間形成了一個(gè)較長的通道。 同時(shí)由于電極兩側(cè)面與管軸之間的角度b < a，因此大部分的絕緣體 被電極遮蓋。通過在各個(gè)電極上施加遞增(遞減)的電位，遷移管內(nèi) 形成了一個(gè)沿管軸的近似均勻的電場。而在相鄰的兩個(gè)電極的錐形面 上，則形成與管軸傾斜的電場。當(dāng)樣品離子沿管軸向探測器漂移時(shí)， 部分離子會(huì)進(jìn)入到兩極片間的通道中，由于通道較長，因而大部分的 離子撞到極片上損失掉，而不是聚集到絕緣體上形成空間電荷。因此， 可以在離子遷移通道較長及遷移管內(nèi)徑不變的情況下，減小電極的外
徑，達(dá)到減小遷移管體積的目的。換言之，電極的H值可以很小，這 對于建造體積很小的MS是很有利的。上面的描述僅用于實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員應(yīng)該理解，在不脫離本實(shí)用新型的范圍的任何修改或局部替換，均 應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求來限定的范圍，因此，本實(shí)用新型的 保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1、一種用于遷移譜儀中遷移管的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于包括圓環(huán)狀電極，其中所述圓環(huán)狀電極的兩個(gè)圓環(huán)面在靠近內(nèi)緣的至少一部分被形成為錐面，并且所述錐面與圓環(huán)狀電極的中心軸所形成的角度不同。
2、 如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于在離子運(yùn)動(dòng)方向 的上游側(cè)的那個(gè)錐面與圓環(huán)狀電極的中心軸所形成的第一角度大于 在離子運(yùn)動(dòng)方向的下游側(cè)的那個(gè)錐面與圓環(huán)狀電極的中心軸所形成 的第二角度。
3、 如權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述圓環(huán)狀電極 在外緣側(cè)的厚度小于內(nèi)緣側(cè)的厚度。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于遷移譜儀中遷移管的電極結(jié)構(gòu)，包括圓環(huán)狀的電極，其中所述圓環(huán)狀電極的兩個(gè)圓環(huán)面在靠近內(nèi)緣的至少一部分被形成為錐面，并且所述錐面與圓環(huán)狀電極的中心軸所形成的角度不同。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的電極結(jié)構(gòu)能夠有效地消除或減小空間電荷在遷移管中的積累。此結(jié)構(gòu)尤其適用于遷移管內(nèi)電場強(qiáng)度較低或通過大量離子時(shí)。同時(shí)，在保持遷移管內(nèi)徑不變的條件下，這種結(jié)構(gòu)允許大幅度地縮減電極的外徑，從而能夠有效地縮小遷移管的外形尺寸，達(dá)到減小IMS的目的。
文檔編號H01J49/00GK201215553SQ20082010852
公開日2009年4月1日 申請日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
發(fā)明者代主得, 張仲夏, 張清軍, 張陽天, 華 彭, 曹士娉, 徽 李, 李元景, 津 林, 林德旭, 毛紹基, 王少鋒, 王清華, 陳志強(qiáng) 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司;清華大學(xué)