一種用于離子遷移譜儀的陣列式檢測(cè)板、檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及離子迀移譜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于離子迀移譜儀的陣列式檢測(cè) 板、檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 離子迀移譜技術(shù)（ion mobility spectrometry, IMS)是在20世紀(jì)70年代初出現(xiàn) 的一種新的氣相分離和檢測(cè)技術(shù)。其核心思想是以離子迀移時(shí)間的差異來(lái)對(duì)不同的物質(zhì)進(jìn) 行區(qū)分，采用離子迀移譜技術(shù)的儀器檢測(cè)靈敏度非常高，可檢測(cè)到納克級(jí)（Ing= 10-9kg) 甚至是皮克級(jí)（lpg= l〇_12kg)的物質(zhì)，采用該技術(shù)的儀器可檢測(cè)化學(xué)戰(zhàn)劑、毒品、爆炸物 和大氣污染物等物質(zhì)，在機(jī)場(chǎng)安檢、戰(zhàn)地勘查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)等方面有著重要應(yīng)用。
[0003] 離子迀移譜儀器中一項(xiàng)重要的部件為離子迀移管，離子迀移管通過(guò)電極與外部電 場(chǎng)相連從而在其內(nèi)部產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度根據(jù)需要一般選擇150~1000V/cm之間的某一定 值，如300V/cm，在電場(chǎng)作用下離子漂移至離子檢測(cè)板，從而產(chǎn)生脈沖電流。實(shí)際應(yīng)用中，絕 大多數(shù)離子迀移譜儀器采用單通道離子檢測(cè)板，如圖1(a)為離子檢測(cè)板正面，71為檢測(cè)板 安裝孔，72為檢測(cè)板接地外邊框，73為離子檢測(cè)面；圖I (b)為離子檢測(cè)板背面，74為檢測(cè) 面引出點(diǎn)，75為檢測(cè)板外邊框引出點(diǎn)，離子檢測(cè)板正面和背面通過(guò)"過(guò)孔"連接。然而實(shí)際 應(yīng)用中，離子迀移管內(nèi)縱向電場(chǎng)和橫向電場(chǎng)都不是均勻電場(chǎng)，故離子在分布不均勻的電場(chǎng) 作用下，漂移在離子檢測(cè)板的時(shí)間不一致，從而導(dǎo)致檢測(cè)到的脈沖電流半峰寬較大，脈沖電 流幅值較小，降低了離子迀移譜儀器的檢測(cè)精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于離子迀移譜儀的陣列式檢測(cè)板、檢測(cè)系統(tǒng)及檢 測(cè)方法，可以提高離子迀移譜儀器的靈敏度和分辨率。
[0005] -種用于離子迀移譜儀器的陣列式檢測(cè)板，該檢測(cè)板的基板采用絕緣材料制成， 基板的正面的邊緣設(shè)置正面信號(hào)地，正面信號(hào)地內(nèi)側(cè)設(shè)置有陣列式檢測(cè)面；
[0006] 所述陣列式檢測(cè)面由N個(gè)互相絕緣的方形的子檢測(cè)面以陣列的形式構(gòu)成；兩兩子 檢測(cè)面之間互相絕緣；所述N至少為2 ;
[0007] 所述陣列式檢測(cè)板的基板反面的邊緣設(shè)置有與正面信號(hào)地電連接的反面信號(hào)地； 正面的每一個(gè)所述子檢測(cè)面在基板的反面均對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)與其電連接的信號(hào)引出點(diǎn)。
[0008] 較佳的，所述基板采用聚四氟乙烯制成；所述陣列式檢測(cè)面、正面信號(hào)地和反面信 號(hào)地通過(guò)在所述基板表面敷銅后鍍金形成。
[0009] 較佳的，所述N取64。
[0010] 較佳的，正面信號(hào)地和反面信號(hào)地之間以及子檢測(cè)面與對(duì)應(yīng)的信號(hào)引出點(diǎn)之間的 電連接均通過(guò)過(guò)孔實(shí)現(xiàn)。
[0011] -種基于陣列式檢測(cè)板的檢測(cè)系統(tǒng)，包括跨阻放大模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊以及附屬 豐吳塊；
[0012] 所述跨阻放大模塊從所述陣列式檢測(cè)板的N個(gè)信號(hào)引出點(diǎn)接收離子迀移譜儀器 輸出的N路電流信號(hào)，即為脈沖離子電流，并將各路脈沖離子電流采用電容積分的方式轉(zhuǎn) 換為電壓信號(hào)；
[0013] 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將從跨阻放大模塊接收的N路脈沖離子電流的模擬形式轉(zhuǎn)換 為數(shù)字形式；
[0014] 所述附屬模塊從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收各路脈沖離子電流后，得到平均電流；同 時(shí)，計(jì)算離子迀移譜儀器中離子從離子門(mén)迀移到各個(gè)子檢測(cè)面上的迀移時(shí)間后，得到離子 的平均迀移時(shí)間；根據(jù)平均電流和平均迀移時(shí)間確定輸入到離子迀移譜儀器的待測(cè)物質(zhì)的 濃度和物質(zhì)成分。
[0015] 較佳的，所述的跨阻放大模塊Ul的型號(hào)為AFE0064 ;AFE0064的引腳113至引腳 128及引腳1至引腳48為所述脈沖離子電流的輸入端；引腳105和104分別為正參考電壓 輸入端和負(fù)參考電壓輸入端，引腳112為內(nèi)部積分器共模電壓端，通過(guò)電容C31退耦至地； 引腳83和引腳84分別為輸出通道0的差模輸出反相端和正相端；AFE0064的引腳77和引 腳78分別為輸出通道1的差模輸出反相端和正相端；AFE0064的引腳98為輸出模式選擇 端，連接+3. 3V以選取輸出通道0和輸出通道1是否同步輸出；引腳92連接+3. 3V，以使得 數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后輸出端處于三態(tài)；引腳64向附屬模塊傳輸讀數(shù)繁忙指示信號(hào)；引腳66接 收附屬模塊提供的內(nèi)部濾波控制信號(hào)；引腳67接收附屬模塊提供的內(nèi)部積分器復(fù)位信號(hào)， 以防止積分飽和；引腳68和69腳均接收附屬模塊提供的積分器信號(hào)采集和信號(hào)復(fù)位控制 信號(hào)；引腳70接收附屬模塊提供的時(shí)鐘信號(hào)；引腳97接收附屬模塊提供的信號(hào)以復(fù)位輸 入通道計(jì)數(shù)器和使能輸出通道輸出；引腳93接地以選擇積分器由低電平向高電平輸出；弓丨 腳 53、55、60、61、75、81、87、100、106、108腳接+3.3￥，并分別通過(guò)電容08、(：10、(：12、〇3、(：14、 C15、C16、C17、C18 去耦至地；引腳 49、51、52、54、59、62、65、71、73、74、76、79、80、82、85、86、 90、91、99、101、102、103、107、109、110連接至地；引腳56、57、58、63、72、88、89、111腳懸空； 引腳94、95、96的引腳狀態(tài)對(duì)應(yīng)8種積分電容。
[0016] 較佳的，所述附屬模塊的參考電壓由ADR421提供，ADR421的引腳2為電源輸入端， 外接+5V電源，并通過(guò)C32去耦至地，ADR421引腳4連接電源地，ADR421引腳6為輸出端， 輸出2. 5V，并通過(guò)電容C33退耦至地，同時(shí)串聯(lián)電阻R10、R9、R8以進(jìn)行分壓，以得到2. 25V 和0. 85V分別提供給AFE0064的105腳和104腳。
[0017] 較佳的，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用兩片14位單通道轉(zhuǎn)換芯片AD9240,記為U2和U3 ;U2 和U3的連接方式一致，其中U2為AFE0064的輸出通道0提供轉(zhuǎn)換，U3為AFE0064的輸出 通道1提供轉(zhuǎn)換；以U2為例：U2的引腳41和引腳42為AD9240的輸入端口，分別通過(guò)電阻 Rl和電阻R2連接AFE0064輸出端口 0的正相差模輸出端和反相差模輸出端；U2的引腳32 為參考電壓端，并通過(guò)電容C3和C4去耦至地；U2的引腳31和引腳33短接并接地以選擇 內(nèi)部參考電壓2. 5V且保證零偏置電壓；U2的引腳36、37、39通過(guò)電容C5、C6、C7、C9構(gòu)成的 去耦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行退耦；U2的引腳35通過(guò)電阻R3接地以選擇AD9240的采樣頻率；U2的引腳4 和引腳28為電源輸入端，外接+5V電源，并通過(guò)電容Cl和C2退耦至地；U2的引腳2和引 腳29為模擬地端，連接電源地；引腳3和引腳6為數(shù)字電源輸入端，外接+5V電源，并通過(guò) 電容C20和C21退耦至地；引腳1和引腳5為數(shù)字地端，連接數(shù)字地；U2的引腳7接收附屬 模塊提供的時(shí)鐘信號(hào)；U2的引腳11、12、13、14、、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24為并行 輸出口，分別接收附屬模塊傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)；U2的引腳25向附屬模塊提供溢出指 示信號(hào)；引腳8、9、10、26、27、30、34、38、40、43、44懸空；電源地和數(shù)字地通過(guò)電阻R4連接。
[0018] -種基于陣列式檢測(cè)板的物質(zhì)濃度檢測(cè)方法，將從所述陣列式檢測(cè)板的N個(gè)信號(hào) 引出點(diǎn)接收脈沖離子電流求平均，得出總的脈沖電流平均值，用以檢測(cè)輸入到離子迀移譜 儀器的待測(cè)物質(zhì)的濃度。
[0019] -種基于陣列式檢測(cè)板的物質(zhì)成分檢測(cè)方法，具體步驟如下：