電暈放電組件和包括該電暈放電組件的離子遷移譜儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電暈放電組件和包括該電暈放電組件的離子遷移譜儀，所述電暈放電組件包括：電離放電腔室，所述電離放電腔室包括金屬電暈筒，所述金屬電暈筒具有待分析氣體入口以及與電暈針形成不均勻電場(chǎng)的中間有圓孔的環(huán)片狀端口；所述金屬電暈筒的筒壁上絕緣安裝一根旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸垂直于所述金屬電暈筒的軸線(xiàn)，所述旋轉(zhuǎn)軸端部安裝有在外緣帶有多根電暈針的轉(zhuǎn)盤(pán)。本實(shí)用新型還公開(kāi)了一種使用上述電暈放電組件的離子遷移譜儀。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電暈放電組件和包括該電暈放電組件的離子遷移譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及安全檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種便于制造的，多針長(zhǎng)壽命電暈放電組件，以及用于檢測(cè)毒品和爆炸物的采用該組件作為電離源的離子遷移譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]離子遷移譜儀根據(jù)不同離子在均勻弱電場(chǎng)下漂移速度不同而實(shí)現(xiàn)對(duì)離子的分辨。它具有分辨速度快，靈敏度高，不需要真空環(huán)境，便于小型化的優(yōu)點(diǎn)，因此在毒品和爆炸物的探測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。典型的離子遷移譜儀通常由進(jìn)樣部分、電離部分、離子門(mén)、遷移區(qū)、收集區(qū)、讀出電路、數(shù)據(jù)采集和處理、控制部分等構(gòu)成。其中電離部分主要功能是將樣品分子轉(zhuǎn)化成可供遷移分離的離子，因此電離的效果對(duì)譜儀的性能具有非常直接的影響。目前的技術(shù)中，最常見(jiàn)和應(yīng)用最廣的電離組件是采用63Ni放射源，它具有體積小，穩(wěn)定性高、不需要外加電路的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在線(xiàn)性范圍窄、轉(zhuǎn)化離子濃度低和輻射污染的問(wèn)題。尤其是輻射污染問(wèn)題為設(shè)備的操作、運(yùn)輸和管理上帶來(lái)諸多不便。為了克服上述問(wèn)題，采用電暈放電離子源技術(shù)代替放射源技術(shù)。電暈放電是指在空間不均勻電場(chǎng)中由于局部的強(qiáng)電場(chǎng)引起氣體分子電離的一種現(xiàn)象。電暈放電直接產(chǎn)生的離子一般稱(chēng)為反應(yīng)物離子，當(dāng)具有更高的質(zhì)子或電子親和勢(shì)的樣品分子通過(guò)電離區(qū)時(shí)，俘獲反應(yīng)物離子的電荷而被電離。通常電暈放電結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，因而成本低廉，同時(shí)電暈放電產(chǎn)生的電荷的濃度相比于放射源要高得多，因此有利于提高離子遷移譜儀的靈敏度，并得到較大的動(dòng)態(tài)范圍。國(guó)外專(zhuān)利US5485016、CA2124344、中國(guó)專(zhuān)利CN1950698A中報(bào)道電暈放電作為離子遷移譜儀電離源的應(yīng)用實(shí)例。常見(jiàn)的電暈放電結(jié)構(gòu)有針尖-平板或針尖-圓筒放電形式，如圖1A、1B所示。實(shí)現(xiàn)放電的電暈針通常有固定尾端安裝于支撐基體上，尾端導(dǎo)通高壓電源；電暈針的另一端為自由端(即，針尖)，通常是具有曲率半徑非常小(0.1mm以下)的尖端。平板或圓筒電極與針尖之間的空間內(nèi)形成不均勻靜電場(chǎng)，使靠近針尖的附近電場(chǎng)強(qiáng)度很高，而距針尖較遠(yuǎn)的空間的電場(chǎng)強(qiáng)度遞減。氣體電離只發(fā)生在電極自由尖端近表面空間，電離區(qū)域很小，從而產(chǎn)生的離子濃度也較?。蝗粼龃箅婋x區(qū)域，則需要較高的電壓，對(duì)高壓電源要求較高。另外，在只有一個(gè)尖端放電的情況下，電暈放電對(duì)電暈電極會(huì)產(chǎn)生氧化，長(zhǎng)期運(yùn)行后，氣體中的水蒸氣等引起的化學(xué)反應(yīng)會(huì)嚴(yán)重腐蝕尖端，使其曲率半徑增大，增大了電暈放電電壓閾值，降低了其電暈放電的穩(wěn)定性，導(dǎo)致壽命終結(jié)；并且，為了達(dá)到較小的曲率半徑，針的直徑一般很細(xì)，其強(qiáng)度較低，產(chǎn)品在制造和裝配時(shí)保持較高位置精度難度大。為了改善這種情況，開(kāi)發(fā)了多針電暈放電的結(jié)構(gòu)。
[0003]美國(guó)專(zhuān)利US7326926B2描述了一個(gè)典型的多針簇電暈放電離子源，見(jiàn)圖1C。其采用一束平行的電暈針代替經(jīng)典電暈放電離子源的單根電暈針；多針束多個(gè)尖端同時(shí)加載高壓放電的設(shè)計(jì)，在一定程度上緩解了單電暈針?lè)烹娛б鸬碾婋x源的壽命降低問(wèn)題。但是多針同時(shí)加載高壓放電也存在顯著的缺點(diǎn)，首先，多針同時(shí)加載高壓，各針?biāo)纬傻碾妶?chǎng)會(huì)相互影響，使針尖處的電場(chǎng)強(qiáng)度降低，需要提高電暈電壓，對(duì)高壓電源提出了更高的要求；另外，各針由于加工的不一致性導(dǎo)致各自尖端的形狀和表面情況并不相同，并不能保證所有針尖均滿(mǎn)足電暈放電的條件，而是曲率半徑相對(duì)較小的針先發(fā)生放電，并逐漸耗蝕使其曲率半徑逐漸變大后不再滿(mǎn)足電暈放電的條件，其余滿(mǎn)足條件的針開(kāi)始放電，這樣某一時(shí)刻有幾根針發(fā)生電暈放電不能得到保證，有很大的隨機(jī)性，因此電離產(chǎn)生的離子數(shù)量也變化很大，導(dǎo)致電暈放電不穩(wěn)定，從而不利于離子遷移譜儀的穩(wěn)定工作。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]發(fā)明人意識(shí)到，若能夠?qū)崿F(xiàn)多根針輪流電暈放電，即某一個(gè)時(shí)刻只能有一根針針尖處電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到電暈放電閾值，其余針針尖處場(chǎng)強(qiáng)較低或零場(chǎng)強(qiáng)，可以同時(shí)解決多針同時(shí)加高壓電暈離子源的不穩(wěn)定性以及單針電暈離子源壽命短的問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種穩(wěn)定的，便于操作的，轉(zhuǎn)盤(pán)控制多針輪流電暈放電組件設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)能夠有效增加電離組件的整體使用壽命，有利于提高離子通過(guò)率，減少離子在電暈腔內(nèi)的損耗，增加離子源電暈放電的穩(wěn)定性，提高遷移譜儀性能。
[0006]為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，電暈放電組件包括:電離放電腔室，所述電離放電腔室包括金屬電暈筒，所述金屬電暈筒具有待分析氣體入口以及與電暈針形成不均勻電場(chǎng)的中間有圓孔的環(huán)片狀端口 ；所述金屬電暈筒的筒壁上絕緣安裝一根旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸垂直于所述金屬電暈筒的軸線(xiàn)，所述旋轉(zhuǎn)軸端部安裝有在外緣帶有多根電暈針的轉(zhuǎn)盤(pán)。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)多根針輪流電暈放電，即某一個(gè)時(shí)刻只能有一根針針尖處電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到電暈放電閾值，其余針針尖處場(chǎng)強(qiáng)較低或零場(chǎng)強(qiáng)，可以同時(shí)解決多針同時(shí)加高壓電暈離子源的不穩(wěn)定性以及單針電暈離子源壽命短的問(wèn)題。
[0007]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)盤(pán)被包含在封閉的金屬屏蔽筒內(nèi)，所述金屬屏蔽筒包括喇叭狀的聚焦極，用于形成匯聚的靜電場(chǎng)。
[0008]優(yōu)選地,所述聚焦極上開(kāi)有窄縫，以供電暈針旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)使某一根電暈針旋轉(zhuǎn)露出窄縫(此時(shí)將該根電暈針?lè)Q為“主電暈針”)，位于與電暈筒環(huán)片狀端口電極配合的位置(主電暈針與電暈筒端口軸線(xiàn)、聚焦極喇叭口軸線(xiàn)重合，此時(shí)該電暈針尖距離電暈筒環(huán)片狀端口最近)，發(fā)生電暈放電；而其余針由于被包含于與其同電位的所述金屬屏蔽筒內(nèi)而無(wú)法發(fā)生電暈放電。
[0009]優(yōu)選地，所述多根電暈針是相互電連接的。使用相互電連接在一起的多根電暈針，無(wú)需為多根電暈針單獨(dú)設(shè)置各自的電流通路，簡(jiǎn)化了制作工藝；并且，由于除了 “主電暈針”之外，其余的電暈針均位于金屬屏蔽筒內(nèi)，這樣的設(shè)置將不會(huì)導(dǎo)致其余的電暈針產(chǎn)生不期望的電暈放電。
[0010]優(yōu)選地，所述電暈放電組件還包括離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)，所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)為形似喇叭狀的內(nèi)部通道，其中所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)不與所述金屬電暈筒電接觸，所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)的大口端與離子門(mén)第一柵網(wǎng)接觸，使在大口端內(nèi)與離子門(mén)第一柵網(wǎng)之間形成等電勢(shì)區(qū)，用于離子存儲(chǔ)。由此，電暈放電產(chǎn)生的離子能夠在電場(chǎng)的牽引下進(jìn)入到離子反應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)。所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)的主要作用是在離子門(mén)關(guān)閉時(shí)，使初級(jí)反應(yīng)離子與樣品氣體發(fā)生充分反應(yīng)、復(fù)合，生成并存儲(chǔ)待檢測(cè)的特征離子團(tuán)；在離子門(mén)打開(kāi)時(shí)使上述復(fù)合的離子團(tuán)聚焦并通過(guò)離子門(mén)進(jìn)入離子遷移腔。通過(guò)該設(shè)計(jì)，可有效的屏蔽電暈放電脈沖干擾，屏蔽電暈脈沖帶來(lái)的離子數(shù)量起伏，增大離子在離子門(mén)處的通過(guò)率，達(dá)到使離子遷移譜線(xiàn)穩(wěn)定的效果。[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，還公開(kāi)了一種離子遷移譜儀，所述離子遷移譜儀包括:以上所述的電暈放電組件；離子門(mén)，所述離子門(mén)由兩張相對(duì)的柵網(wǎng)構(gòu)成；遷移區(qū)，所述遷移區(qū)包括漂移電極，所述漂移電極為同軸心等間距的圓環(huán)電極，圓環(huán)電極電勢(shì)等差值變化，以形成牽引電場(chǎng)，使離子運(yùn)動(dòng)向法拉第盤(pán)方向；以及，所述法拉第盤(pán)為圓形平板，所述法拉第盤(pán)后接電荷靈敏放大器以讀取離子信號(hào)。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型的電暈放電組件的結(jié)構(gòu)特征使得在任一時(shí)刻，只有一根電暈針旋轉(zhuǎn)到離電暈筒環(huán)片狀端口最近的位置，其針尖的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到電暈放電閾值而發(fā)生電暈放電，而其余針由于針尖的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)不到電暈放電的閾值而不發(fā)生放電，多根針在轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)下，輪流位于電暈放電位置而進(jìn)行放電工作，因此該結(jié)構(gòu)相對(duì)于單針結(jié)構(gòu)可以提高整體電暈放電組件的使用壽命；同時(shí)由于聚焦極的聚焦作用，可以增加離子的通過(guò)率，減少離子在電暈筒內(nèi)及離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)內(nèi)的損耗，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的離子可以更多的進(jìn)入到離子漂移區(qū)；有利于提高離子遷移譜儀的靈敏度；多電暈針由于固定在轉(zhuǎn)盤(pán)上，安裝時(shí)可以做到電極位置的精確穩(wěn)定，從而更易于批量制造。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]下面參考附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本實(shí)用新型，其中:
[0014]圖1A、1B和IC為傳統(tǒng)的電暈放電結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2A為使用根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的多電暈針轉(zhuǎn)盤(pán)電暈放電離子源離子遷移譜儀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2B為圖2A中的離子遷移譜儀在正模式下各電極電勢(shì)示意圖；
[0017]圖3A為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的多電暈針轉(zhuǎn)盤(pán)及聚焦極結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0018]圖3B為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的多電暈針轉(zhuǎn)盤(pán)及聚焦極結(jié)構(gòu)的示意圖和側(cè)視圖；
[0019]圖4A為無(wú)聚焦極時(shí)，離子源的電場(chǎng)方向模擬圖；
[0020]圖4B為有聚焦極時(shí)，離子源的電場(chǎng)方向模擬圖；
[0021]圖4C為無(wú)聚焦極時(shí)，離子源的等勢(shì)線(xiàn)模擬圖；以及
[0022]圖4D為有聚焦極時(shí)，離子源的等勢(shì)線(xiàn)模擬圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]圖2A所示電暈放電離子遷移譜儀中，實(shí)現(xiàn)電暈放電的不均勻電場(chǎng)主要由轉(zhuǎn)盤(pán)位于電暈筒軸線(xiàn)上的主電暈針201、聚焦極202,電暈筒環(huán)片狀端口 203以及離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)204形成。所述離子遷移譜儀包括:電暈放電組件；離子門(mén)，所述離子門(mén)由兩張相對(duì)的柵網(wǎng)205、206構(gòu)成；遷移區(qū)，所述遷移區(qū)包括漂移電極207，所述漂移電極207為同軸心等間距的圓環(huán)電極；以及法拉第盤(pán)209，所述法拉第盤(pán)209后接電荷靈敏放大器以讀取離子信號(hào)。
[0024]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述電暈放電組件包括:電離放電腔室，所述電離放電腔室包括金屬電暈筒203，所述金屬電暈筒203具有待分析氣體入口以及與電暈針201形成不均勻電場(chǎng)的中間有圓孔的環(huán)片狀端口 ；所述金屬電暈筒203的筒壁上絕緣安裝一根旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸垂直于所述金屬電暈筒203的軸線(xiàn)，所述旋轉(zhuǎn)軸端部安裝有在外緣帶有多根電暈針的轉(zhuǎn)盤(pán)。
[0025]由此，能夠?qū)崿F(xiàn)多根針輪流電暈放電，即某一個(gè)時(shí)刻只能有一根針針尖處電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到電暈放電閾值，其余針針尖處場(chǎng)強(qiáng)較低或零場(chǎng)強(qiáng)，可以同時(shí)解決多針同時(shí)加高壓電暈離子源的不穩(wěn)定性以及單針電暈離子源壽命短的問(wèn)題。
[0026]圖2B為圖2A中的離子遷移譜儀在正模式下各電極電勢(shì)示意圖。圖3A為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的多電暈針轉(zhuǎn)盤(pán)及聚焦極結(jié)構(gòu)俯視圖；圖3B為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的多電暈針轉(zhuǎn)盤(pán)及聚焦極結(jié)構(gòu)的示意圖和側(cè)視圖。優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)盤(pán)301被包含在封閉的金屬屏蔽筒202、305內(nèi)，所述金屬屏蔽筒202、305包括喇叭狀的聚焦極308，用于形成匯聚的靜電場(chǎng)。
[0027]優(yōu)選地，所述聚焦極308上開(kāi)有窄縫306，以供電暈針201、303旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸304帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)301使某一根電暈針201、303旋轉(zhuǎn)露出窄縫306 (此時(shí)將該根電暈針?lè)Q為“主電暈針”)，位于與電暈筒環(huán)片狀端口電極配合的位置(主電暈針與電暈筒端口軸線(xiàn)、聚焦極喇叭口軸線(xiàn)重合，此時(shí)該電暈針尖距離電暈筒環(huán)片狀端口最近)，發(fā)生電暈放電；而其余針由于被包含于與其同電位的所述金屬屏蔽筒內(nèi)而無(wú)法發(fā)生電暈放電。
[0028]優(yōu)選地，所述多根電暈針201、303是相互電連接的。使用相互電連接在一起的多根電暈針，無(wú)需為多根電暈針單獨(dú)設(shè)置各自的電流通路，簡(jiǎn)化了制作工藝；并且，由于除了“主電暈針”之外，其余的電暈針均位于金屬屏蔽筒內(nèi)，這樣的設(shè)置將不會(huì)導(dǎo)致其余的電暈針產(chǎn)生不期望的電暈放電。
[0029]優(yōu)選地，所述電暈放電組件還包括離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)204，所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)204為形似喇叭狀的內(nèi)部通道，其中所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)204不與所述金屬電暈筒電接觸，所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)204的大口端與離子門(mén)第一柵網(wǎng)205接觸，使在大口端內(nèi)與離子門(mén)第一柵網(wǎng)205之間形成等電勢(shì)區(qū)，用于離子存儲(chǔ)。由此，電暈放電產(chǎn)生的離子能夠在電場(chǎng)的牽引下進(jìn)入到離子反應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)。所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)的主要作用是在離子門(mén)關(guān)閉時(shí)，使初級(jí)反應(yīng)離子與樣品氣體發(fā)生充分反應(yīng)、復(fù)合，生成并存儲(chǔ)待檢測(cè)的特征離子團(tuán)；在離子門(mén)打開(kāi)時(shí)使上述復(fù)合的離子團(tuán)聚焦并通過(guò)離子門(mén)進(jìn)入離子遷移腔。通過(guò)該設(shè)計(jì)，可有效的屏蔽電暈放電脈沖干擾，屏蔽電暈脈沖帶來(lái)的離子數(shù)量起伏，增大離子在離子門(mén)處的通過(guò)率，達(dá)到使離子遷移譜線(xiàn)穩(wěn)定的效果。
[0030]所述離子遷移譜儀在工作時(shí)，電暈針201、303與所述金屬屏蔽筒202、305同電位，它們的電壓比金屬電暈筒203的電壓高700V到3000V左右(取決于電暈針的尖端半徑以及電暈針的長(zhǎng)度，不同的幾何尺寸會(huì)有不同的起暈電壓)以發(fā)生電暈，從而產(chǎn)生離子。離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)204及第一離子門(mén)205的電壓周期跳變，見(jiàn)圖2B，當(dāng)其位于低電壓時(shí)可稱(chēng)為“存儲(chǔ)態(tài)”(即實(shí)線(xiàn)部分)，位于相應(yīng)的高電壓時(shí)稱(chēng)為“牽引態(tài)”(即虛線(xiàn)部分)。當(dāng)離子反應(yīng)存儲(chǔ)環(huán)204及第一離子門(mén)205的電壓處于“存儲(chǔ)態(tài)”時(shí)，該電壓比金屬電暈筒203的電壓低60V?150V，比第二離子門(mén)206低5V飛OV左右，離子進(jìn)入第一離子門(mén)205后，受到的電場(chǎng)力較弱，在第一離子門(mén)205腔體內(nèi)主要做熱運(yùn)動(dòng)；經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，第一離子門(mén)205內(nèi)離子積累到一定數(shù)目后，離子反應(yīng)存儲(chǔ)環(huán)204及第一離子門(mén)205的電壓跳變到“牽引態(tài)”，這時(shí)，電暈針201處電暈產(chǎn)生的離子停止進(jìn)入第一離子門(mén)205 (防止此次由于電暈脈沖導(dǎo)致第一離子門(mén)205內(nèi)離子數(shù)量的起伏)，而處在第一離子門(mén)205內(nèi)的離子在第一離子門(mén)205與第二離子門(mén)206之間的電場(chǎng)力作用下迅速通過(guò)第二離子門(mén)206進(jìn)入離子遷移區(qū)207。在通過(guò)遷移氣體入口(如圖2A右側(cè)所示)充有遷移氣體的離子遷移區(qū)207內(nèi)，離子在電場(chǎng)牽引力和反向運(yùn)動(dòng)的遷移氣流的共同作用下達(dá)到勻稱(chēng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在經(jīng)歷較長(zhǎng)的遷移距離后，具有不同遷移率的離子由于速度的不同被分開(kāi)，最后經(jīng)抑制柵208后被法拉第盤(pán)209收集，被后端電路記錄。由圖2A下方所示的出氣口排出離子遷移譜儀內(nèi)的氣體。
[0031]所述轉(zhuǎn)盤(pán)301固定在旋轉(zhuǎn)軸304上，旋轉(zhuǎn)軸304通過(guò)絕緣套307安裝在金屬電暈筒300的壁上。扭轉(zhuǎn)電暈腔外部的旋轉(zhuǎn)軸柄(如圖3B中的旋轉(zhuǎn)箭頭所示)，轉(zhuǎn)盤(pán)301在旋轉(zhuǎn)軸304的帶動(dòng)下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；轉(zhuǎn)盤(pán)上以中心對(duì)稱(chēng)形式均勻分布著若干個(gè)(一般以4~8個(gè)為宜)電暈針安裝座302，所有電暈針安裝座302均同電位，每個(gè)電暈針安裝座302上開(kāi)有一個(gè)插孔，插孔內(nèi)焊接安裝一根電暈針303，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到某一角度時(shí)，有一根電暈針位于電暈筒300軸心處的我們將其稱(chēng)作“主電暈針”;在轉(zhuǎn)盤(pán)301的外部，金屬電暈筒300上以絕緣材料固定安裝一個(gè)與電暈針303同電位的金屬屏蔽筒305,金屬屏蔽筒305的進(jìn)氣端開(kāi)有一個(gè)通氣孔309，另一端為喇叭狀聚焦極308，金屬屏蔽筒305的作用是屏蔽其它電暈針，避免與電暈筒300之間形成電暈電場(chǎng)，喇叭狀聚焦極308和電暈筒環(huán)片狀端口 310形成匯聚電場(chǎng)，使主電暈針處電暈放電產(chǎn)生的離子更易于進(jìn)入到離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)320，減少在離子電暈筒環(huán)片狀端口處和離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)端口處撞向端口而損失，聚焦極308的特征在于其錐軸與電暈筒的軸線(xiàn)及離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)中心軸重合，張角為120-150度，聚焦極308與電暈針303同電位。金屬屏蔽筒305在與轉(zhuǎn)盤(pán)301的電暈針旋轉(zhuǎn)平面相交的位置開(kāi)有一個(gè)窄條狀口(窄縫)306，供電暈針旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)，窄縫306的寬度不能過(guò)大，應(yīng)僅比電暈針直徑稍大，這樣既能保證不會(huì)阻擋電暈針303旋轉(zhuǎn)時(shí)順利通過(guò)，又不會(huì)使聚焦電場(chǎng)在此缺口處發(fā)生破壞。
[0032]實(shí)例:
[0033]本實(shí)例中，描述了采用聚焦結(jié)構(gòu)的多針轉(zhuǎn)盤(pán)電暈針輪流放電離子源組件的一個(gè)具體設(shè)計(jì)。如圖3Α所示 的具有6根電暈針的聚焦極轉(zhuǎn)盤(pán)多針結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)盤(pán)301和絕緣套筒307采用聚四氟乙烯制成；旋轉(zhuǎn)軸304采用不銹鋼制成；電暈針安裝座302采用無(wú)氧銅制成，其上采用高溫焊料焊接一根電暈針303 ;針伸出安裝座長(zhǎng)度為3mm，針尖端圓角半徑0.05mm,由直徑0.5_金屬鉬桿磨制而成；金屬屏蔽筒305采用不銹鋼制成，兩端棱邊倒圓角以降低其表面的電場(chǎng)強(qiáng)度，避免發(fā)生放電，喇叭頂角為125度，伸出的電暈針303位于金屬屏蔽筒305上聚焦極308的圓錐軸位置，金屬屏蔽筒305與電暈筒300之間采用聚四氟乙烯絕緣材料支撐固定。金屬屏蔽筒305在與電暈針旋轉(zhuǎn)的平面相交的位置開(kāi)有一個(gè)寬度為1mm的窄條狀缺口。
[0034]根據(jù)電場(chǎng)模擬計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)圖4A-4D，在離子門(mén)施加開(kāi)門(mén)電壓時(shí)，在沒(méi)有聚焦極的電暈放電結(jié)構(gòu)中，電暈針尖處及氣流前進(jìn)方向的電場(chǎng)指向電暈筒端口，而且離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)內(nèi)部分區(qū)域電場(chǎng)方向指向環(huán)壁，可知電暈針尖產(chǎn)生的離子將有較多數(shù)量與電暈筒口、和/或離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)內(nèi)壁碰撞而損失掉；在具有聚焦極的電暈放電結(jié)構(gòu)中，其針尖附近及離子氣流前進(jìn)方向的電場(chǎng)方向?yàn)槠叫杏跉饬鞣较颍译x子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)內(nèi)的電場(chǎng)方向也基本與離子氣流平行，這將有利于離子氣流平穩(wěn)通過(guò)電暈筒，減少碰撞損耗，使更多離子進(jìn)入到離子漂移區(qū)，從而在電暈放電電離強(qiáng)度相同的情況下，提高離子遷移譜儀的靈敏度。
[0035]根據(jù)本實(shí)用新型的本電離組件的結(jié)構(gòu)特征使得在任一時(shí)刻，只有一根電暈針旋轉(zhuǎn)到離電暈筒環(huán)片狀端口最近的位置，其針尖的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到電暈放電閾值而發(fā)生電暈放電，而其余針由于針尖的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)不到電暈放電的閾值而不發(fā)生放電，多根針在轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)下，輪流位于電暈放電位置而進(jìn)行放電工作，因此該結(jié)構(gòu)相對(duì)于單針結(jié)構(gòu)可以提高整體電暈放電組件的使用壽命；同時(shí)由于聚焦極的聚焦作用，可以增加離子的通過(guò)率，減少離子在電暈筒內(nèi)及離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)內(nèi)的損耗，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的離子可以更多的進(jìn)入到離子漂移區(qū)；有利于提高離子遷移譜儀的靈敏度；多電暈針由于固定在轉(zhuǎn)盤(pán)上，安裝時(shí)可以做到電極位置的精確穩(wěn)定，從而更易于批量制造。
[0036]本實(shí)用新型可以以任何適當(dāng)?shù)男问綄?shí)現(xiàn)，包括硬件、軟件、固件或者這些的任意組合。可選地，本實(shí)用新型可以至少部分地實(shí)現(xiàn)為運(yùn)行在一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)處理器和/或數(shù)字信號(hào)處理器上的計(jì)算機(jī)軟件。本實(shí)用新型的實(shí)施例的元件和部件可以在物理上、功能上和邏輯上以任何適當(dāng)?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)。事實(shí)上，所述功能可以在單個(gè)單元中、在多個(gè)單元中或者作為其他功能單元的一部分而實(shí)現(xiàn)。同樣地，本實(shí)用新型可以在單個(gè)單元中實(shí)現(xiàn)，或者可以在物理上和功能上分布在不同單元和處理器之間。
[0037]盡管已經(jīng)結(jié)合一些實(shí)施例描述了本實(shí)用新型，但是本實(shí)用新型并不預(yù)期限于本文闡述的特定形式。相反地，本實(shí)用新型的范圍僅由所附權(quán)利要求書(shū)限制。此外，雖然特征可能看起來(lái)結(jié)合特定實(shí)施例而被描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，依照本實(shí)用新型可以組合所描述的實(shí)施例的各種不同的特征。在權(quán)利要求書(shū)中，措詞包括/包含并沒(méi)有排除其他元件或步驟的存在。
[0038]此外，盡管單獨(dú)地被列出，但是多個(gè)裝置、元件或方法步驟可以由例如單個(gè)單元或處理器實(shí)現(xiàn)。此外，盡管單獨(dú)的特征可以包含于不同的權(quán)利要求中，但是這些特征可能地可以有利地加以組合，并且包含于不同的權(quán)利要求中并不意味著特征的組合不可行和/或不是有利的。此外，特征包含于一種權(quán)利要求類(lèi)別中并不意味著限于該類(lèi)別，而是表示該特征同樣可適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于其他權(quán)利要求類(lèi)別。此外，權(quán)利要求中特征的順序并不意味著其中特征必須起作用的任何特定順序。
【權(quán)利要求】
1.一種電暈放電組件,其特征在于,所述電暈放電組件包括: 電離放電腔室，所述電離放電腔室包括金屬電暈筒，所述金屬電暈筒具有待分析氣體入口以及與電暈針形成不均勻電場(chǎng)的中間有圓孔的環(huán)片狀端口； 所述金屬電暈筒的筒壁上絕緣安裝一根旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸垂直于所述金屬電暈筒的軸線(xiàn)，所述旋轉(zhuǎn)軸端部安裝有在外緣帶有多根電暈針的轉(zhuǎn)盤(pán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電暈放電組件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)盤(pán)被包含在封閉的金屬屏蔽筒內(nèi)，所述金屬屏蔽筒包括喇叭狀的聚焦極，用于形成匯聚的靜電場(chǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電暈放電組件，其特征在于，所述聚焦極上開(kāi)有窄縫，以供電暈針旋轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電暈放電組件，其特征在于，所述多根電暈針是相互電連接的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的電暈放電組件，其特征在于，所述電暈放電組件還包括離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)，所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)為形似喇叭狀的內(nèi)部通道，其中所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)不與所述金屬電暈筒電接觸，所述離子反應(yīng)與存儲(chǔ)環(huán)的大口端與離子門(mén)第一柵網(wǎng)接觸，使在大口端內(nèi)與離子門(mén)第一柵網(wǎng)之間形成等電勢(shì)區(qū)，用于離子存儲(chǔ)。
6.一種離子遷移譜儀，其特征在于，所述離子遷移譜儀包括: 根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的電暈放電組件； 離子門(mén)，所述離子門(mén)由兩張相對(duì)的柵網(wǎng)構(gòu)成； 遷移區(qū)，所述遷移區(qū)包括漂移電極，所述漂移電極為同軸心等間距的圓環(huán)電極；以及 法拉第盤(pán)，所述法拉第盤(pán)后接電荷靈敏放大器以讀取離子信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H01T19/04GK203774248SQ201320879005
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】張清軍, 李元景, 陳志強(qiáng), 王燕春, 趙自然, 劉以農(nóng), 劉耀紅, 鄒湘, 馬秋峰, 王鈞效, 常建平 申請(qǐng)人:同方威視技術(shù)股份有限公司