一種電場電位梯度發(fā)生裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電場電位梯度發(fā)生裝置及其控制方法，在與電路控制系統(tǒng)相互配合下，離子流在電場中飛行，電路控制系統(tǒng)控制電位梯度電場過程。通過對引出離子的分析，達到對氣體介質(zhì)中的物質(zhì)進行檢測的目的。本發(fā)明可以作為離子源應(yīng)用于精密分析儀器中。
【背景技術(shù)】
[0002]離子(電荷)迀移是基于氣相中不同的氣相離子在電場中迀移速度的差異來對化學離子物質(zhì)進行表征的一項分析技術(shù)。離子流進入電位梯度場(即電場強度E，單位V/cm)中，就可以獲得一恒定的速度(稱之為迀移速度\單位，cm/s)。離子的迀移速度(或迀移速率)Vd和電場強度E成正比，即Vd= KE (K為離子迀移率系數(shù)，單位cm2/V.S)。因此，電場的產(chǎn)生和控制過程對于離子流的檢測非常重要。它可以應(yīng)用于毒品檢測、炸藥檢測等公共安全領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]電荷可以在電場中運動，說明電荷受到了電場力的作用，電場力的大小可以由庫侖定律計算得出。離子運動遵循庫侖定律，高斯定理是庫侖定律的微分形式。高斯定理表明，電場強度對任意封閉曲面的通量只取決于該封閉曲面內(nèi)電荷的代數(shù)和，與閉曲面內(nèi)電荷的分布情況無關(guān)，與閉曲面外電荷的分布情況也無關(guān)。安培環(huán)路定理表明，在靜電場中電場強度沿任意閉合環(huán)路的積分為零。電位相等的點連成的面叫等位面，等位面內(nèi)電場強度相等。電位梯度是電場法線方向的梯度。離子的迀移運動遵循上述原理，離子的迀移速度Vd= KE說明離子的迀移速度和電場強度有關(guān)。若要獲得恒定的離子迀移速度就應(yīng)該有恒定的電場即勻強電場。而勻強電場E=AU/d，AU為電荷兩點間電位差，d為電荷沿兩點間電力線距離。本發(fā)明的電場電位梯度發(fā)生裝置包括電場電位梯度發(fā)生模塊、離子發(fā)生系統(tǒng)以及信號處理系統(tǒng)，離子發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生離子流；電場電位梯度發(fā)生模塊由多個電場環(huán)片和多個絕緣環(huán)體組成，所述多個電場環(huán)片由結(jié)構(gòu)完全相同的金屬環(huán)片構(gòu)成，因為電場環(huán)片內(nèi)電位相等，因此可以構(gòu)成等位面；所述多個絕緣環(huán)體由結(jié)構(gòu)完全相同的絕緣材料構(gòu)成，多個絕緣環(huán)體隔離多個電場環(huán)片，在兩電場環(huán)片間施加等電位差Λ U,整個電場電位梯度發(fā)生模塊產(chǎn)生均勻電場一勻強電場，離子流沿電場方向運動獲得恒定速度，從而可以計算得出離子流的飛行時間，就可以分析出離子的種類，達到對氣體介質(zhì)中的物質(zhì)進行檢測的目的。本發(fā)明中的離子發(fā)生系統(tǒng)可采用放射源、電暈放電源、電噴霧源或光離子化源等，具有產(chǎn)生離子流的功能，在此不做特別限制，接口與本發(fā)明配合即可。信號處理系統(tǒng)采用精密分析儀器信號處理系統(tǒng)生成被檢測物質(zhì)的信息。
[0004]本發(fā)明電場電位梯度發(fā)生裝置的控制方法，包括如下步驟:離子發(fā)生系統(tǒng)開啟，產(chǎn)生離子流進入電場電位梯度發(fā)生模塊；微處理器單元通過電場單元給每兩個電場環(huán)片之間施加等電位差，使電場電位梯度發(fā)生模塊產(chǎn)生均勻電場；離子流在均勻電場力的作用下沿電場方向運動進入信號處理系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:可以分析出離子的種類，達到對氣體介質(zhì)中的物質(zhì)進行檢測的目的。本發(fā)明可以作為分析器應(yīng)用于精密分析儀器中。
【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明電場電位梯度發(fā)生裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0007]圖1a為本發(fā)明中離子發(fā)生系統(tǒng)接口的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖1al為本發(fā)明中A電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖la2為本發(fā)明中A絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖1bl為本發(fā)明中B電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖lb2為本發(fā)明中B絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖1cl為本發(fā)明中C電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖lc2為本發(fā)明中C絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖1dl為本發(fā)明中D電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖ld2為本發(fā)明中D絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖1el為本發(fā)明中E電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖le2為本發(fā)明中E絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖1fl為本發(fā)明中F電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖lf2為本發(fā)明中F絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖1gl為本發(fā)明中G電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖lg2為本發(fā)明中G絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖1hl為本發(fā)明中H電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖lh2為本發(fā)明中H絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖1il為本發(fā)明中I電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖li2為本發(fā)明中I絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖1jl為本發(fā)明中J電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖lj2為本發(fā)明中J絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖1kl為本發(fā)明中K電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖lk2為本發(fā)明中K絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖111為本發(fā)明中L電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖112為本發(fā)明中L絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖1ml為本發(fā)明中M電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖lm2為本發(fā)明中M絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖1nl為本發(fā)明中N電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖1η2為本發(fā)明中N絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖1ol為本發(fā)明中O電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖1ο2為本發(fā)明中O絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖1pl為本發(fā)明中P電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖1ρ2為本發(fā)明中P絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖1ql為本發(fā)明中Q電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖lq2為本發(fā)明中Q絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖1rl為本發(fā)明中R電場環(huán)片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖lr2為本發(fā)明中R絕緣環(huán)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖2為本發(fā)明電場電位梯度發(fā)生裝置的工作原理示意圖。
[0045]圖3為本發(fā)明電場電位梯度發(fā)生裝置的控制電路原理示意圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0047]參見圖1和圖3，其顯示了電場電位梯度發(fā)生裝置各單元的主要構(gòu)成及相互關(guān)聯(lián)。I為離子發(fā)生系統(tǒng)，在本實施例中可采用放射源、電暈放電源、電噴霧源或光離子化源等，具有產(chǎn)生離子流的功能，在此不做特別限制。信號處理系統(tǒng)58為本發(fā)明接入精密分析儀器時的信號處理系統(tǒng)，在此不做特別限制。21為離子發(fā)生系統(tǒng)I與本發(fā)明的接口，如圖1a所示，211為鎖緊環(huán)上沿，與離子發(fā)生系統(tǒng)I緊密配合。212為鎖緊環(huán)下沿，與本發(fā)明電場電位梯度發(fā)生裝置緊密配合。離子流在電場力作用下從中間圓孔通過。在一般情況下，原子量單位為14?500的離子群，在150V/cm?300V/cm的電場中遷移時，遷移速率一般在lm/s?1m/s之間，以此計算出迀移速率系數(shù)K在0.8cm2/V.S?2.4cm2/V.S之間。本實施例中采用的多片電場環(huán)片結(jié)構(gòu)完全相同，采用的多片絕緣環(huán)體結(jié)構(gòu)完全相同。電場環(huán)片與絕緣環(huán)體為一個組合，在電路系統(tǒng)控制下，上下兩片電場環(huán)片形成的電位梯度Λ U完全相同，因此，在整體結(jié)構(gòu)中可產(chǎn)生均勻的勻強電場。本實施例中采用2700V? 3600V高壓，ΛU在150V?200V之間。
[0048]參見圖1al和圖la2，構(gòu)成A電位梯度單元。22為A電場環(huán)片，23為A絕緣環(huán)體。221為A電場環(huán)片基片，在高電位作用下提供均勻電場使離子流從中間圓孔沿電場方向運動。222為引線端，與電路控制系統(tǒng)59中電場單元的Dl處連接，通過此處可以提供高電位產(chǎn)生電場。電路控制系統(tǒng)59控制A電位梯度單元的電位梯度，使其產(chǎn)生勻強電場。A絕緣環(huán)體23采用四氟乙烯材料，233為引線端槽，A電場環(huán)片引線端222從此處通過，231為鎖緊環(huán)上沿，與鎖緊環(huán)下沿212緊密配合。232為鎖緊環(huán)下沿。離子流在電場力作用下從中間圓孔通過。
[0049]參見圖1bl和圖lb2，構(gòu)成B電位梯度單元。24為B電場環(huán)片，25為B絕緣環(huán)體。241為B電場環(huán)片基片，在高電位作用下提供均勻電場使離子流從中間圓孔沿電場方向運動。242為引線端，與電路控制系統(tǒng)59中電場單元的D2處連接，通過此處可以提供高電位產(chǎn)生電場。電路控制系統(tǒng)59控制B電位梯度單元的電位梯度，使其產(chǎn)生勻強電場。B絕緣環(huán)體25采用四氟乙烯材料，253為引線端槽，B電場環(huán)片引線端242從此處通過，251為鎖緊環(huán)上沿，與鎖緊環(huán)下沿232緊密配合。252為鎖緊環(huán)下沿。離子流在電場力作用下從中間圓孔通過。
[0050]參見圖1cl和圖lc2，構(gòu)成C電位梯度單元。26為C電場環(huán)片，27為B絕緣環(huán)體。261為C電場環(huán)片基片，在高電位作用下提供均勻電場使離子流從中間圓孔沿電場方向運動。262為引線端，與電路控制系統(tǒng)59中電場單元的D3處連接，通過此處可以提供高電位產(chǎn)生電場。電路控制系統(tǒng)59控制C電位梯度單元的電位梯度，使其產(chǎn)生勻強電場。C絕緣環(huán)體27采用四氟乙烯材料。273為引線端槽，C電場環(huán)片引線端262從此處通過，271為鎖緊環(huán)上沿，與鎖緊環(huán)下沿252緊密配合。272為鎖緊環(huán)下沿。離子流在電場力作用下從中間圓孔通過。
[0051]參見圖1dl和圖ld2，構(gòu)成D電位梯度單元。28為D電場環(huán)片，29為D絕緣環(huán)體。281為D電場環(huán)片基片，在高電位作用下提供均勻電場使離子流從中間圓孔沿電場方向運動。282為引線端，與電路控制系統(tǒng)59中電場單元的D4處連接，通過此處可以提供高電位產(chǎn)生電場。電路控制系統(tǒng)59控制D電位梯度單元的電位梯度，使其產(chǎn)生勻強電場。D絕緣環(huán)體29采用四氟乙烯材料。293為引線端槽，D電場環(huán)片引線端282從此處通過，291為鎖緊環(huán)上沿，與鎖緊環(huán)下沿272緊密配合。292為鎖緊環(huán)下沿。離子流在電場力作用下從中間圓孔通過。
[0052]參見圖1el和圖le2，構(gòu)成E電位梯度單元。30為E電場環(huán)片，31為E絕緣環(huán)體。301為E電場環(huán)片基片，在高電位作用下提供均勻電場使離子流從中間圓孔沿電場方向運動。302為引線端，與電路控制系統(tǒng)59中電場單元的D5處連接，通過此處可以提供高電位產(chǎn)生電場。電路控制系統(tǒng)59控制E電位梯度單元的電位梯度，使其產(chǎn)生勻強電場。E絕緣環(huán)體31采用四氟乙烯材料。313為引線端槽，E電場環(huán)片引線端302從此處通過，311為鎖緊環(huán)上沿，與鎖緊環(huán)下沿292緊密配合。312為鎖緊環(huán)下沿。離子流在電場力作用下從中間圓孔通過。
[0053]參見圖1fl和圖lf2，構(gòu)成F電位梯度單元。32為F電場環(huán)片，33為F絕緣環(huán)體。321為F電場環(huán)片基片，在高電位作用下提供均勻電場使離子流從中間圓孔沿電場方向運動。322