CN102315075A - 一种用于离子迁移谱仪的迁移管模块 - Google Patents

Abstract

一种用于离子迁移谱仪的迁移管模块，包括：迁移管本体模块；高压电源和门控电路模块；以及前端放大电路模块，其中所述高压电源和门控电路模块和所述前端放大电路模块与所述迁移管本体模块通过电缆形成电连接；所述迁移管模块还包括连接机构，其中高压电源和门控电路模块以及前端放大电路模块通过所述连接机构与迁移管本体模块形成物理以成为一体结构。

Description

一种用于离子迁移谱仪的迁移管模块

技术领域

本发明一种使用传统的离子迁移技术对毒品和爆炸物进行检测的迁移管模块装置，属于安全检测技术领域。

背景技术

离子迁移谱仪是根据不同离子在均匀弱电场下漂移速度不同而实现对离子的分辨。迁移管模块通常由进样器、迁移管、前端放大电路、高压电源和门控电路构成。探测器系统往往体积大，迁移管、前端放大电路、高压电路等各为一体，它们之间的连接复杂。同时由于迁移管具有高温及密封的要求，因此信号从迁移管内引出方法复杂，采用的连接接头往往体积较大且连接复杂。由于系统处理的是极其微弱的电脉冲信号(10^-13库仑)，外界的电磁、振动等都会对探测器系统产生很强的干扰。这些因素都不利于离子迁移探测器的批量生产及广泛推广。

专利4390784中迁移区由陶瓷构成，迁移管的输出信号及高压通过体积很大的密封接头引出管外，由于陶瓷易碎且系统没有进行额外的减震措施，导致系统的抗震能力很差。

专利5162649采用在玻璃管外套电极环的方法建筑迁移区，导致系统的抗震能力极差，同时需要额外地对迁移区进行屏蔽才能工作，使得系统体积增大。同样地将信号引出的连接方法复杂且占用了很大的体积。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种新的迁移管模块，能够有效地提取信号，增加抗干扰能力，并且系统具备一体化的外形结构，方便仪器的维修及零件的更换。

为了达到上述的发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种用于离子迁移谱仪的迁移管模块，包括：

迁移管本体模块；高压电源和门控电路模块；以及前端放大电路模块，其中所述高压电源和门控电路模块和所述前端放大电路模块与所述迁移管本体模块通过电缆形成电连接；

所述迁移管模块还包括连接机构，其中高压电源和门控电路模块以及前端放大电路模块通过所述连接机构与迁移管本体模块形成物理以成为一体结构。

优选的，所述连接机构为所述迁移管本体模块的整体底板，所述高压电源和门控电路模块和所述前端放大电路模块固定到所述整体底板上。

优选的，所述迁移管本体模块包括迁移管、保温加热层、迁移管屏蔽外壳，其中所述迁移管置于保温加热层内，其中所述整体底板与迁移屏蔽外壳连接形成将迁移管置于屏蔽空间内。

优选的，所述迁移管包括迁移管外壳和迁移管管芯，迁移管外壳由金属材料构成。

优选的，所述前端放大电路模块包括前端放大电路底板、前端放大电路板、前端放大电路屏蔽底板、前端放大电路屏蔽盒构成，其中前端放大电路屏蔽底板与前端放大电路屏蔽盒构成屏蔽空间，所述前端放大电路底板、前端放大电路板置于所述屏蔽空间内。

优选的，所述前端放大电路模块还包括针座，利用所述针座将所述前端放大电路板插接到所述前端放大电路底板上。

优选的，所述高压电源和门控电路模块包括高压电路底板、高压电源和门控电路板、高压屏蔽盒，其中高压屏蔽盒与所述整体底板固定连接以形成屏蔽空间，所述高压电路底板以及所述高压电源和门控电路板置于所述屏蔽空间内。

优选的，所述高压电源和门控电路模块还包括针座，利用所述针座将所述高压电源和门控电路板插接到所述高压电路底板上。

优选的，所述前端放大电路模块通过减震橡胶固定连接到迁移管本体模块的所述整体底板上。

优选的，在所述电缆与所述迁移管本体模块、高压电源和门控电路模块、前端放大电路模块的连接接头处采用密封头密封。

优选的，所述电缆与迁移管本体模块的连接接头处的密封头为O型圈，所述O型圈具有中心孔，所述电缆通过所述O型圈的中心孔，通过挤压O型圈而实现密封。

优选的，所述O型圈由氟橡胶、聚四氟或医用硅橡胶材料构成。优选的，所述电缆与前端放大电路模块的连接接头处采用橡胶密封头密封，所述橡胶密封头设置在所述前端放大电路屏蔽底板与前端放大电路底板之间，所述电缆通过所述橡胶密封头焊接到所述前端放大电路底板上，利用所述前端放大电路屏蔽底板与所述前端放大电路底板的挤压，将所述电缆接头密封在所述橡胶密封头内。

优选的，所述电缆与高压电源和门控电路模块的连接接头处采用橡胶密封头密封，所述橡胶密封头设置在所述高压电路底板与所述连接机构之间，所述电缆通过所述橡胶密封头焊接到所述高压电路底板上，利用所述高压电路底板与所述连接机构的挤压，将所述电缆接头密封在所述橡胶密封头内。

优选的，所述橡胶密封头由硅橡胶构成。

本发明的迁移管模块不仅实现了线缆的密封性能，同时减小了体积、成本。并且前端放大电路模块通过减震螺钉固定在整体底板上，由于弱电信号对震动非常敏感，前端放大电路与整体底板之间的减震结构能够有效地减少了振动对电路的影响，从而使信号能够稳定输出。高压电路底板通过螺钉固定在整体底板上，高压、前端放大电路插接在电路底板上，这种插接的连接方便了电路的维修与更换；各个模块的屏蔽结构对外界噪声形成有效的屏蔽；保温加热层套在迁移管壳外，迁移管屏蔽外壳套在保温加热层外面，与整体底板一起屏蔽外接噪声对迁移管产生的影响；多层的金属屏蔽可减少外界对迁移管的噪声干扰，电路的屏蔽盒可减少外界噪声对电路的干扰，使迁移管模块能够长期有效地工作。将迁移管模块整体固定在外围机壳(或机架)上时，固定螺钉采用减震螺钉，能够有效地减少外界对探测器的震动影响。迁移管模块的一体化设计，不仅方便了迁移管模块在整机中的装配与更换，同时还使得迁移管具有良好的抗震、屏蔽效果。

附图说明

从随后结合附图对实施例的描述中，本发明的示例性实施例的这些和/或其他方面和优点将变得显而易见并更容易理解，在附图中：

图1为探测器结构示意图；

图2为管芯结构示意图；

图3为电缆密封头；

图4A、4B为大小封头结构示意图；

图5为前端放大电路模块结构示意图；

图6为高压电源和门控电路模块结构示意图。

具体实施方式

参看图1，迁移管本体模块由迁移管管芯1和迁移管外壳2构成的迁移管、电缆密封头3、电缆4、大小封头5、前端放大电路底板6、高压电路底板7、前端放大电路板8、高压电源和门控电路板9、前放屏蔽盒10、高压屏蔽盒11、前放屏蔽底板12、连接机构13、保温加热层14、迁移管屏蔽外壳15等构成。在本实施例中，连接机构13为整体底板13。

迁移管管芯1如图2所示，由离子源、离子门、迁移区、法拉第盘等构成，法拉第盘输出极弱的电信号，此电信号通过同轴电缆传输到迁移管外，管芯内各个电极通过多芯电缆连接到管外；电缆密封头3由耐高温氟橡胶构成的O型圈，如图3所示，线缆通过O型圈的中心孔，通过挤压O型圈达到密封的目的，其优点是制造成本低、易于操作；电缆4包含连接法拉第盘的同轴电缆及连接管芯各极片的多芯电缆，电缆均带有屏蔽层，因此能有效地屏蔽外界的干扰及芯线高压对管芯内各极片的干扰；大小封头5如图4所示，图4A为小封头结构示意图，图4B为大封头结构示意图，大小封头由医用硅橡胶铸成，侧壁很厚(大约1-3cm)且具有很小的孔，其孔径小于线缆直径，由于橡胶具有很好的弹性，因此线缆能通过此小孔进入到封头内部，侧壁的橡胶通过弹性紧紧地包住线缆外层而达到了密封的目的。

图5为前端放大电路模块的整体结构示意图，电路由前端放大电路底板6、前端放大电路板8、前放屏蔽盒10、前放屏蔽底板12、减震螺钉或减震橡胶16、针座17、小封头5构成，其中前端放大电路底板6的作用是连接外部驱动电源、焊接同轴电缆并将原始信号经过针座传输给前端放大电路板8，前端放大电路板8的作用是整形、滤波、放大弱信号，并输出幅度小于5V的模拟信号，噪声低于10mV的模拟信号；由图可见同轴电缆4通过小封头5后焊接到了前端放大电路底板6上，通过前端放大电路底板6与前放屏蔽底板12的挤压，同轴电缆接头被密封在小封头内，前端放大电路8通过针座17插接到前端放大电路底板6上，前端放大电路底板6通过螺钉固定在前放屏蔽底板12上，前放屏蔽底板通过减震螺钉或减震橡胶16后固定在整体底板13上，从而实现了前端放大电路的减震。

图6为高压电源及门控电路的整体结构示意图，高压电路由高压电源及门控电路底板7、高压电源及门控电路板9、高压屏蔽盒11、大封头5、针座17构成，其中高压电源及门控电路板9的作用是产生迁移管管芯所需的一系列高压，高压电源及门控电路底板7的作用是连接外部驱动电源与控制信号、提供多芯电缆焊孔、将高压通过针座传输给多芯电缆，由图6可见，多芯电缆4通过大封头5后焊接到高压电路底板上，通过高压电路底板7与整体底板13的挤压，多芯电缆接头被密封在大封头内，高压电路9通过针座17插接到高压电路底板7上，高压电路底板通过螺钉固定在整体底板13上。

迁移管中法拉第盘输出极弱的电信号，此电信号经由同轴电缆4被输送到迁移管外，管内各个电极片的电压由连接到高压电路底板的多芯电缆4供给，电缆4穿越迁移管壳2尾部的金属密封盖的走线孔后被引出迁移管，通过电缆密封头3密封金属密封盖的走线孔，而金属密封盖通过O型圈密封管壳2；迁移管的输出信号的连接采用了同轴电路、高压电源与门控电路信号连接采用了屏蔽多芯线缆，不用复杂的密封接插头，不仅简化了设计及工艺难度，还减少了空间及体积。引出迁移管的同轴电缆4最终连接到前端放大电路底板6上，而多芯电缆4则焊接在高压电源及门控电路底板7上，在前端放大电路与高压电源及门控电路中均采用了大小封头来密封电缆4的焊接头，不仅实现了迁移管的密封性能，同时减小了体积、成本。前放屏蔽底板12与整体底板13之间使用了减震螺钉或减震橡胶，此设计能够有效地屏蔽外界振动对前端放大电路的干扰；前端放大电路与高压电源及门控电路都采用了电路插接的方式与各自的安装底板连接，这使得电路的维修与更换非常方便；高压电路、前端放大电路被外屏蔽盒10、11包围，迁移管被迁移管屏蔽外壳15包围，考虑到具有一定防腐蚀性能、重量及材料加工成本，选用铝镀镍材料，金属屏蔽可有效地减少外界对迁移管及电路的噪声干扰，使探测器系统能够长期有效地工作。迁移管与高压电路、前端放大电路固定在整体底板13的上下面上，使得系统能够成为一个整体模块，这不仅方便了探测器在机壳中的装配与更换，同时还使得探测器具有良好的抗震、屏蔽效果。当系统固定在机壳或机架上时，采用减震螺钉，以减少外界振动对探测器系统的影响。

尽管已经示出并描述了本发明的实施例，然而本领域的技术人员可以了解，在不脱离本发明的原理和精髓的情况下可以对所述实施例作出变化，本发明的保护范围限定在权利要求及其等同物中。

Claims (15)

1.一种用于离子迁移谱仪的迁移管模块，包括：

迁移管本体模块；高压电源和门控电路模块；以及前端放大电路模块，其中所述高压电源和门控电路模块和所述前端放大电路模块与所述迁移管本体模块通过电缆形成电连接；

所述迁移管模块还包括连接机构，其中高压电源和门控电路模块以及前端放大电路模块通过所述连接机构与迁移管本体模块形成物理以成为一体结构。

2.根据权利要求1所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述连接机构为所述迁移管本体模块的整体底板，所述高压电源和门控电路模块和所述前端放大电路模块固定到所述整体底板上。

3.根据权利要求2所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述迁移管本体模块包括迁移管、保温加热层、迁移管屏蔽外壳，其中所述迁移管置于保温加热层内，

其中所述整体底板与迁移屏蔽外壳连接形成将保温加热层置于其内的迁移管屏蔽空间。

4.根据权利要求3所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述迁移管包括迁移管外壳和迁移管管芯，迁移管外壳由金属材料构成。

5.根据权利要求1或2所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述前端放大电路模块包括前端放大电路底板、前端放大电路板、前端放大电路屏蔽底板、前端放大电路屏蔽盒构成，

其中前端放大电路屏蔽底板与前端放大电路屏蔽盒构成屏蔽空间，所述前端放大电路底板、前端放大电路板置于所述屏蔽空间内。

6.根据权利要求5所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述前端放大电路模块还包括针座，利用所述针座将所述前端放大电路板插接到所述前端放大电路底板上。

7.根据权利要求2所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述高压电源和门控电路模块包括高压电路底板、高压电源和门控电路板、高压屏蔽盒，

其中高压屏蔽盒与所述整体底板固定连接以形成屏蔽空间，所述高压电路底板以及所述高压电源和门控电路板置于所述屏蔽空间内。

8.根据权利要求7所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述高压电源和门控电路模块还包括针座，利用所述针座将所述高压电源和门控电路板插接到所述高压电路底板上。

9.根据权利要求2所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述前端放大电路模块通过减震橡胶固定连接到迁移管本体模块的所述整体底板上。

10.根据权利要求1或2所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

在所述电缆与所述迁移管本体模块、高压电源和门控电路模块、前端放大电路模块的连接接头处采用密封头密封。

11.根据权利要求9所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述电缆与迁移管本体模块的连接接头处的密封头为O型圈，所述O型圈具有中心孔，所述电缆通过所述O型圈的中心孔，通过挤压O型圈而实现密封。

12.根据权利要求11所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述O型圈由氟橡胶、聚四氟材料或医用硅橡胶构成。

13.根据权利要求5所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述电缆与前端放大电路模块的连接接头处采用橡胶密封头密封，所述橡胶密封头设置在所述前端放大电路屏蔽底板与前端放大电路底板之间，所述电缆通过所述橡胶密封头焊接到所述前端放大电路底板上，利用所述前端放大电路屏蔽底板与所述前端放大电路底板的挤压，将所述电缆接头密封在所述橡胶密封头内。

14.根据权利要求7所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述电缆与高压电源和门控电路模块的连接接头处采用橡胶密封头密封，所述橡胶密封头设置在所述高压电路底板与所述连接机构之间，所述电缆通过所述橡胶密封头焊接到所述高压电路底板上，利用所述高压电路底板与所述连接机构的挤压，将所述电缆接头密封在所述橡胶密封头内。

15.根据权利要求13或14所述的用于离子迁移谱仪的迁移管模块，其中：

所述橡胶密封头由硅橡胶构成。

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