CN105185506A - 分析仪器电感器和用于制造其的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种分析仪器电感器，其可以包括绕基体扎成捆的引线导电材料。提供的分析仪器电感器还可以包括：管状基体，其限定从基体的芯部向外延伸的多个凸缘，其中相对的凸缘限定芯部的部分；至少一对引线绕芯部的第一部分、并且在至少两个凸缘之间缠绕，所述至少一对引线延伸到、并且绕芯部的第二部分缠绕；并且其中一对引线操作地联接到分析仪器以提供电感。提供一种用于制备仪器电感器的方法。该方法可以包括绕中空芯部的基体的多个外部开口、并且在所述多个外部开口内将引线扎成捆；并且跨开口而连接捆中的每个。

Description

分析仪器电感器和用于制造其的方法

技术领域

本公开总体涉及分析仪器，且在特别的实施例中，涉及依赖于电子技术的分析仪器。本发明的特别方面涉及分析仪器电感器和用于生产其的方法。

背景技术

分析仪器，诸如质谱分析仪器，通常利用诸如RF电感器这样的电感器，其包括用于产生分析仪器所要求的信号的共振电路。在特别的示例使用中，RF信号被许多质谱分析仪所需，并且例如用于产生波形。本领域需要设计更小的分析仪器以使得他们可以手持并且更为便携。本公开提供了一种新颖的电感器设计，其可以被利用在分析仪器中，并且在特别的实施例中是被利用在质谱分析仪器中。

发明内容

提供的分析仪器电感器可以包括绕基体扎成捆的引线导电材料。基体可以限定绕中空芯部的多个开口，开口中的每个容纳多个扎成捆的引线并且每捆连接有跨开口的引线。

提供的分析仪器电感器可以包括：管状基体，限定从基体的芯部向外延伸的凸缘，其中相对的凸缘限定芯部的部分；至少一对引线绕芯部的第一部分、并且在至少两个凸缘之间缠绕；并且其中一对引线操作地联接到分析仪以提供电感(inductance)。

提供用于制造仪器电感器的方法。该方法包括相对于且在多个空心基体的外部开口中将引线扎成捆；并且跨开口而连接捆中的每个。

附图说明

本公开的实施例参照下列附图而在下文进行描述。

图1是根据本公开的实施例的仪器的示意图。

图2是根据本公开的实施例的RF子系统的电路图。

图3是根据本公开的实施例的线圈的基体的示意图。

图4是根据本公开的实施例的基体和绕基体的线圈构件的另一示意图。

图5是根据本公开的实施例的、具有绕其的线圈的基体的另一示意图。

图6是根据本公开的实施例的处于一个阶段的线圈制备方法的示意图。

图7是根据本公开的实施例的处于另一阶段的线圈制备方法的示意图。

图8是根据本公开的实施例的处于又一阶段的线圈制备方法的示意图。

图9-30是根据本公开的实施例的处于制备的渐进阶段的线圈的示意图。

图31是利用本公开的线圈的性能数据。

图32是利用本公开的线圈的附加的性能数据。

图33是利用本公开的线圈的附加的性能数据。

图34是利用本公开的线圈的附加的性能数据。

具体实施方式

本公开是基于推进美国专利法中的立法目的“为促进科学和有用领域的进步”(第1章，第8节)而提交的。

本公开将参照图1-34进行描述。首先参照图1，示例仪器10由示意图示出。示例仪器10可以被配置为质谱分析仪，并且该质谱分析仪可包括若干部件。示例部件可以包括样品制备离子化部件14、包括质量分离器的质量分析仪部件16、以及检测器部件18。这三个部件14、16、18可以被联接到处理和控制单元。2009年09月01日公布的美国专利7,582,867中描述了这些仪器，所述专利的全部内容通过引用而并入本文。

该仪器独特之处在于其包含的电感器可被用于产生RF信号，该信号可被用于指示质量分离参数。其他利用该电感器的仪器可包括、但不限于核磁共振和/或比如哪些使用小于1.6mHz的低频仪器。

参照图2，示出的示例电路包括RF放大器、反馈和储能电路。储能电路可以是如示出的线圈，并且该线圈在现有技术中被配置为螺线管电感器或线圈。在现有技术中，典型的设计是利用空气芯部电感器来防止磁饱和。

参照图3，示出了可以用于本公开的电感器的基体。基体30被描述为用于在其上安装金属线圈的圆形或管状设计的基体的横截面。金属线圈的安装可以包括绕基体捆绑引线。该引线可以是成对的，并且可包括多对引线。

基体30包括中央圆柱体32，其可具有从其延伸的一个或多个凸缘34。一组凸缘34内可以是最外侧部分上的限制凸缘36、以及内部凸缘38。如可见的是，限制凸缘36可具有的宽度和深度显著地大于内部凸缘38的宽度和深度。圆柱体和凸缘的组合可以限定绕中央圆柱体32的中空芯部的基体的开口37。如可见的是，基体可以是大体上管状的，并且基体也可以是绝缘的。

例如，凸缘可以限定芯部43的部分。至少一对引线可以绕芯部的第一部分、并且在至少两个凸缘之间被缠绕。该对引线可以延伸到芯部的第二部分，并且绕芯部的第二部分缠绕。芯部的第一和第二部分可由至少三个凸缘限定。

电感器可以包括绕芯部的第三部分、并且在至少两个凸缘之间缠绕的另一对引线。限定芯部的第三部分的两个凸缘中的一个可以是限定芯部的第一部分的两个凸缘中的一个。另一对引线可以延伸到芯部的第四部分，并且绕芯部的第四部分缠绕。根据示例实施方式，由凸缘限定偶数个芯部的部分。基体还可以限定出两个区段，每个区段包括芯部的部分的一半。

根据示例的实施方式，凸缘可以从中央管状结构体32的外部延伸出大约0.3英寸。从凸缘边缘延伸到相对的凸缘边缘的横截面中整个宽度可以大约是1英寸，并且圆柱基体的整个长度可以大约是1.6英寸。根据示例实施方式，一组凸缘34从整个结构体的任一端起对齐至约0.5英寸，因而占据大约0.6英寸。每个个体凸缘在深度上大约是0.025英寸，并且凸缘之间在宽度上的空间大约是0.055英寸。根据示例实施方式，较大边缘的结构体凸缘36可以在宽度上大约是0.080英寸。根据示例实施方式，中央管状结构体32的深度或外部周界可以大约是0.375英寸宽，具有约0.228英寸的开口。

下面参照图4，示出了具有扎成捆的引线42在其中的结构体40的横截面图。在该横截面图中，多个扎成捆的引线可以安置在限定于凸缘44之间的相对开口中的每个中。如可见的，每个个体开口或槽中扎成捆的引线中的每个经由一根跨越到相邻槽中的引线相连，并且继而在相邻的槽中提供附加的捆。因此，使用缠绕的引线的捆可以逐步地建立，并且得到的结构体中可以将第一匝尽可能地远离第二匝移除，移除的距离由结构体指示。

接下来参照图5，示出了结构体50的另一示例(导体为2型绞合线、34AWG26/48、红单聚亚安酯、0.002″到0.0012″+0.002″/-0.004″PFA护套)，其显示了凸缘结构体52和其中扎成捆的引线54的关系。如在该结构体中标示的，提供了一定的尺寸，并且这些尺寸如下：

参数(英寸)	值	说明
			OD(英寸)	1.000	导体的外直径
ID(英寸)	0.400	导体的内直径
			w(英寸)	0.055
s	6	槽的数量
			p(英寸)	0.080	槽的节距
Pf(每平方英寸中的匝数)	3455	填充因子(实验地确定的)

接下来参照图6，提供根据本公开的实施例的、制备线圈的工艺步骤。根据本公开的该实施例，可以制备用于四绕组电感器(带中间抽头的双股线)的六槽线圈。示出的垫片可被利用在绕具有缠绕在其上的引线的凹部的相对的凹部上。例如，垫片可防止在缠绕的过程中，压坏凹部的凸缘的缠绕。如可以在图6中看出的，线圈可以安装到固定夹具上，并且该线圈相对于一个轴线旋转以在线圈的槽内牵引引线。结构体60可以具有穿过其延伸的槽62。槽62可以被利用以允许单根引线在结构体62内的不同空间之间交叉，以允许该单根引线在捆之间交叉。

接下来参照图7，示出了处于另一工艺阶段中的结构体66。如所示，结构体66包括管状构件70，其可以被利用以提供将线圈从基座(stock)转移到结构体66。

接下来再参照图8，示出的结构体68处于完成的形式。根据示例实施方式并且根据工艺的其他阶段，图9到30示例说明了处于不同工艺阶段的单个结构体。如可见的，第一对引线绕基体的一个区段的部分缠绕，并且继而第二对引线绕基体的另一个区段缠绕。为了有助于电感器的制备，将垫片放置在凸缘之间的开口中，和/或在部分上，以便于在特定的部分中进行引线的捆绑。

工艺开始于图9中线圈的基体。在图10中，示出了开始缠绕双股线，引线的开始端从槽的底端经过到左端并被固定到轴上。

接下来参照图11，在所有的空槽中增设垫片以防止在缠绕时塑料壁弯折(bowingout)。垫片槽的取向可以与轴向切割穿过槽壁的方向相反。图12描述了在第一槽中缠绕预定数量匝数，同时小心而不使缠绕妨碍垫片。在图13和14中，所选择的垫片可以移除用于观察(inspection)下一步骤，继而缠绕可以按照从第一槽的顶部到第二槽的底部的路线缠绕。这沿着轴向切割穿过槽的壁发生。

参照图15和16，垫片可以被放回基体以防止当缠绕时将槽弯折，并且继而在图17和18中，垫片可以被移除以完成结构体的一侧的缠绕。参照图19-21，缠绕可以被完成，继而通过使它们穿过侧壁的孔而端接，继而随意(snug)拉伸穿过。

接下来参照图22-30，像上面一样，结构体上从中间看，相对的一半为制备好的缠绕。在完成缠绕时，管(tubing)可以被放置在用于每相对的线圈的两对中间抽头导体上。

接下来参照图31-34，本公开的电感线圈的特征在于具有下列性能。在图31中，测量了作为铁粉芯部位置相对于匝数的函数的线圈的Q因子，匝数从线图形式的平齐的面被插入。类似地，图32、33和34分别示出了谐振频率、电感以及计算得到的系统电容作为芯部位置的函数关系。

依照法规，这里用文字或多或少地描述的本发明的实施例是结构上的和方法的特征。然而，理解的是，整个发明并不因为所公开的实施例包括使得本发明有效的形式，而局限于示出的和/或描述的具体特征和/或实施例。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年05月12日提交、申请号为61/991,835的美国临时专利申请的优先权，所述申请的全部内容通过引用并入本文。

基于联邦政府资助的研究和发展的发明的权利声明

本发明依托政府支持的由美国国土安全部、科学技术理事会、爆破部(ExplosivesDivision)授权签订的合约HSHQDC-09-00057完成。政府在本发明中具有一定的权利。

Claims (17)

1.一种分析仪器电感器，其具有绕基体扎成捆的引线导电材料，所述基体限定绕中空芯部的多个开口，所述开口中的每个限制多个扎成捆的引线，其中每捆借助跨所述开口的引线而连接。

2.如权利要求1所述的仪器，其中所述基体大体上是管状的。

3.如权利要求1所述的仪器，其中所述基体是绝缘的。

4.如权利要求1所述的仪器，其中所述仪器被配置为进行质量分离。

5.如权利要求1所述的仪器，其中所述仪器被配置为使用圆柱形离子阱来进行质量分离。

6.一种分析仪器电感器，包括：

管状基体，其限定从所述基体的芯部向外延伸的多个凸缘，其中相对的凸缘限定所述芯部的部分；

至少一对引线，其绕所述芯部的第一部分、并且在至少两个凸缘之间缠绕，所述一对引线延伸到所述芯部的第二部分、并且绕所述芯部的第二部分缠绕；并且

其中，所述一对引线被操作地联接到分析仪器以提供电感。

7.如权利要求6所述的分析仪器电感器，其中所述凸缘中的至少一些通常从所述管状基体的轴线延伸。

8.如权利要求6所述的分析仪器电感器，其中所述凸缘中的每个限定凹部。

9.如权利要求8所述的分析仪器电感器，其中所述凹部中的每个沿着所述管状基体的长度对齐。

10.如权利要求6所述的分析仪器电感器，其中所述芯部的第一和第二部分由至少三个凸缘限定。

11.如权利要求6所述的分析仪器电感器，还包括绕所述芯部的第三部分、并且在至少两个凸缘之间缠绕的另一对引线，所述另一对引线延伸到所述芯部的第四部分、并且绕所述芯部的第四部分缠绕；并且

其中，所述另一对引线操作地联接到所述分析仪器以提供电感。

12.如权利要求11所述的分析仪器电感器，其中所述芯部的偶数部分由相对的凸缘限定，所述基体还由两个区段限定，每个区段包括所述芯部的部分的一半。

13.如权利要求12所述的分析仪器电感器，其中第一对引线绕一个区段的部分缠绕，并且另一对引线绕另一个区段的部分缠绕。

14.一种用于制备仪器电感器的方法，所述方法包括绕中空芯部的基体的多个外部开口、并且在所述多个外部开口内将引线扎成捆；并且跨所述开口而连接所述捆中的每个。

15.如权利要求14所述的方法，还包括提供至少一对引线，并且将所述一对引线在所述中空芯部的基体的第一开口内扎成捆，并且将所述一对引线延伸到中空芯部的基体的第二开口中、并且将它们在所述中空芯部的基体的第二开口中扎成捆。

16.如权利要求15所述的方法，还包括在其中未有扎成捆的一对引线的基体的开口中提供垫片。

17.如权利要求15所述的方法，还包括提供至少另一对引线，并且将所述另一对引线在所述中空芯部的基体的第三开口内扎成捆，并且将所述另一对引线延伸到中空芯部的基体的第四开口中、并且将它们在所述中空芯部的基体的第四开口中扎成捆。