CN105225916B - 实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子高压电源及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子的高压电源，包括控制区高压和漂移区高压两部分，高压电源还包括高压正负极性切换控制机构，高压正负极性切换控制机构在离子迁移谱仪单次分析过程中将正负高压先后加到漂移管上，且在正或负高压下控制离子阱、门的时序，有效地完成单次分析过程中对正负离子的同时检测，控制区高压和漂移区高压由两个不同的DC‑DC模块转换而成，相同的直压输入，不同的高压输出，输出的高压分别加到漂移管的控制区与漂移区。采用本发明提供的方案，能够实现单管离子迁移谱在一次分析10秒钟的时间内进行40次以上的正负模式切换，交替进行正负离子的检测，同时给出正负离子的检测结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种离子检测技术的高压电源，具体来说涉及一种离子迁移谱仪单管同时检测正负离子的高压电源。
背景技术
离子迁移谱技术是国外上世纪70年代出现的一种分离检测技术，其基本原理是：对固体颗粒或液体样品解析气化，气化之后的样品在进样气的引导作用下进入电离室发生离子化反应，当电离门打开时，离子化的样品进入漂移区，在外加电场的作用下迁移，根据迁移时间实现分子的辨别。
离子迁移谱仪中的核心部件为离子漂移管；当施加在漂移管上的高压为正高压时，仪器工作在正模式下，可以完成对正离子的检测，主要针对毒品、化学毒剂及有毒有害气体和极个别爆炸物的检测；当施加在漂移管上的高压为负高压时，仪器工作在负模式下，可以完成对负离子的检测，主要针对大多数爆炸物的检测。
在安检领域中，针对爆炸物、毒品、化学毒剂及有毒有害气体等的检测是极为重要的工作。由于离子迁移谱技术具有快速、灵敏和适于现场工作等特点，出现了很多检测爆炸物或毒品的离子迁移谱仪。
参见图1，为传统离子漂移管的结构，其由进样口、电离样品分子的电离室、离子门、漂移区和探测器等部分组成。离子门由两片贴近的金属网组成，当Vg<Vd时，离子门打开；反之，离子门关闭。在离子门与电离室之间区域为富集样品离子的离子阱。漂移区上施加一定强度的匀强电场；样品离子在电场的牵引下，与前进方向相反的漂移气的作用下，先后到达检测器；其中，漂移所用的时间为样品分子的定性依据。
参见图2，当高压电源负极接地，正极接漂移管最高压Vh，此时漂移管工作在正模式下，可以完成对正离子的检测；当高压电源正极接地，负极接漂移管最高压Vh，此时漂移管工作在负模式下，可以完成对负离子的检测。
这种传统的离子迁移谱仪一次分析只能工作在一种模式下，给仪器的现场使用带来一定不便。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子的高压电源，以解决现有技术中的离子迁移谱仪一次分析只能工作在一种模式下，给仪器的现场使用带来不便的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子的高压电源，包括控制区高压和漂移区高压两部分，该高压电源还包括高压正负极性切换控制机构，所述的高压正负极性切换控制机构在离子迁移谱仪单次分析过程中将正负高压先后加到漂移管上，且在正或负高压下控制离子阱、门的时序，有效地完成单次分析过程中对正负离子的同时检测。
进一步的，所述的控制区高压和漂移区高压由两个不同的DC-DC模块转换而成，相同的直压输入，不同的高压输出；输出的高压分别加到漂移管的控制区与漂移区，由此实现了控制区高压与漂移区高压的隔离，避免了控制区高压与漂移区高压的相互影响。
进一步的，所述的控制区高压经容值相等的串联高压电容器连接到漂移管的高压、离子阱、门前及门的探针上，每个电容器上的分压相同；几个相同的电容器上的电压叠加，实现了电压的升高；由此倍压法分压与升压代替传统方法中通过分压电阻分压的办法。
进一步的，漂移区高压直接连接到漂移管漂移区的内部电阻，形成匀强电场。
在本发明的优选实施例中，所述的高压正负极性切换控制机构由继电器切换电路与可编程逻辑器件CPLD控制电路组成；通过相应的继电器有序开合，控制高压电源正负交替地加到漂移管的两端；由此完成单次分析中同时检测正负离子。
进一步的，所述的高压正负极性切换控制机构在控制区包含八个继电器，通过每四个继电器的通与断，分别用于最高压、离子阱、门前及离子门在正或负模式下的切换。
进一步的，所述的高压正负极性切换控制机构在漂移区包含六个继电器，通过每三个继电器的通与断，分别用于漂移区前、漂移区后与接地端在正或负模式下的切换。
更进一步的，高压正负极性切换控制机构控制高压的方法为：通过继电器先连通漂移区的高压，再连通控制区的高压；高压极性切换时，通过继电器先关闭控制区的高压，再关闭漂移区的高压；高压电源关断完成后，再打开另一极性的高压电源；高压一次关断与重启到稳定的时间Δt为高压极性切换的间隔时间。
本发明提供的方案，在仅有一根离子漂移管的情况下，实现离子迁移谱仪交替工作在正、负模式下，完成单次分析中同时检测正负离子。
采用本发明提供的方案，能够实现传统单管离子迁移谱在一次分析10秒钟的时间内进行40次以上的正负模式切换，交替进行正负离子的检测，同时给出正负离子的检测结果，达到同时检测爆炸物、毒品、化学毒剂及有毒有害气体的目的，为安检工作提供便利。
本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1为传统离子漂移管结构；
图2为传统离子漂移管的高压电源与工作模式；
图3为本发明离子漂移管高压电源电路原理图；
图4为本发明离子漂移管高压电源极性切换的控制电路。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。
本发明在不改变传统离子迁移管结构的情况下，通过对高压电源进行改进，将高压电源的正负极交替连接到漂移管的接地与最高压端，同时漂移管上的每一个探针使用两个继电器进行切换，当一个继电器断开而另一个继电器开启之前，漂移管上的余电可以快速放空；从而实现高压电源极性在正负之间快速切换，完成单次分析中对正负离子的同时检测。
参见图3，其所示为一种能实现上述方案的离子迁移管高压电源的电路原理图。
由图可知，高压电源由两个DC/DC转换模块产生，输入电压相同；输出高压根据需要进一步调整。两个DC/DC转换模块的输出电压分别加到漂移管的控制区与漂移区。由此，控制区电压与漂移区电压相互隔离，避免了相互干扰。控制区采用几个相同的电容器进行分压与升压，代替了传统的分压电阻分压法。
其中，漂移区分布三个探针(参见图4)，分别为漂移区前、后电压Va、Vb，接地端V0。漂移区高压通过两组继电器Ka、Ko将正负极交替接到漂移区前Va、接地端V0上。
另外，控制区分布四个探针，分别为最高压Vh、离子阱Vi、门前Vd及离子门Vg。控制区通过五组继电器Kh、Ki、Kd、Kg、Ka'将正负极交替接到最高压Vh、离子阱Vi、门前Vd、离子门Vg及漂移区前Va等各探针上；此时，控制区电压叠加到漂移区电压上，Vh处的电压绝对值为最大，从而在漂移管内部形成控制区电场。
完整地，高压电源供电时，先连通漂移区电压，再连通控制区电压；极性切换时，若此时为正极性，需先切断正高压，再连通负高压，组继电器一关一开的时间内，放空电路与漂移管上的余电,这个时间即为正负切换的耗时Δt。高压电源断电时，须先断开控制区电压，再断开漂移区电压，然后再按上述供电顺序依次连通漂移区与控制区电压。
具体地，由可编程器件CPLD控制继电器Ko-1、Ka-1打开(Ko-2、Ka-2为关闭状态)，漂移区高压供上；紧接着打开继电器Ka'-1、Kg-1、Kd-1、Ki-1、Kh-1(Ka'-2、Kg-2、Kd-2、Ki-2、Kh-2为关闭状态)，控制区高压供上；漂移区高压与控制区高压串联相接，高压电源的负极接地，正极与漂移管的最高压端相连；此时，漂移管工作在正模式下。
重要地，漂移管的模式切换时，由目前的正模式切换到负模式时，需先切断正高压，再连通负高压。
具体地，CPLD控制继电器Kh-1、Ki-1、Kd-1、Kg-1、Ka'-1关断(Kh-2、Ki-2、Kd-2、Kg-2、Ka'-2仍保持关闭)，控制区高压先断开；紧接着断开继电器Ka-1、Ko-1(Ka-2、Ko-2仍保持关闭)，漂移区电压关断；此时，漂移管处于模式切换状态。
紧接着，CPLD控制继电器Ka-2、Ko-2(Ka-1、Ko-1为关闭状态)打开，连通漂移区电压；然后再控制继电器Kh-2、Ki-2、Kd-2、Kg-2、Ka'-2(Kh-1、Ki-1、Kd-1、Kg-1、Ka'-1为关闭状态)打开，连通控制区电压；此时，漂移管工作在负模式下。
至此，高压电源完成了一次正负切换；实际工作时，高压电源按照上述步骤连续操作，实现漂移管交替工作下正负模式下，从而单次分析完毕就能同时给出正负离子检测结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (8)
1.实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子高压电源，包括控制区高压和漂移区高压两部分，其特征在于，该高压电源还包括高压正负极性切换控制机构，所述的高压正负极性切换控制机构在离子迁移谱仪单次分析过程中将正负高压先后加到漂移管上，且在正或负高压下控制离子阱、门的时序，有效地完成单次分析过程中对正负离子的同时检测；所述的控制区高压和漂移区高压由两个不同的DC-DC模块转换而成，相同的直压输入，不同的高压输出；输出的高压分别加到漂移管的控制区与漂移区。
2.根据权利要求1所述的实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子高压电源，其特征在于，所述的控制区高压经容值相等的串联高压电容器连接到漂移管的高压、离子阱、门前及门的探针上，每个电容器上的分压相同；几个相同的电容器上的电压叠加，实现了电压的升高。
3.根据权利要求1所述的实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子高压电源，其特征在于，漂移区高压直接连接到漂移管漂移区的内部电阻，形成匀强电场。
4.根据权利要求1所述的实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子高压电源，其特征在于，所述的高压正负极性切换控制机构由继电器切换电路与可编程逻辑器件CPLD控制电路组成；通过相应的继电器有序开合，控制高压电源正负交替地加到漂移管的两端；由此完成单次分析中同时检测正负离子。
5.根据权利要求4所述的实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子的高压电源，其特征在于，所述的高压正负极性切换控制机构在控制区包含八个继电器，通过每四个继电器的通与断，分别用于最高压、离子阱、门前及离子门在正或负模式下的切换。
6.根据权利要求4所述的实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子高压电源，其特征在于，所述的高压正负极性切换控制机构在漂移区包含六个继电器，通过每三个继电器的通与断，分别用于漂移区前、漂移区后与接地端在正或负模式下的切换。
7.根据权利要求4所述的实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子高压电源，其特征在于，继电器为耐高压的干簧继电器。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的实现单管离子迁移谱仪同时检测正负离子高压电源的高压正负极性切换控制机构的控制高压的方法：通过继电器先连通漂移区的高压，再连通控制区的高压；高压极性切换时，通过继电器先关闭控制区的高压，再关闭漂移区的高压；高压电源关断完成后，再打开另一极性的高压电源；高压一次关断与重启到稳定的时间Δt为高压极性切换的间隔时间。
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