CN107785229B - 导引杆的射频电源、调谐方法及质谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导引杆的射频电源、调谐方法及质谱仪。其中，导引杆的射频电源包括：上位机，用于扫频并锁定谐振的频率点，并下发射频的频率和幅值控制命令；控制与信号处理单元，用于在上位机的控制下生成频率和幅值均受控于控制命令的射频信号；功率放大单元，以对射频信号进行射频功率放大；升压与辅助调谐单元，用于对经过功率放大单元放大后的射频信号进行升压及电容辅助调谐，以输出用于驱动导引杆的射频电压。本发明的导引杆的射频电源具有体积小、成本低、调谐范围宽且调谐方便的优点，可用于驱动多种不同规格的导引杆(如六级杆或八级杆)，并通过调频调谐与电容辅助调谐相结合的方式实现快速调谐。

Description

导引杆的射频电源、调谐方法及质谱仪

技术领域

本发明涉及质谱技术领域，特别涉及一种用于质谱仪的导引杆射频电源、调谐方法及质谱仪。

背景技术

质谱仪一般由取样孔、漏勺、离子导向装置和离子透镜等组成。其中，离子导向装置是传输离子的部件。离子导向装置不仅用于传输离子，还可降低离子的空间发散度和能量发散度，以减少离子在传输中的损失。随着离子光学理论的发展和完善，出现多种形状和原理各不相同的离子导向装置。其中，多级杆是目前发展比较成熟的一类离子导向装置，多级杆是四级杆、六级杆和八极杆等导引杆的总称，因结构简单、离子通过率高，在无机、有机和生物质谱仪器中均得到了广泛应用。

相关技术中，多级杆离子导向装置的驱动装置为幅度可调的单频射频电源，其结构如图1所示，振荡器产生频率稳定性高、固定振幅的正弦波信号，此正弦波信号与直流可调电压通过模拟乘法器芯片相乘输出幅度可调的射频小信号；此射频小信号通过功率放大器和谐振电路，产生射频高压驱动多级杆。

多级杆为射频电源的驱动对象，可以等效为谐振电路中的一个电容，此等效电容与谐振电路中可调电容为并联关系。通过调节谐振电路中可调电容的容值，使其工作在谐振状态，此时射频电源可在最小输出功率下获得最大的幅值。定频调容是射频电源的常用调谐方法，但在调谐电路中需要一个体积庞大的可调电容器。

质谱仪在实际使用过程中，有时需要切换不同规格的多级杆(四级杆、六级杆、八级杆或其它)。作为选质用的四级杆离子导向装置，四级杆及驱动其的射频电源通常一体出现，调谐时可调电容微调即可，然而这种射频电源价格昂贵。但是，六级杆或八级杆离子导向装置中六级杆或八级杆多自行设计加工，体积、大小各异，其等效电容值的差异也很大。如果利用驱动四级杆的射频电源来驱动六级杆或八级杆的话，除了成本高之外，驱动四级杆的射频电源的调谐范围也覆盖不了大多数的导引杆。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种导引杆的射频电源。该导引杆的射频电源具有体积小、成本低、调谐范围宽且调谐方便的优点，可用于驱动多种不同规格的导引杆(如六级杆或八级杆)，并通过调频调谐与电容辅助调谐相结合的方式实现快速调谐。

本发明的另一个目的在于提供一种质谱仪。

本发明的再一个目的在于提供一种导引杆的射频电源的调谐方法。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种导引杆的射频电源，包括：上位机，用于扫频并锁定谐振的频率点，并下发射频的频率和幅值控制命令，；控制与信号处理单元，所述控制与信号处理单元与所述上位机相连，用于在所述上位机的控制下生成频率和幅值均受控于所述控制命令的射频信号；功率放大单元，所述功率放大单元与所述控制与信号处理单元相连，以对所述射频信号进行射频功率放大；升压与辅助调谐单元，所述升压与辅助调谐单元与所述功率放大单元相连，用于对经过所述功率放大单元放大后的射频信号进行升压及电容辅助调谐，以输出用于驱动导引杆的射频电压。

本发明实施例的导引杆的射频电源具有体积小、成本低、调谐范围宽且调谐方便的优点，可用于驱动多种不同规格的导引杆(如六级杆或八级杆)，并通过调频调谐与电容辅助调谐相结合的方式实现快速调谐。

在一些示例中，所述控制与信号处理单元包括：FPGA电路，所述FPGA电路与所述上位机通信；DAC数模转换芯片，所述DAC数模转换芯片与所述FPGA电路相连，以生成幅值受控于所述控制命令的电压设定值；DDS波形发生器，所述DDS波形发生器与所述FPGA电路相连，以生成频率受控于所述控制命令的正弦波信号；乘法器，所述乘法器根据所述电压设定值和所述正弦波信号生成所述射频信号。

在一些示例中，还包括：采样检波单元，所述采样检波单元分别与所述控制与信号处理单元和所述升压与辅助调谐单元相连，用于采集所述升压与辅助调谐单元输出的射频电压，并对所述射频电压进行峰值检波。

在一些示例中，所述采样检波单元包括：射频采样电路，所述射频采样电路与所述升压与辅助调谐单元相连，以采集所述升压与辅助调谐单元输出的射频电压；峰值检波电路，所述峰值检波电路分别与所述射频采样电路和所述控制与信号处理单元相连，以对所述射频电压进行峰值检波，并反馈给所述控制与信号处理单元。

在一些示例中，所述控制与信号处理单元还包括：运算放大器，所述运算放大器的负输入端与所述峰值检波电路相连且正输入端与所述DAC数模转换芯片相连，所述运算放大器的输出端与所述乘法器相连；ADC模数转换芯片，所述ADC模数转换芯片分别与所述峰值检波电路和所述FPGA电路相连，以通过所述FPGA电路向所述上位机反馈所述射频电压的状态。由此，使得射频电源输出的电压的幅值更加稳定可靠，保证设定值与输出幅值存在良好的线性关系，并可实时监控射频输出的状态。

在一些示例中，所述功率放大单元包括射频驱动电路和与所述射频驱动电路相连的功率放大器。

在一些示例中，所述升压与辅助调谐单元包括：射频升压变压器，用于对经过所述功率放大单元放大后的射频信号进行升压；辅助调谐电容，所述辅助调谐电容用于对经过所述射频升压变压器升压后的射频信号进行电容辅助调谐，以得到用于驱动导引杆的射频电压。

在一些示例中，所述射频升压变压器为采用空气介质的线圈绕制而成的射频升压变压器。

在一些示例中，所述辅助调谐电容包括并联的多个高压瓷片电容及开关。

本发明的第二方面的实施例公开了一种质谱仪，包括：导引杆；导引杆的射频电源，所述导引杆的射频电源为根据上述第一方面的实施例所述的导引杆的射频电源。该质谱仪的导引杆的射频电源具有体积小、成本低、调谐范围宽且调谐方便快捷的优点，可用于驱动多种不同规格的导引杆(如六级杆或八级杆)，并通过调频调谐与电容辅助调谐相结合的方式实现快速调谐。

本发明的第三方面的实施例公开了一种导引杆的射频电源的调谐方法，包括以下步骤：将射频电源接入导引杆，改变上位机的工作频率，以使所述控制与信号处理单元输出频率与所述导引杆和射频电源组成系统的固有谐振频率相匹配的射频信号；扫描所述射频电源的谐振的频率点；判断所述谐振的频率点是否满足预定要求；如果否，则调节升压与辅助调谐单元电容值以改变所述射频电源的固有谐振频率，并重新扫描所述射频电源的谐振的频率点，如此反复，直至所述工作频率与所述固有谐振频率一致。

本发明实施例的导引杆的射频电源的调谐方法，采用调频调谐为主、电容辅助调谐为辅的方式，可同时改变工作频率和固有谐振频率，从而实现调谐范围宽的目的，保证找到的谐振工作频率点更加理想。

在一些示例中，所述辅助调谐电容包括并联的多个高压瓷片电容及开关，所述方法还包括：通过开关改变所述并联的多个高压瓷片电容的数量调节所述射频电源的固有谐振频率。

在一些示例中，还包括：根据所述射频电源输出的射频电压对所述控制与信号处理单元生成的射频信号进行闭环控制。

在一些示例中，所述导引杆的射频电源的ADC模数转换芯片分别与峰值检波电路和FPGA电路相连，所述方法还包括：通过所述FPGA电路向上位机反馈所述射频电压的状态，以根据所述射频电压的状态实现上位机的快速扫频，以便快速锁定所述谐振的频率点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述的和/或附加的方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是相关技术中一种单频射频电源的结构图；

图2是本发明一个实施例的导引杆的射频电源的结构图；

图3是本发明一个实施例的导引杆的射频电源中射频驱动电路的电路图；

图4是本发明一个实施例的导引杆的射频电源中辅助调谐电容的示意图；

图5是本发明一个实施例的导引杆的射频电源的调谐方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述根据本发明实施例的导引杆的射频电源及质谱仪。

图2是根据本发明一个实施例的导引杆的射频电源的结构框图，如图2所示，根据本发明一个实施例的导引杆的射频电源，包括：上位机1、控制与信号处理单元2、功率放大单元3以及升压与辅助调谐单元5。

其中，上位机1用于扫描并锁定谐振的频率点，并下发射频的频率和幅值控制命令，其中，控制命令包括但不限于射频电源的射频工作频率控制信息、射频电源输出电压幅值控制信息，具体地，上位机可以在预定频率范围内改变工作频率，每一次改变后使得控制与信号处理单元2生成的射频信号的频率和幅值发生变化，从而针对每一次的变化，找到振幅最大的频率点，就可以锁定射频电源的谐振的频率点；锁定射频电源的谐振的频率点后如不更换导引杆，通常不再改变频率信息只改变幅值信息。控制与信号处理单元2与上位机1相连，用于在上位机1的控制下生成频率和幅值均受控于控制命令的射频信号。功率放大单元3与控制与信号处理单元2相连，以对射频信号进行射频功率放大，其中，功率放大单元3包括射频驱动电路301和与射频驱动电路301相连的功率放大器302，如图3所示，为射频驱动电路301的电路图。升压与辅助调谐单元5与功率放大单元3相连，用于对经过功率放大单元3放大后的射频信号进行升压及电容辅助调谐，以输出用于驱动导引杆的射频电压。

如图2所示，控制与信号处理单元2包括：FPGA电路201、DDS波形发生器202、乘法器203以及DAC数模转换芯片205。其中，FPGA电路201与上位机1通信。DAC数模转换芯片205与FPGA电路201相连，以生成幅值受控于控制命令的电压设定值。DDS波形发生器202与FPGA电路201相连，以生成频率受控于控制命令的正弦波信号。乘法器203根据电压设定值和正弦波信号生成射频信号。

进一步地，导引杆的射频电源，还包括：采样检波单元4，采样检波单元4分别与控制与信号处理单元2和升压与辅助调谐单元5相连，用于采集升压与辅助调谐单元5输出的射频电压，并对射频电压进行峰值检波。

参见图2所示，采样检波单元4包括：峰值检波电路401和射频采样电路402。其中，射频采样电路402与升压与辅助调谐单元5相连，以采集升压与辅助调谐单元5输出的射频电压。峰值检波电路401分别与射频采样电路402和控制与信号处理单元2相连，以对射频电压进行峰值检波，并反馈给控制与信号处理单元2。

进一步地，控制与信号处理单元2还包括：运算放大器206和ADC模数转换芯片204。其中，运算放大器206的负输入端与峰值检波电路401相连且正输入端与DAC数模转换芯片205相连，运算放大器206的输出端与乘法器203相连。ADC模数转换芯片204分别与峰值检波电路401和FPGA电路201相连，以通过FPGA电路201向上位机1反馈射频电压的状态。

升压与辅助调谐单元5包括：射频升压变压器501和辅助调谐电容502。其中，射频升压变压器501用于对经过功率放大单元3放大后的射频信号进行升压。辅助调谐电容502用于对经过射频升压变压器501升压后的射频信号进行电容辅助调谐，以得到用于驱动导引杆的射频电压。在本发明的一个实施例中，射频升压变压器501为采用空气介质的线圈绕制而成的射频升压变压器；如图4所示，辅助调谐电容502包括并联的多个高压瓷片电容及开关。

也就是说，上位机1用于发送控制指令和监控射频输出状态，可以通过通讯接口RS485与FPGA电路201连接。控制与信号处理单元2包括用于控制与通信的FPGA电路201，用于产生正弦波信号的DDS波形发生器电路202，用于正弦波信号调制的乘法器203，用于闭环控制的运算放大器206，还包括用于下发电压设定值的DAC数模转换芯片205和上传输出射频电压状态的ADC数模转换芯片204。功率放大单元3包括用于驱动功率放大器的射频驱动电路301和用于射频功率放大的功率放大电路302。采样检波单元4包括用于采样输出射频高压的采样电路402，对采样后的射频信号进行峰值检波的峰值检波电路401。升压与辅助调谐单元5包括两个部分：第一部分射频升压变压器501，采用空气介质的线圈绕制；第二部分为辅助调谐电容502，由多个10PF的高压瓷片电容并联组成，通过改变并联电容的个数，可实现辅助调谐。

本发明实施例的导引杆的射频电源中上位机采用软件自动扫频的方式调谐，可自动锁定谐振的频率点；如果本射频电源所驱动的多级杆(四级杆、六级杆、八级杆等)为比较特殊，即等效电容值偏离典型值太多，可能导致谐振频率太高或太低，这种情况下，可以通过增加或减小辅助调谐电容502中电容的个数，然后重新扫频，使谐振频率工作在合理区间。本发明中采用多个高压瓷片电容并联，替代体积庞大的可调电容器，使射频电源体积较小，同时调谐功能由软件扫频实现，使调谐过程方便快捷。另外，通过控制与信号处理单元中的运算放大器进行闭环控制，可实现输出射频高压幅值稳定，而且，设定值与实际输出射频高压的幅值存在良好的线性关系。此外，正弦波射频高压经采样检波后，得到的幅值信号经ADC模数转换电路转换为数字信号，再经FPGA电路处理后，通过RS485通信接口送与上位机显示，可实现输出射频高压的实时监控。

以下结合附图2-4，以一个具体的示例对本发明实施例的导引杆的射频电源的结构及工作原理进行详细描述。

上位机1通过串口RS485下发控制命令给FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)电路201，下发的控制命令主要包括两个部分信息；其一、频率控制命令，经FPGA电路201处理后用于控制DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器)波形发生器202，产生幅值固定、频率受控于上位机的正弦波信号，产生的正弦波信号再被送到乘法器203的输入端；其二、幅值控制命令，经FPGA电路201处理后用于控制DAC数模转换芯片205，产生受控于上位机的模拟设定值。

运算放大器206对上述模拟设定值与输出射频高压的反馈值进行闭环控制，经运算放大器闭环调节后的输出电压再与DDS波形发生器202产生的正弦波信号通过模拟乘法器203相乘，产生频率和幅值皆受控于上位机的射频小信号，该射频小信号再送到功率放大单元3，进行功率放大。其中，DDS波形发生器202采用AD9851，其所起作用是，上位机1发送频率控制信息给FPGA电路201，FPGA电路201将频率信息处理后再控制AD9851，产生频率可控的正弦波信号。DAC模数转换芯片205采用DAC7612U，其所起作用是，上位机1发送射频幅值控制信息给FPGA电路201，FPGA电路201将幅值信息处理后再控制DAC7612U，将下发的数字信息转换为模拟信号，用于控制输出射频高压的幅值。

乘法器203采用AD834，其所起作用是，将运算放大器206闭环调节后的输出电压与DDS波形发生器202产生的正弦波信号进行乘法运算，产生频率和幅值皆可控射频小信号。

功率放大单元3包括射频驱动电路301和功率放大器302，射频小信号经射频驱动电路后，再驱动功率放大器进行射频功率放大，功率放大后的射频电压再送到后级的升压变压器501进行升压。其中，功率放大器302采用射频功率三级管，射频驱动电路301采用线性驱动器THS6012。如图3所示，芯片THS6012的1脚、20脚接-12V，芯片THS6012的3脚、18脚接+12V，芯片THS6012的4脚接乘法器203输出的射频小信号，芯片THS6012的2脚电阻R31、C61，电阻R31另一端的接电阻R34和芯片THS6012的5脚，电阻R34另一端接地，电容C61另一端接电阻R39和芯片THS6012的17脚，电阻R39另一端接地，芯片THS6012的16脚接电阻R30、R33，电阻R30另一端接地，电阻R33另一端接电阻R32和芯片THS6012的19脚，电阻R32另一端接功率三级管Q1的基级，功率三级管Q1的发射极通过电阻R35、R36接地，电阻R35、R36并联，功率三级管Q1的集电极接升压变压器初级线包2脚和稳压二极管D2阳极，升压变压器初级1脚接+24V，稳压二极管D2的阴极接稳压二极管D3的阴极，稳压二极管D3阳极接稳压二极管D1的阴极，稳压二极管D1的阳极接地。

升压与辅助调谐单元5包括升压变压器501和辅助调谐电容502，升压变压器采用空气介质的线圈绕制，变压器的初级接前面所述的功率三极管，次级接辅助调谐电容C(即：辅助调谐电容502)；通过升压与辅助调谐单元可将射频电压最高升到峰值2KV，此射频高压输出到驱动对象四级杆或多级杆，产生稳定电场，实现离子导引的效果。

如图4所示，辅助调谐电容502，由电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9分别经开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9并联，C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9为PF级高压瓷片电容，该示例中，采用10PF高压瓷片电容，控制开关闭合个数，可以改变辅助调谐电容C的容值，通常情况下，闭合5个，即：电容值为50PF。

采样检波单元4包括射频采样电路401和峰值检波电路402，采样电路401将射频高压进行分压，得到峰峰值小于10V反馈电压，此电压再经过峰值检波电路402，得到反馈电压的峰值信号，此峰值电压信号为直流电平。其中，峰值电压信号送到信号与控制处理单元2，实现调谐功能以外的两个主要功能：一、作为反馈通过运算放大器206，完成幅值的闭环控制；二、送到ADC数模转换芯片204，得到数字信号再经FPGA电路处理后，通过串口RS485上传到上位机，实现输出射频高压的幅值实时监控功能和快速软件扫频调谐功能。。

ADC数模转换芯片204采用ADS803E，其所起作用是，将采样检波单元得到的模拟电压转换为FPGA电路可处理的数字信息。

导引杆的射频电源调谐的基本原理是，上位机设置的工作频率与导引杆电源固有频率一致时，导引杆的射频电源输出的射频高压振幅最大且功耗最小。导引杆的射频电源以调频调谐为主、电容辅助调谐为辅的方式，具体为：1)带上导引杆，操作上位机自动扫频进行调谐，可自动锁定谐振的频率点。2)确认谐振点工作频率是否满足要求，如果满足要求，则确定工作频率，调谐结束，以后操作中，通常不需要再调谐，只需下发幅值控制命令进行射频高压幅值控制即可。3)如果扫频后，锁定的谐振频率点不能满足要求，工作频率太高或太低，就需要通过电容辅助调谐，参考下面公式1进行说明，图4中电容等效为电容C，导引杆等效为电容C_quad。公式1中，射频电源固有谐振频率F_res，射频升压变压器501的电感量L。

电容C和电容C_quad为并联关系，通过图4中开关改变电容C的容值，也就是改变射频电源固有谐振频率F_res，重复上述操作，直到找到满足要求的谐振频率点。

换言之，调频就是改变工作频率使其与固有频率一致，而调容就是改变固有频率使其与工作频率一致。传统的方式只改变工作频率或固有频率。而本发明的导引杆的射频电源以调频调谐为主、电容辅助调谐为辅的方式，可同时改变工作频率和固有频率，这样是实现调谐范围宽的目的，且可使找到的谐振工作频率点更加理想。

本发明的导引杆的射频电源采用多个高压瓷片电容并联，替代体积庞大的可调电容器，使射频电源体积较小，同时主要调谐功能由软件扫频实现，使调谐过程方便快捷。实现输出射频高压幅值的闭环控制功能，具体来说，将采样检波单元得到的射频高压反馈值与上述设定值经运算放大器进行闭环调节，闭环调节后运算放大器输出电压再经乘法器控制射频驱动电压的幅值，射频驱动电压的幅值再控制输出射频高压的幅值，可实现输出射频高压幅值稳定，相对于开环状态，设定值与实际输出射频高压的幅值存在良好的线性关系。输出射频高压的幅值实时监控功能，不需要仪器仪表测试监控就可以清楚射频输出高压的幅值大小。具体来说，射频输出高压经采样检波后，幅值信号送到ADC模数转换电路变为数字信号，数字信号经FPGA电路处理后，再传送给上位机显示，可实现输出射频高压幅值的实时监控功能。

进一步地，本发明的实施例公开了一种质谱仪，包括：导引杆；导引杆的射频电源，导引杆的射频电源为根据上述任意一个实施例所述的导引杆的射频电源。该质谱仪的导引杆的射频电源具有体积小、成本低、调谐范围宽且调谐方便的优点，可用于驱动多种不同规格的导引杆(如六级杆或八级杆)，并通过调频调谐与电容辅助调谐相结合的方式实现快速调谐。

另外，根据本发明实施例的质谱仪的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。

如图5所示，本发明实施例的导引杆的射频电源的调谐方法，包括以下步骤：

S501：将射频电源接入导引杆，改变上位机的工作频率，以使控制与信号处理单元输出频率与导引杆和射频电源组成系统的固有谐振频率相匹配的射频信号。

S502：扫描射频电源的谐振的频率点。

S503：判断谐振的频率点是否满足预定要求。

S504：如果否，则调节升压与辅助调谐单元电容值以改变所述射频电源的固有谐振频率，并重新扫描所述射频电源的谐振的频率点，如此反复，直至所述工作频率与所述固有谐振频率一致其中，辅助调谐电容包括并联的多个高压瓷片电容及开关，该方法可以通过开关改变并联的多个高压瓷片电容的数量调节射频电源的固有谐振频率。

具体来说，上位机设置的工作频率与导引杆电源固有频率一致时，导引杆的射频电源输出的射频高压振幅最大且功耗最小。导引杆的射频电源以调频调谐为主、电容辅助调谐为辅的方式，具体为：1)带上导引杆，操作上位机自动扫频进行调谐，可自动锁定谐振的频率点。2)确认谐振点工作频率是否满足要求，如果满足要求，则确定工作频率，调谐结束，以后操作中，通常不需要再调谐，只需下发幅值控制命令进行射频高压幅值控制即可。3)如果扫频后，锁定的谐振频率点不能满足要求，工作频率太高或太低，就需要通过电容辅助调谐，参考下面公式1进行说明，图4中电容等效为电容C，导引杆等效为电容C_quad。公式1中，射频电源固有谐振频率F_res，射频升压变压器501的电感量L。

电容C和电容C_quad为并联关系，通过图4中开关改变电容C的容值，也就是改变射频电源固有谐振频率F_res，重复上述操作，直到找到满足要求的谐振频率点。

换言之，调频就是改变工作频率使其与固有频率一致，而调容就是改变固有频率使其与工作频率一致。传统的方式只改变工作频率或固有频率。而本发明的导引杆的射频电源以调频调谐为主、电容辅助调谐为辅的方式，可同时改变工作频率和固有频率，这样是实现调谐范围宽的目的，且可使找到的谐振工作频率点更加理想。

进一步地，导引杆的射频电源的调谐方法，还包括：根据射频电源输出的射频电压对所述控制与信号处理单元生成的射频信号进行闭环控制。从而使得射频电源输出的电压的幅值更加稳定可靠，保证设定值与输出幅值存在良好的线性关系。

进一步地，所述ADC模数转换芯片分别与所述峰值检波电路和所述FPGA电路相连，该方法还包括通过所述FPGA电路向所述上位机反馈所述射频电压的状态，以根据所述射频电压的状态，可实现上位机快速扫频功能，并快速锁定谐振的频率点。

本发明实施例的导引杆的射频电源的调谐方法，采用调频调谐为主、电容辅助调谐为辅的方式，可同时改变工作频率和固有谐振频率，从而实现调谐范围宽的目的，保证找到的谐振工作频率点更加理想。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种导引杆的射频电源，其特征在于，包括：

上位机，用于扫频并锁定谐振的频率点，并下发射频的频率和幅值控制命令；

控制与信号处理单元，所述控制与信号处理单元与所述上位机相连，用于在所述上位机的控制下生成频率和幅值均受控于所述控制命令的射频信号；

功率放大单元，所述功率放大单元与所述控制与信号处理单元相连，以对所述射频信号进行射频功率放大；

升压与辅助调谐单元，所述升压与辅助调谐单元与所述功率放大单元相连，用于对经过所述功率放大单元放大后的射频信号进行升压及电容辅助调谐，以输出用于驱动导引杆的射频电压；

采样检波单元，所述采样检波单元分别与所述控制与信号处理单元和所述升压与辅助调谐单元相连，用于采集所述升压与辅助调谐单元输出的射频电压，并对所述射频电压进行峰值检波，

其中，所述导引杆的射频电源以调频调谐为主、电容辅助调谐为辅的方式，同时改变工作频率和固有频率。

2.根据权利要求1所述的导引杆的射频电源，其特征在于，所述控制与信号处理单元包括：

FPGA电路，所述FPGA电路与所述上位机通信；

DAC数模转换芯片，所述DAC数模转换芯片与所述FPGA电路相连，以生成幅值受控于所述控制命令的电压设定值；

DDS波形发生器，所述DDS波形发生器与所述FPGA电路相连，以生成频率受控于所述控制命令的正弦波信号；

乘法器，所述乘法器根据所述电压设定值和所述正弦波信号生成所述射频信号。

3.根据权利要求1所述的导引杆的射频电源，其特征在于，所述采样检波单元包括：

射频采样电路，所述射频采样电路与所述升压与辅助调谐单元相连，以采集所述升压与辅助调谐单元输出的射频电压；

峰值检波电路，所述峰值检波电路分别与所述射频采样电路和所述控制与信号处理单元相连，以对所述射频电压进行峰值检波，并反馈给所述控制与信号处理单元。

4.根据权利要求2所述的导引杆的射频电源，其特征在于，所述控制与信号处理单元还包括：

运算放大器，所述运算放大器的负输入端与所述峰值检波电路相连且正输入端与所述DAC数模转换芯片相连，所述运算放大器的输出端与所述乘法器相连；

ADC模数转换芯片，所述ADC模数转换芯片分别与所述峰值检波电路和所述FPGA电路相连，以通过所述FPGA电路向所述上位机反馈所述射频电压的状态。

5.根据权利要求1所述的导引杆的射频电源，其特征在于，所述功率放大单元包括射频驱动电路和与所述射频驱动电路相连的功率放大器。

6.根据权利要求1所述的导引杆的射频电源，其特征在于，所述升压与辅助调谐单元包括：

射频升压变压器，用于对经过所述功率放大单元放大后的射频信号进行升压；

辅助调谐电容，所述辅助调谐电容用于对经过所述射频升压变压器升压后的射频信号进行电容辅助调谐，以得到用于驱动导引杆的射频电压。

7.根据权利要求6所述的导引杆的射频电源，其特征在于，所述射频升压变压器为采用空气介质的线圈绕制而成的射频升压变压器。

8.根据权利要求6或7所述的导引杆的射频电源，其特征在于，所述辅助调谐电容包括并联的多个高压瓷片电容及开关。

9.一种质谱仪，其特征在于，包括：

导引杆；

导引杆的射频电源，所述导引杆的射频电源为根据权利要求1-8任一项所述的导引杆的射频电源。

10.一种如权利要求1-8任一项所述的导引杆的射频电源的调谐方法，其特征在于，包括以下步骤：

将射频电源接入导引杆，改变上位机的工作频率，以使所述控制与信号处理单元输出频率与所述导引杆和射频电源组成系统的固有谐振频率相匹配的射频信号；

扫描所述射频电源的谐振的频率点；

判断所述谐振的频率点是否满足预定要求；

如果否，则调节升压与辅助调谐单元电容值以改变所述射频电源的固有谐振频率，并重新扫描所述射频电源的谐振的频率点，如此反复，直至所述工作频率与所述固有谐振频率一致。

11.根据权利要求10所述的导引杆的射频电源的调谐方法，其特征在于，所述辅助调谐电容包括并联的多个高压瓷片电容及开关，所述方法还包括：

通过开关改变所述并联的多个高压瓷片电容的数量调节所述射频电源的固有谐振频率。

12.根据权利要求10所述的导引杆的射频电源的调谐方法，其特征在于，还包括：根据所述射频电源输出的射频电压对所述控制与信号处理单元生成的射频信号进行闭环控制。

13.根据权利要求10所述的导引杆的射频电源的调谐方法，其特征在于，所述导引杆的射频电源的ADC模数转换芯片分别与峰值检波电路和FPGA电路相连，所述方法还包括：通过所述FPGA电路向上位机反馈所述射频电压的状态，以根据所述射频电压的状态实现上位机的快速扫频，以便快速锁定所述谐振的频率点。