CN108195405A - 微通道板离子探测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微通道板离子探测电路，包括：两片微通道板、收集极、限流电阻、取样电容、取样电阻、预放大器、两个分压电阻、两个可变分压电阻及供电电源；供电电源与第一分压电阻、第二分压电阻、第一可变分压电阻及第二可变分压电阻串联后接地；两片微通道板串联叠加后，其前端面、中间接触面及后端面分别与第一分压电阻的前端，第一与第二分压电阻中间及第二分压电阻的后端连接；收集极连接取样电容，再与预放大器输入端连接；限流电阻一端连接在第一与第二可变分压电阻中间，另一端连接收集极；取样电阻一端连接在预放大器输入端，另一端接地。该方案可以在供电电压不变的条件下，方便调节微通道板加载电压，以满足离子信号调试的需要。

Description

微通道板离子探测电路
技术领域
本发明涉及微通道板(MCP)的离子探测领域，尤其涉及一种微通道板离子探测电路。
背景技术
微通道板广泛应用于离子探测领域，它由很多小的直管式电子倍增器并行排列而成。每个直管式通道的直径大约为几十微米，厚度为几毫米，离子撞击微通道入口附近的表面产生二次电子，同电子倍增器一样，多次撞击后产生的电子流最终被检测。微通道板工作时需要在两端加载适当电压并且在调节离子信号时需要实时调节电压大小。
目前，微通道板加载电压的一般方法图1所示，图1的电路包括两片微通道板(标记为1～2)，和用于收集经微通道板放大后的电子流的收集极(标记为3)，以及给微通道板和收集极供电的独立电源(标记为V0～V3)。该方法可以满足基本的微通道板供电要求，缺点是需要四个独立的电源供电，给电压调节带来不便，也使整体的系统集成变得困难。
如图2所示的另一种方法，只采用了一个供电电源(标记为-HV)，通过分压电阻分压的方式给各极片供电。但使用固定阻值的分压电阻(标记为R1、R2、R3)，就只能通过调节供电电压的方式来调节微通道板电压，微通道板(标记为1～2)与收集极(标记为3)的电压不能独立调节，并且多数情况下供电电压不允许改变。
发明内容
本发明的目的是提供一种微通道板离子探测电路，可以在供电电压不变的条件下，方便调节微通道板加载电压，以满足离子信号调试的需要。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种微通道板离子探测电路，包括：两片微通道板、收集极、限流电阻、取样电容、取样电阻、预放大器、第一与第二分压电阻、第一与第二可变分压电阻及供电电源；其中：
所述供电电源与第一分压电阻、第二分压电阻、第一可变分压电阻及第二可变分压电阻串联后接地；两片微通道板串联叠加后，其前端面、中间接触面及后端面分别与第一分压电阻的前端，第一与第二分压电阻中间及第二分压电阻的后端连接；
所述收集极连接取样电容，再与预放大器输入端连接；限流电阻一端连接在第一与第二可变分压电阻中间，另一端连接收集极；取样电阻一端连接在预放大器输入端，另一端接地。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，可以在供电电压不变的条件下，通过调节第一与第二可变分压电阻灵活地调节微通道板加载电压，收集极加载电压，方便离子信号调试。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明背景技术提供的现有技术中的一种微通道板供电示意图；
图2为本发明背景技术提供的现有技术中的另一种微通道板供电示意图；
图3为本发明实施例提供的一种微通道板离子探测电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种微通道板离子探测电路，如图3所示，其主要包括：两片微通道板、收集极、限流电阻、取样电容、取样电阻、预放大器、第一与第二分压电阻、第一与第二可变分压电阻及供电电源。图3中，1、2-两片微通道板；3-收集极；4-预放大器；5-供电电源；6-第一与第二分压电阻；7-第一可变分压电阻；8-第二可变分压电阻；9-限流电阻；10-取样电阻；11-取样电容。
主要结构如下：
所述供电电源与第一分压电阻、第二分压电阻、第一可变分压电阻及第二可变分压电阻串联后接地；两片微通道板串联叠加后，其前端面、中间接触面及后端面分别与第一分压电阻的前端，第一与第二分压电阻中间及第二分压电阻的后端连接；确保两片微通道板加载电压相同又不互相干扰。
所述收集极连接取样电容，再与预放大器输入端连接；限流电阻一端连接在第一与第二可变分压电阻中间，另一端连接收集极；取样电阻一端连接在预放大器输入端，另一端接地。
本发明实施例中，电路中元器件的参数可以设置为：第一与第二分压电阻的电阻值相同。限流电阻的电阻值为1MΩ；取样电阻的电阻值为50Ω；取样电容的电容值为10nF，所设置的1MΩ限流电阻，50Ω取样电阻，10nF取样电容与预放大器是相互匹配的，以降低离子信号在传输过程中产生的震荡。预放大器增益可为20倍，带宽可为10-350MHz。
本发明实施例提供的上述探测电路，在供电电压不变的条件下，通过调节第一与第二可变分压电阻来调节串联叠加后的微通道板加载电压与收集极加载电压；
串联叠加后的微通道板加载电压U＝HV·2R1/(2R1+R2+R3)；其中，HV为供电电源的电压大小；R2与R3对应第一与第二可变分压电阻的电阻值；第一与第二分压电阻的电阻值相等，均为R1；
收集极加载电压V＝HV·R3/(2R1+R2+R3)。
本发明实施例中，可以通过如下方式来单独调节收集极加载电压，单独调节串联叠加后的微通道板加载电压，及同步调节串联叠加后的微通道板加载电压与收集极加载电压：
单独调节收集极加载电压：第二可变分压电阻的电阻值增大△R，第一可变分压电阻的电阻值减小△R，则串联叠加后的微通道板加载电压U不变，收集极加载电压增大为：HV·(R3+ΔR)/(2R1+R2+R3)；
单独调节串联叠加后的微通道板加载电压：第一可变分压电阻的电阻值增大△R，第二可变分压电阻的电阻值增大R3(ΔR-1)/(2R1+R2)，则串联叠加后的微通道板加载电压变小，收集极加载电压V不变；
同步调节串联叠加后的微通道板加载电压与收集极加载电压：第一可变分压电阻的电阻值增大或减小，第二可变分压电阻的电阻值不变，则串联叠加后的微通道板加载电压U与收集极加载电压V同步增大或减小。
基于上述探测电路实现离子信号检测的过程如下：
步骤1)串联叠加后的微通道板通过第一与第二分压电阻截取相同的加载电压；收集极通过第二可变分压电阻截取电压，并通过限流电阻限流。通常一片微通道板的推荐工作电压是700V，最大工作电压不得超过1000V。两片微通道板串联后工作电压范围为1000V-1800V，可获得增益为106～107。微通道板的增益与加载电压成正相关，为了获得足够增益，则需要调节加载电压大小。另外收集极相对微通道板要有足够的压差，以收集放大后的电子流。
步骤2)待探测的离子撞击串联叠加后微通道板入口附近的表面产生二次电子，同电子倍增器一样，在串联叠加后微通道板加载电压产生的电场作用下，二次电子继续在微通道内碰撞反射，最终生成放大后的脉冲电子流。
步骤3)收集极收集放大后的脉冲电子流，该脉冲电子流被限流电阻限流，并通过取样电容取样后变成电子脉冲信号。
步骤4)通过取样电阻把电子脉冲信号变成电压脉冲信号。
步骤5)通过预放大器把电压脉冲信号放大为可供分析处理的电压信号，该电压信号即为检测到的离子信号。
上述探测电路，由于可变分压电阻的灵活调节，给离子信号的调试工作带来极大便利。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种微通道板离子探测电路，其特征在于，包括：两片微通道板、收集极、限流电阻、取样电容、取样电阻、预放大器、第一与第二分压电阻、第一与第二可变分压电阻及供电电源；其中：
所述供电电源与第一分压电阻、第二分压电阻、第一可变分压电阻及第二可变分压电阻串联后接地；两片微通道板串联叠加后，其前端面、中间接触面及后端面分别与第一分压电阻的前端，第一与第二分压电阻中间及第二分压电阻的后端连接；
所述收集极连接取样电容，再与预放大器输入端连接；限流电阻一端连接在第一与第二可变分压电阻中间，另一端连接收集极；取样电阻一端连接在预放大器输入端，另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种微通道板离子探测电路，其特征在于，包括：第一与第二分压电阻的电阻值相同；限流电阻的电阻值为1MΩ；取样电阻的电阻值为50Ω；取样电容的电容值为10nF。
3.根据权利要求1所述的一种微通道板离子探测电路，其特征在于，在供电电压不变的条件下，通过调节第一与第二可变分压电阻来调节串联叠加后的微通道板加载电压与收集极加载电压；
串联叠加后的微通道板加载电压U＝HV·2R1/(2R1+R2+R3)；其中，HV为供电电源的电压大小；R2与R3对应第一与第二可变分压电阻的电阻值；第一与第二分压电阻的电阻值相等，均为R1；
收集极加载电压V＝HV·R3/(2R1+R2+R3)。
4.根据权利要求3所述的一种微通道板离子探测电路，其特征在于，通过如下方式来单独调节收集极加载电压，单独调节串联叠加后的微通道板加载电压，及同步调节串联叠加后的微通道板加载电压与收集极加载电压：
单独调节收集极加载电压：第二可变分压电阻的电阻值增大△R，第一可变分压电阻的电阻值减小△R，则串联叠加后的微通道板加载电压U不变，收集极加载电压增大为：HV·(R3+ΔR)/(2R1+R2+R3)；
单独调节串联叠加后的微通道板加载电压：第一可变分压电阻的电阻值增大△R，第二可变分压电阻的电阻值增大R3(ΔR-1)/(2R1+R2)，则串联叠加后的微通道板加载电压变小，收集极加载电压V不变；
同步调节串联叠加后的微通道板加载电压与收集极加载电压：第一可变分压电阻的电阻值增大或减小，第二可变分压电阻的电阻值不变，则串联叠加后的微通道板加载电压U与收集极加载电压V同步增大或减小。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种微通道板离子探测电路，其特征在于，实现离子信号检测的过程如下：
串联叠加后的微通道板通过第一与第二分压电阻截取相同的加载电压；收集极通过第二可变分压电阻截取电压，并通过限流电阻限流；
待探测的离子撞击串联叠加后微通道板入口附近的表面产生二次电子，在串联叠加后微通道板加载电压产生的电场作用下，二次电子继续在微通道内碰撞反射，最终生成放大后的脉冲电子流；
收集极收集放大后的脉冲电子流，该脉冲电子流被限流电阻限流，并通过取样电容取样后变成电子脉冲信号；
通过取样电阻把电子脉冲信号变成电压脉冲信号；
通过预放大器把电压脉冲信号放大为可供分析处理的电压信号，该电压信号即为检测到的离子信号。
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