CN112422119A - 用于三重四极质谱仪中射频发生系统的相位同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于三重四极质谱仪中射频发生系统的相位同步方法，包括以下步骤：正极杆及负极杆产生的正弦电压经过采样电路引到减法运算电路，得到两电压的差，即调频波；然后对所述调频波进行解调，从而得到调幅波包络的脉动电流，所述脉动电流再经一阶低通滤波器，滤去高频噪声，得到相应的调制信号，所述调制信号即为正极杆和负极杆的相位误差转化而来的误差电压；将误差电压和射频电压，引入到模拟乘法器中，完成射频电源的相位跟踪和相位补偿。本发明提出并解决了三重四极杆的射频相位同步问题，控制电压为射频系统中正极杆和负极杆的相位误差，通过相位误差的变化，来补偿射频电压的相位，较简单的实现了相位跟踪和补偿。

Description

用于三重四极质谱仪中射频发生系统的相位同步方法
技术领域
本发明涉及三重四极质谱仪射频发射系统，具体说是将无线电中的调制解调技术应用在三重四极质谱仪射频发生系统进行相位跟踪。
背景技术
三重四极质谱仪由于具有高灵敏度、分析速度快、样品用量少等特点，因此作为常规的定量分析仪器，被广泛的应用在军事侦察、核工业、公安工作、及环境科学领域。三重四极质谱仪对离子的筛选采用电压扫描的方式来实现。其原理是固定射频电压V的频率，通过改变电压U和V的值，可以使不同质量数的离子依次到达检测器，从而实现对离子的筛选。
射频发生系统是三重四极质谱仪的核心零部件，产生射频电压V，一方面用于离子的选择，另一方面保证离子在四极杆中维持螺旋运动状态，以致被选择的离子最终能到达离子计数器。三重四极杆由一对正极杆和一对负极杆组成。其工作原理：待检测的离子簇首先被吸引到正极杆1，射频电压V极性发生180°反转，离子簇被吸引到负极杆1，V第二次反转180°，离子簇被吸引到正极杆2，V第三次反转180°，离子簇被吸引到负极杆2；如此循环往复，维持待检测的离子簇在四级杆腔体内做螺旋运动。由原理可知，严格保证正极杆和负极杆的相位差始终维持在180°，是待选择离子簇能顺利到达离子计数器，并且最终能顺利完成离子检测的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种用于三重四极质谱仪中射频发生系统的相位同步方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于三重四极质谱仪中射频发生系统的相位同步方法，包括以下步骤：
质谱仪正极杆产生的正弦电压U正为Uinsinω(t),负极杆产生的正弦电压U负为Uinsin[ω(t)+π+ε],其中ε为正极杆和负极杆的相位误差，首先U正和U负经过采样电路引到减法运算电路，得到两电压的差，即调频波；
然后对该调频波进行解调，从而得到调幅波包络的脉动电流，该脉动电流再经一阶低通滤波器，滤去高频噪声，得到相应的调制信号，该调制信号即为正极杆和负极杆的相位误差转化而来的误差电压，该误差电压即为Ud(t)，该误差电压即为和相位误差成正比的正弦电压；
将误差电压Ud(t)和射频电压V，引入到模拟乘法器中，使Ud(t)的变化量反馈到射频电压的输出，即相位的变化最终引起射频电压的变化，使误差相位ε趋近于无穷小，完成射频电源的相位跟踪和相位补偿。
所述模拟乘法器的增益为:
Figure BDA0002745582670000021
本方案的解调电路为双向二极管检波。
本发明提出并解决了三重四极杆的射频相位同步问题，控制电压为射频系统中正极杆和负极杆的相位误差，通过相位误差的变化，来补偿射频电压的相位，较简单的实现了相位跟踪和补偿。
附图说明
图1为本发明实施提供的一种三重四极质谱仪中射频发生系统相位跟踪电路的结构框图:
图2为本发明实施提供的一种模拟乘法器结构示意图。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种用于三重四极质谱仪中射频发生系统的相位同步方法，包括以下步骤：
质谱仪正极杆产生的正弦电压U正为Uinsinω(t),负极杆产生的正弦电压U负为Uinsin[ω(t)+π+ε],其中ε为正极杆和负极杆的相位误差，首先U正和U负经过采样电路引到由AD620组成的减法运算电路，得到两电压的差，即调频波，AD620具有高精度特性，其最大非线性度为40ppm；该运放失调电压低于50μV,同时具备低失调漂移的特性，广泛应用在电子监测领域；
然后通过双向二极管检波电路对调频波进行解调，从而得到调幅波包络的脉动电流，检波电路采用两个型号为1N5712的二极管，得到调幅波包络的脉动电流，1N5712的工作频率可达到1MHZ，反向电压达到550V，完全满足射频电压的采样要求；
该脉动电流再经由LT1002构成的一阶低通滤波器，滤去高频噪声，得到相应的调制信号，LT1002具有低噪声的特性，噪声的峰峰值仅为0.35μV，而且失调电压较低，失调电压小于60μV；
该调制信号即为正极杆和负极杆的相位误差转化而来的误差电压，该误差电压即为Ud(t)，该误差电压即为和相位误差成正比的正弦电压；
将误差电压Ud(t)和射频电压V(V为加载到正极杆或负极杆的射频电压)，引入到模拟乘法器EL2082中，使Ud(t)的变化量反馈到射频电压的输出，即相位的变化最终引起射频电压的变化，使误差相位ε趋近于无穷小，完成射频电源的相位跟踪和相位补偿。
模拟乘法器EL2082为电流方式的乘法器，结构如图2所示，该芯片主要应用在中频段的自动增益控制，其输入输出的大小主要体现在电流的大小，输入和输出的比例系数由控制电压决定，模拟乘法器的增益为:
Figure BDA0002745582670000031
由上式可知增益Gain和误差电压Ud(t)成正比例，从而使Ud(t)的变化量反馈到射频电压的输出，即相位的变化最终引起射频电压的变化，使误差相位ε趋近于无穷小，从而达到射频相位追踪的目的。
本发明的控制电压为射频系统中正极杆和负极杆的相位误差，通过相位误差的变化，来补偿射频电压的相位，较简单的实现了相位跟踪和补偿。
本发明提出了三重四极杆的射频相位同步问题，这本身就是创新点，并且采用的相位补偿方法也属于在质谱应用领域的技术创新。
上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种用于三重四极质谱仪中射频发生系统的相位同步方法，包括以下步骤：
正极杆产生的正弦电压U正为Uinsinω(t),负极杆产生的正弦电压U负为Uinsin[ω(t)+π+ε],其中ε为正极杆和负极杆的相位误差，首先U正和U负经过采样电路引到减法运算电路，得到两电压的差，即调频波；
然后对所述调频波进行解调，从而得到调幅波包络的脉动电流，所述脉动电流再经一阶低通滤波器，滤去高频噪声，得到相应的调制信号，所述调制信号即为正极杆和负极杆的相位误差转化而来的误差电压Ud(t)，该误差电压即为和相位误差成正比的正弦电压；
将误差电压Ud(t)和射频电压V，引入到模拟乘法器中，使Ud(t)的变化量反馈到射频电压的输出，即相位的变化最终引起射频电压的变化，使误差相位ε趋近于无穷小，完成射频电源的相位跟踪和相位补偿。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模拟乘法器的增益为:
Figure FDA0002745582660000011
3.根据权利要求1所述的方法，其中，本方案的解调电路为双向二极管检波。
4.一种三重四极质谱仪中射频发生系统相位跟踪电路，包括依次相连的减法电路、双向二极管检波电路、低通滤波电路及模拟乘法器。
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