CN112687515A - 一种法拉第杯接收器及其接收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于同位素质谱仪技术领域，具体涉及一种法拉第杯接收器及其接收方法，包括：屏蔽壳组件、抑制极组件、杯体组件和若干个安装螺钉；所述抑制极组件和杯体组件固定安装在屏蔽壳组件内部。本发明设计的带有屏蔽壳和抑制极的法拉第杯接收器，加工简单、装配精度易保证，可有效屏蔽杂散离子干扰和二次电子逃逸、可用作多接收同位素质谱仪的检测器。
Description
技术领域
本发明属于同位素质谱仪技术领域，具体涉及一种法拉第杯接收器及其接收方法。
背景技术
法拉第杯接收器是质谱仪重要的传感器，它将真空中运动的离子流转换成在导体中的电子流，进而实现离子流强度的测量。多接收同位素质谱仪，利用并行排列的接收器同时测量多束离子流的强度，进而实现同位素比值的测定。测量高质量数元素的同位素时，接收器间距较小，为此多接收同位素质谱仪的接收器整体宽度较窄，一般小于2.5mm。多接收同位素质谱仪采用接收器之间的信号比值作为最终测量结果，接收效率的一致性直接关系到测量精度。
而目前多接收同位素质谱仪的法拉第杯接收器的接收效率常易受电荷干扰、漏电流、二次电子逃逸的影响产生差异。因此，需要设计基于金属材料，并设有屏蔽壳、抑制极、杯体以及绝缘陶瓷的法拉第杯接收器及其接收方法，以实现接收效率一致性高，整体宽度小，加工和装配容易的效果。
发明内容
本发明的目的在于提出一种法拉第杯接收器及其接收方法，用于解决现有法拉第杯接收器屏蔽杂散离子干扰和二次电子逃逸效果差、接收效率一致性难以保证的技术问题。
本发明的技术方案：
一种法拉第杯接收器，包括：屏蔽壳组件10、抑制极组件20、杯体组件30和若干个安装螺钉；所述抑制极组件20和杯体组件30固定在屏蔽壳组件10内部。
所述屏蔽壳组件10包括：屏蔽壳骨架11、固定屏蔽板12、限制狭缝13、屏蔽壳入口14、可拆屏蔽板15、若干个螺母16和引线固定槽17，所述固定屏蔽板12焊接在屏蔽壳骨架11的下表面；所述屏蔽壳骨架11整体为“C”字型结构，屏蔽壳骨架11的开口端设置有屏蔽壳入口14；屏蔽壳骨架11的内表面靠近开口端位置设置有限制狭缝13；所述屏蔽壳骨架11的另一端螺纹连接有引线固定槽17；所述可拆屏蔽板15通过若干个螺母16螺纹连接在屏蔽壳骨架11的上表面。
所述屏蔽壳骨架11的上表面上还对称布设有若干个安装可拆屏蔽板的螺钉孔111；屏蔽壳骨架11的侧面还布设有抑制极引线孔112和固定接收器的螺纹孔114；所述屏蔽壳骨架11的内侧面上分别开有抑制极组件安装槽113和杯体组件安装槽117；
所述屏蔽壳骨架11上螺接引线固定槽17的侧面上还分别开有信号线过孔115和压线螺纹孔116；
所述抑制极组件20设置在屏蔽壳组件10的抑制极组件安装槽113内；所述杯体组件30设置在屏蔽壳组件10的杯体组件安装槽117内。
所述抑制极组件安装槽113内还设置有限制狭缝13；所述限制狭缝13整体为矩形板状结构，限制狭缝13的两端还分别设置有折边131，所述限制狭缝13的中部开有限制缝132；所述屏蔽壳入口14整体为板状结构，屏蔽壳入口14包括：定位凸起141和入口缝142；定位凸起141设置在屏蔽壳入口14的两端；屏蔽壳入口14的中部开有入口缝142；所述限制缝132的宽度小于入口缝142的宽度。
所述固定屏蔽板12整体为矩形板状结构，固定屏蔽板12的一条短边上弯折形成折叠挡板121，所述折叠挡板121的弯折位置处开有屏蔽壳入口定位孔122；所述固定屏蔽板12的表面上还均匀开设有若干个螺钉孔123。
所述可拆屏蔽板15整体为矩形板状结构，所述可拆屏蔽板15的一条短边上弯折形成折叠挡板151，所述折叠挡板151的弯折位置处开有屏蔽壳入口定位孔152；所述可拆屏蔽板15的表面上还均匀开设有若干个螺母定位孔153。
所述螺母16整体为圆柱体结构，所述螺母16的圆心位置处开有螺纹通孔161，所述可拆屏蔽板15上的每个螺母定位孔153内设置有一个螺母16；设置在螺母16的圆柱外表面与螺母定位孔153内表面焊接固定。
所述引线固定槽17上还设置有螺钉孔171。
所述抑制极组件20包括：精密电极21、两个定位陶瓷块22、抑制极导线24和陶瓷管23，所述精密电极21两端固定设置有定位陶瓷块22，所述精密电极21其中一端的定位陶瓷块22上连接有陶瓷管23；所述抑制极导线24的一端与精密电极21焊接，抑制极导线24的另一端从定位陶瓷块22和陶瓷管23内穿出。
所述杯体组件30包括：杯体骨架31、杯体围板32和若干个定位销33，所述杯体骨架31与杯体围板32贴合插接设置，并通过焊接密封固定；杯体骨架31的侧面设置有定位销33；所述定位销33插入定位陶瓷块22的内部定位连接。
所述杯体骨架31整体为“C”字型结构；杯体骨架31的底边上表面上设有导气孔312；所述杯体骨架31的底边的内表面带有倾斜角度，用于抑制二次电子反弹；所述倾斜角度大于5°；所述杯体骨架31的侧面上还开有若干个定位孔311；所述杯体围板32整体呈“U”型板状结构，杯体围板32的弯曲部上还开设有杯体入口321；
一种根据如上任意其一所述的法拉第杯接收器的接收方法，包括如下步骤：
步骤一：杯体组件的杯体入口前方依次与抑制极组件、限制狭缝、屏蔽壳入口对应设置，并形成离子束进入接收器的通道；
步骤二：通过引入负电压，在抑制极组件与杯体组件之间形成阻止电场，抑制二次电子逃逸；
抑制极组件内的陶瓷定位块确保抑制极、屏蔽壳、杯体之间相互绝缘和定位准确；离子束依次穿过屏蔽壳入口、限制狭缝、抑制极中部的矩形槽，最后进入杯体组件；
步骤三：离子撞击杯体组件后产生的二次电子在杯体组件内飞行，同时在导体内产生电子流来中和离子电荷和二次电子电荷；
与杯体组件连接的信号线将电流信号送到放大器；
步骤四：杯体骨架底边的倾斜面和阻止电场可以有效抑制二次电子逃出杯体组件，进而提高法拉第杯接收器的接收效率。
本发明有益的技术效果：
本发明具有如下技术优势：
(1)本发明装置杯体围板采用钣金折弯工艺，零件数量少、装配精度高。
(2)本装置中杯体骨架底部采用斜面结构，有效抑制二次电子直接飞向入口狭缝，进而提高接收效率。
(3)本发明装置的限制狭缝与杯体组件之间的抑制极接低电位后，与杯体之间形成理想的阻止电场，有效抑制二次电子逃逸。
(4)陶瓷定位块有效保证了抑制极、屏蔽壳、杯体之间的相互绝缘，抑制漏电流对测量精度的影响。
(5)屏蔽壳骨架与固定屏蔽板焊接后构成安装基础，有效保证屏蔽壳入口、限制狭缝、抑制极组件和杯体的定位精度。
综上，本发明设计的法拉第杯接收器是一种带有屏蔽壳和抑制极的法拉第杯接收器，其加工简单、装配精度易保证，可以有效屏蔽杂散离子干扰和二次电子逃逸、可用作多接收同位素质谱仪的检测器。
附图说明
图1为本发明所述的法拉第杯接收器装配结构示意图
图2为本发明所述的屏蔽壳组件结构示意图
图3为本发明所述的屏蔽壳骨架结构图
图4为本发明所述的固定屏蔽板结构图
图5为本发明所述的限制狭缝结构图
图6为本发明所述的屏蔽壳入口结构图
图7为本发明所述的可拆屏蔽板结构图
图8为本发明所述的螺母结构图
图9为本发明所述的引线固定槽结构图
图10为本发明所述的抑制极组件结构示意图
图11为本发明所述的杯体组件结构图示意图
图12为本发明所述的杯体骨架结构图
图13为本发明所述的杯体围板结构图
其中：10-屏蔽壳组件；20-抑制极组件；30-杯体组件；
11-屏蔽壳骨架；12-固定屏蔽板；13-限制狭缝；14-屏蔽壳入口；15-可拆屏蔽板；16-螺母；17-引线固定槽、111-螺钉孔；112-抑制极引线孔；113-抑制极组件安装槽；114-螺纹孔；115-信号线过孔；116-压线螺纹孔；117-杯体组件安装槽、121-折叠挡板；122-入口定位方孔；123-螺钉孔、131-折边；132-限制缝、141-定位凸起；142-入口缝、151-折叠挡板；152-入口定位孔；153-螺母定位孔、161-螺纹通孔、171-螺钉孔；
21-精密电极；22-定位陶瓷块；23-陶瓷管；24-抑制极导线；
31-杯体骨架；32-杯体围板；33-定位销、311-定位孔；312-导气孔；313-斜面、321-杯体入口。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明内容作进一步描述，
如图1至6所示，一种法拉第杯接收器，包括：屏蔽壳组件10、抑制极组件20、杯体组件30和若干个安装螺钉；抑制极组件20上的精密电极21中部矩形槽的槽口和杯体组件30上的杯体入口321开口正对设置，所述抑制极组件20和杯体组件30固定在屏蔽壳组件10内部。
所述屏蔽壳组件10包括：屏蔽壳骨架11、固定屏蔽板12、限制狭缝13、屏蔽壳入口14、可拆屏蔽板15、若干个螺母16和引线固定槽17，所述固定屏蔽板12焊接在屏蔽壳骨架11的下表面；所述屏蔽壳骨架11整体为“C”字型结构，屏蔽壳骨架11的开口端设置有屏蔽壳入口14；屏蔽壳骨架11的内表面靠近开口端位置设置有限制狭缝13；所述屏蔽壳骨架11的另一端螺纹连接有引线固定槽17；所述可拆屏蔽板15通过若干个螺母16螺纹连接在屏蔽壳骨架11的上表面。
屏蔽壳组件10能有效防止杂散离子射向杯体组件30外壁；抑制极组件20与杯体组件30之间形成抑制电场，阻止二次电子逃逸；杯体组件30将离子流信号转换成电子流信号，通过引线将信号传递给放大器。
屏蔽壳骨架11的上表面上还对称布设有若干个安装可拆屏蔽板的螺钉孔111；屏蔽壳骨架11的侧面还布设有抑制极引线孔112和固定接收器的螺纹孔114；所述屏蔽壳骨架11的内侧面上分别开有抑制极组件安装槽113和杯体组件安装槽117；
所述屏蔽壳骨架11上螺接引线固定槽17的侧面上还分别开有信号线过孔115和压线螺纹孔116；
可拆屏蔽板15上还设有折叠挡板151、屏蔽壳入口定位孔152、螺母定位孔153。
所述抑制极组件20设置在屏蔽壳组件10的抑制极组件安装槽113内；所述杯体组件30设置在屏蔽壳组件10的杯体组件安装槽117内。
所述抑制极组件安装槽113内还设置有限制狭缝13；所述限制狭缝13整体为矩形板状结构，限制狭缝13的两端还分别设置有折边131，所述限制狭缝13的中部开有限制缝132；所述屏蔽壳入口14整体为板状结构，屏蔽壳入口14包括：定位凸起141和入口缝142；定位凸起141设置在屏蔽壳入口14的两端；屏蔽壳入口14的中部开有入口缝142；所述限制缝132的宽度小于入口缝142的宽度。
固定屏蔽板12整体为矩形板状结构，所述固定屏蔽板12的一条短边上弯折形成折叠挡板121，所述折叠挡板121的弯折位置处开有屏蔽壳入口定位孔122；所述固定屏蔽板12的表面上还均匀开设有若干个螺钉孔123。
所述可拆屏蔽板15整体为矩形板状结构，所述可拆屏蔽板15的一条短边上弯折形成折叠挡板151，所述折叠挡板151的弯折位置处开有屏蔽壳入口定位孔152；所述可拆屏蔽板15的表面上还均匀开设有若干个螺母定位孔153。
所述螺母16整体为圆柱体结构，所述螺母16的圆心位置处开有螺纹通孔161，所述可拆屏蔽板15上的每个螺母定位孔153内设置有一个螺母16；设置在螺母16的圆柱外表面与螺母定位孔153内表面焊接固定。
引线固定槽17上还设置有螺钉孔171。
抑制极组件20包括：精密电极21、两个定位陶瓷块22、抑制极导线24和陶瓷管23，所述精密电极21两端固定设置有定位陶瓷块22，所述精密电极21其中一端的定位陶瓷块22上连接有陶瓷管23；所述抑制极导线24的一端与精密电极21焊接，抑制极导线24的另一端从定位陶瓷块22和陶瓷管23内穿出。
所述精密电极21采用导体材料，精密电极21上还设置有上下对称的极片，极片是阻止电场的低电位电极；极片的端部与定位陶瓷块22的定位槽接触定位，限制精密电极21前后方向的自由度；精密电极21端部设有定位板，定位板与定位陶瓷块22的定位孔配合，限制精密电极21竖直方向的自由度；精密电极21中部设有矩形槽，作为离子束通道；矩形槽去除的材料向外反折后，在精密电极21两端形成弹片用以辅助极片在定位陶瓷块22的定位槽中的定位夹紧。
定位陶瓷块22中部设有横向的定位孔，与精密电极21两端的定位板配合；定位陶瓷块侧面设有竖直方向的定位槽，与精密电极21两端的极片和弹片接触定位。
陶瓷管23上还设置有轴向通孔，用作导线24的绝缘贯穿孔。
导线24端部挤压出小平面，以方便与精密电极21的定位板焊接，为精密电极21供电；导线24的直角弯段用于限制陶瓷管23延轴向移动，确保绝缘可靠。
杯体组件30包括：杯体骨架31、杯体围板32和若干个定位销33，所述杯体骨架31与杯体围板32贴合插接设置，并通过焊接密封固定，构成带有入口的盒式结构；杯体骨架31的侧面设置有定位销33；所述定位销33插入定位陶瓷块22的内部定位连接。
所述杯体骨架31整体为“C”字型结构；杯体骨架31的底边上表面上设有导气孔312；所述杯体骨架31的底边的内表面带有倾斜角度，用于抑制二次电子反弹；所述倾斜角度一般大于5°；所述杯体骨架31的侧面上还开有若干个定位孔311；所述杯体围板32整体呈“U”型板状结构，杯体围板32的弯曲部上还开设有杯体入口321；
一种如上所述的法拉第杯接收器的接收方法，包括如下步骤：
步骤一：杯体组件的杯体入口前方依次与抑制极组件、限制狭缝、屏蔽壳入口对应设置并形成离子束进入接收器的通道；
步骤二：通过引入负电压，抑制极组件与杯体组件之间形成阻止电场，抑制二次电子逃逸；
抑制极组件内的陶瓷定位块确保抑制极、屏蔽壳、杯体之间相互绝缘和定位准确；离子束依次穿过屏蔽壳入口、限制狭缝、抑制极中部的矩形槽，最后进入杯体组件；
步骤三：离子撞击杯体组件后产生的二次电子在杯体组件内飞行，同时在导体内产生电子流来中和离子电荷和二次电子电荷；与杯体组件连接的信号线将电流信号送到放大器；
步骤四：杯体骨架底边的倾斜面和阻止电场可以有效抑制二次电子逃出杯体组件，进而提高法拉第杯接收器的接收效率。
所述陶瓷定位块为绝缘材料制成，抑制漏电流对测量精度的影响。所述杯体组件外部是金属屏蔽外壳，用以消除杂散离子干扰。
Claims (12)
1.一种法拉第杯接收器，其特征在于，包括：屏蔽壳组件(10)、抑制极组件(20)、杯体组件(30)和若干个安装螺钉；所述抑制极组件(20)和杯体组件(30)固定在屏蔽壳组件(10)内部。
2.根据权利要求1中所述的一种法拉第杯接收器，其特征在于，所述屏蔽壳组件(10)包括：屏蔽壳骨架(11)、固定屏蔽板(12)、限制狭缝(13)、屏蔽壳入口(14)、可拆屏蔽板(15)、若干个螺母(16)和引线固定槽(17)，所述固定屏蔽板(12)焊接在屏蔽壳骨架(11)的下表面；所述屏蔽壳骨架(11)整体为“C”字型结构，屏蔽壳骨架(11)的开口端设置有屏蔽壳入口(14)；屏蔽壳骨架(11)的内表面靠近开口端位置设置有限制狭缝(13)；所述屏蔽壳骨架(11)的另一端螺纹连接有引线固定槽(17)；所述可拆屏蔽板(15)通过若干个螺母(16)螺纹连接在屏蔽壳骨架(11)的上表面。
3.根据权利要求2中所述的一种法拉第杯接收器，其特征在于，所述屏蔽壳骨架(11)的上表面上还对称布设有若干个安装可拆屏蔽板的螺钉孔(111)；屏蔽壳骨架(11)的侧面还布设有抑制极引线孔(112)和固定接收器的螺纹孔(114)；所述屏蔽壳骨架(11)的内侧面上分别开有抑制极组件安装槽(113)和杯体组件安装槽(117)；
所述屏蔽壳骨架(11)上螺接引线固定槽(17)的侧面上还分别开有信号线过孔(115)和压线螺纹孔(116)；
所述抑制极组件(20)设置在屏蔽壳组件(10)的抑制极组件安装槽(113)内；所述杯体组件(30)设置在屏蔽壳组件(10)的杯体组件安装槽(117)内。
4.根据权利要求3中所述的一种法拉第杯接收器，其特征在于，所述抑制极组件安装槽(113)内还设置有限制狭缝(13)；所述限制狭缝(13)整体为矩形板状结构，限制狭缝(13)的两端还分别设置有折边(131)，所述限制狭缝(13)的中部开有限制缝(132)；所述屏蔽壳入口(14)整体为板状结构，屏蔽壳入口(14)包括：定位凸起(141)和入口缝(142)；定位凸起(141)设置在屏蔽壳入口(14)的两端；屏蔽壳入口(14)的中部开有入口缝(142)；所述限制缝(132)的宽度小于入口缝(142)的宽度。
5.根据权利要求4中所述的一种法拉第杯接收器，其特征在于，所述固定屏蔽板(12)整体为矩形板状结构，固定屏蔽板(12)的一条短边上弯折形成折叠挡板(121)，所述折叠挡板(121)的弯折位置处开有屏蔽壳入口定位孔(122)；所述固定屏蔽板(12)的表面上还均匀开设有若干个螺钉孔(123)。
6.根据权利要求5中所述的一种法拉第杯接收器，其特征在于，所述可拆屏蔽板(15)整体为矩形板状结构，所述可拆屏蔽板(15)的一条短边上弯折形成折叠挡板(151)，所述折叠挡板(151)的弯折位置处开有屏蔽壳入口定位孔(152)；所述可拆屏蔽板(15)的表面上还均匀开设有若干个螺母定位孔(153)。
7.根据权利要求6中所述的一种法拉第杯接收器，其特征在于，所述螺母(16)整体为圆柱体结构，所述螺母(16)的圆心位置处开有螺纹通孔(161)，所述可拆屏蔽板(15)上的每个螺母定位孔(153)内设置有一个螺母(16)；设置在螺母(16)的圆柱外表面与螺母定位孔(153)内表面焊接固定。
8.根据权利要求7中所述的一种法拉第杯接收器，其特征在于，所述引线固定槽(17)上还设置有螺钉孔(171)。
9.根据权利要求1中所述的一种法拉第杯接收器，其特征在于，所述抑制极组件(20)包括：精密电极(21)、两个定位陶瓷块(22)、抑制极导线(24)和陶瓷管(23)，所述精密电极(21)两端固定设置有定位陶瓷块(22)，所述精密电极(21)其中一端的定位陶瓷块(22)上连接有陶瓷管(23)；所述抑制极导线(24)的一端与精密电极(21)焊接，抑制极导线(24)的另一端从定位陶瓷块(22)和陶瓷管(23)内穿出。
10.根据权利要求1中所述的一种法拉第杯接收器，其特征在于，所述杯体组件(30)包括：杯体骨架(31)、杯体围板(32)和若干个定位销(33)，所述杯体骨架(31)与杯体围板(32)贴合插接设置，并通过焊接密封固定；杯体骨架(31)的侧面设置有定位销(33)；所述定位销(33)插入定位陶瓷块(22)的内部定位连接。
11.根据权利要求8中所述的一种法拉第杯接收器，其特征在于，所述杯体骨架(31)整体为“C”字型结构；杯体骨架(31)的底边上表面上设有导气孔(312)；所述杯体骨架(31)的底边的内表面带有倾斜角度，用于抑制二次电子反弹；所述倾斜角度大于5°；所述杯体骨架(31)的侧面上还开有若干个定位孔(311)；所述杯体围板(32)整体呈“U”型板状结构，杯体围板(32)的弯曲部上还开设有杯体入口(321)。
12.一种根据如上权利要求1至11中任意其一所述的法拉第杯接收器的接收方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：杯体组件的杯体入口前方依次与抑制极组件、限制狭缝、屏蔽壳入口对应设置，并形成离子束进入接收器的通道；
步骤二：通过引入负电压，在抑制极组件与杯体组件之间形成阻止电场，抑制二次电子逃逸；
抑制极组件内的陶瓷定位块确保抑制极、屏蔽壳、杯体之间相互绝缘和定位准确；离子束依次穿过屏蔽壳入口、限制狭缝、抑制极中部的矩形槽，最后进入杯体组件；
步骤三：离子撞击杯体组件后产生的二次电子在杯体组件内飞行，同时在导体内产生电子流来中和离子电荷和二次电子电荷；与杯体组件连接的信号线将电流信号送到放大器；
步骤四：杯体骨架底边的倾斜面和阻止电场可以有效抑制二次电子逃出杯体组件，进而提高法拉第杯接收器的接收效率。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114420528A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-29 | 四川红华实业有限公司 | 一种固定式同位素磁式质谱仪接收器及其方法 |
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2020
- 2020-12-30 CN CN202011612193.8A patent/CN112687515A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN114420528A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-29 | 四川红华实业有限公司 | 一种固定式同位素磁式质谱仪接收器及其方法 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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