CN207624657U - 一种用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，包括：超低输入偏置电流运算放大器，与运算放大器负输入端联结的一阶低通滤波单元，与运算放大器正输入端联结的补偿输入失调电压输入单元和正输入端低通滤波单元，在运算放大器输出端联结输出低通滤波器;本实用新型公开的一种用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，通过增加保护环技术以及巴特沃兹滤波器对干扰电流及射频电源的高频干扰进行滤波，以达到采用更低的成本提升信噪比，使得分析结果更加精确。
Description
技术领域
本实用新型属于质谱仪领域，尤其涉及一种质谱仪微电流放大滤波保护电路。
背景技术
质谱仪主要由进样系统、离子源、离子导入和离子传输、质量分析器、探测器组成；在质谱分析仪器中，要对样品中微量的元素的种类和含量进行检测，元素在经过离子源之后变为离子状态进入质谱仪器的透镜系统中，要通过施加电场来改变离子在透镜系统中的运动轨迹，从而筛选出最佳的离子；稳定的电场可由直流电源提供，施加合适的电压值能够有效地控制离子在真空透镜中加速或减速，改变离子飞行的速度和方向；离子通过透镜的能力可提高检测的灵敏度，精确稳定的离子电场强度对离子的分辨率有很大的影响，在探测器中需要对离子进行接收探测，其中由电子倍增管接收并产生微弱电流信号以便后续物质的分析判断，而此处的微弱电流极其受到干扰，影响最终的物质分析结果；现有技术一方面在与电路板联结过程中缺少保护，另一方面在处理射频电源的高频干扰缺少有效处理手段，因此需要寻找一种多方面消除干扰影响的技术方案。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型旨在克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个，提出了一种多方面消除干扰影响用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，包括：超低输入偏置电流运算放大器，与所述运算放大器负输入端联结的一阶低通滤波单元，与所述运算放大器正输入端联结的补偿输入失调电压输入单元和正输入端低通滤波单元，在所述运算放大器输出端联结输出低通滤波器。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，现有技术一方面在与电路板联结过程中缺少保护，另一方面在处理射频电源的高频干扰缺少有效处理手段，而本实用新型公开的一种用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，通过增加保护环技术以及巴特沃兹滤波器对干扰电流及射频电源的高频干扰进行滤波，以达到采用更低的成本提升信噪比，使得分析结果更加精确。
另外，根据本实用新型公开的用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路还具有如下附加技术特征：
进一步地，所述运算放大器为AD549运算放大器，本案中失调输入电流75fA，采用10M的高精度低温漂电阻作为运算放大器的反馈电阻。
优选地，运算放大器为AD549KH。
进一步地，所述一阶低通滤波单元包括一阶电阻和一阶电容构成，后侧跟随高精度低温漂电阻进行分压。
进一步地，所述保护电路还包括采用高精度低温漂电阻承担的联结到所述运算放大器负输入端的反馈电路。
进一步地，所述运算放大器的放大倍数设置在106倍以上。
优选地，放大倍数采用107倍，无输入信号时，AD549KH输出电流在微安级别，因此采用联结正输入端的电位器和电阻补偿输入失调电压。
进一步地，所述失调电压输入单元包括电位器和电阻，所述失调电压输入单元后端联结所述正输入端低通滤波单元，所述正输入端低通滤波单元包括正输入端滤波电阻和正输入端滤波电容。
正输入端低筒滤波单元能有效过滤电源的噪声干扰，本案中，采用的正输入端滤波电阻阻值为400-500千欧，正输入端滤波电容为80-105nF。
进一步地，所述输出低通滤波器为巴特沃斯滤波器。
更进一步地，所述巴特沃斯滤波器为二阶巴特沃思滤波器。
更进一步地，所述巴特沃斯滤波器包括联结负输入端的由电阻和电容构成的巴特沃斯低通滤波单元和巴特沃斯运算放大器以及联结输出端及负输入端的形成正反馈的电阻。
更进一步地，所述巴特沃斯滤波器截止频率为：
f0 = ，
品质因数Q：
Q=。
本方案的设计的两个二阶巴特沃斯低通滤波器的截止频率都是80到120KHz之间，Q值符合归一化的四阶巴特沃斯低通滤波器的Q值分布，在阻带以60-100dB/dec之间的斜率衰减高频噪声，经过四阶巴特沃斯低通滤波器后能有效滤除射频电源的噪声达到预期效果。
进一步地，所述保护电路还包括在从电子倍增管连接到电路板之间联结处安装保护环，使用了成本低，效果好的特氟龙隔离柱和接地过孔技术，最大程度的减少电路板泄漏电流对信号采集电路的影响。
本实用新型附加的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，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1 是微弱电流信号输入到运算放大器的负输入端的示意图。
图2 是运算放大器的输入失调电压得补偿电路。
图3 是本实用新型设计四阶巴特沃斯低通滤波器的示意图。
图4是保护环示意图；
图中，1-特氟龙支座 2-焊接柱 3-接地过孔 4-PCB板。
实施例方式
下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“纵”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“联结”、“安装”、“配合”““、“固定、”相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的联结；可以是直接安装，也可以通过中间媒介间接安装；“配合”可以是面与面的配合，也可以是点与面或线与面的配合，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本实用新型的实用新型构思如下，本实用新型公开的一种用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，通过对真空透镜系统工作电压的精准稳定的控制，使离子以最佳的通过筛选的运动轨迹进入四级杆中，避免了由电压的波动影响离子的通过率，从而降低离子分辨率，同时实现实时反馈和保护功能，提高了整个供电系统的可靠性和稳定性。
下面将参照附图来描述本实用新型，其中图1 是微弱电流信号输入到运算放大器的负输入端的示意图；图2 是运算放大器的输入失调电压得补偿电路；图3 是本实用新型设计四阶巴特沃斯低通滤波器的示意图；图4是保护环示意图。
如图1-3所示，根据本实用新型的实施例，所述用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，包括：超低输入偏置电流运算放大器，与所述运算放大器负输入端联结的一阶低通滤波单元，与所述运算放大器正输入端联结的补偿输入失调电压输入单元和正输入端低通滤波单元，在所述运算放大器输出端联结输出低通滤波器。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，现有技术一方面在与电路板联结过程中缺少保护，另一方面在处理射频电源的高频干扰缺少有效处理手段，而本实用新型公开的一种用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，通过增加保护环技术以及巴特沃兹滤波器对干扰电流及射频电源的高频干扰进行滤波，以达到采用更低的成本提升信噪比，使得分析结果更加精确。
另外，根据本实用新型公开的用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路还具有如下附加技术特征：
根据本实用新型的一些实施例，所述运算放大器为AD549运算放大器，本案中失调输入电流60-90fA，采用9-13M的高精度低温漂电阻作为运算放大器的反馈电阻R17。
优选地，运算放大器为AD549KH。
根据本实用新型的一些实施例，所述一阶低通滤波单元包括一阶电阻R13和一阶电容C11构成，后侧跟随高精度低温漂电阻R14进行分压，如图1所示。
根据本实用新型的一些实施例，所述保护电路还包括采用高精度低温漂电阻R17承担的联结到所述运算放大器负输入端的反馈电路。
进一步地，所述运算放大器的放大倍数设置在106倍以上。
根据本实用新型的一个实施例，放大倍数采用107倍，无输入信号时，AD549KH输出电流在微安级别，因此采用联结正输入端的电位器和电阻补偿输入失调电压，如图2所示。
根据本实用新型的一些实施例，所述失调电压输入单元包括电位器和电阻，所述失调电压输入单元后端联结所述正输入端低通滤波单元，所述正输入端低通滤波单元包括正输入端滤波电阻和正输入端滤波电容，如图2所示。
根据本实用新型的一个实施例，正输入端低筒滤波单元能有效过滤电源的噪声干扰，本案中，采用的正输入端滤波电阻阻值为400-500千欧，正输入端滤波电容为80-105nF。
根据本实用新型的一些实施例，所述输出低通滤波器为巴特沃斯滤波器。
射频电源的射频噪声会耦合到信号线上干扰信号电流。射频噪声的频率范围大概在700KHz到1200KHz，所以需要在后面加入低通滤波器来滤掉射频噪声。
进一步地，所述巴特沃斯滤波器为二阶巴特沃思滤波器。
进一步地，所述巴特沃斯滤波器包括联结负输入端的由电阻R11及R15和电容C10及C12构成的巴特沃斯低通滤波单元和巴特沃斯运算放大器以及联结输出端及负输入端的形成正反馈的电阻R4、R5。
进一步地，所述巴特沃斯滤波器截止频率为：
f0 = ，
品质因数Q：
Q=。
根据本实用新型的一个实施例，本方案的设计的两个二阶巴特沃斯低通滤波器的截止频率都是80到120KHz之间，Q值符合归一化的四阶巴特沃斯低通滤波器的Q值分布，在阻带以60-100dB/dec之间的斜率衰减高频噪声，经过四阶巴特沃斯低通滤波器后能有效滤除射频电源的噪声达到预期效果。
根据本实用新型的一些实施例，所述保护电路还包括在从电子倍增管连接到电路板之间联结处安装保护环，使用了成本低，效果好的特氟龙隔离柱和接地过孔技术，最大程度的减少电路板泄漏电流对信号采集电路的影响，如图4所示。
任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。
尽管参照本实用新型的多个示意性实施例对本实用新型的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本实用新型原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本实用新型的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (11)
1.一种用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，其特征在于,包括：超低输入偏置电流运算放大器，与所述运算放大器负输入端联结的一阶低通滤波单元，与所述运算放大器正输入端联结的补偿输入失调电压输入单元和正输入端低通滤波单元，在所述运算放大器输出端联结输出低通滤波器。
2.根据权利要求1所述的用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，其特征在于，所述运算放大器为AD549运算放大器。
3.根据权利要求1所述的用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，其特征在于，所述一阶低通滤波单元包括一阶电阻和一阶电容构成，后侧跟随高精度低温漂电阻进行分压。
4.根据权利要求1所述的用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括采用高精度低温漂电阻承担的联结到所述运算放大器负输入端的反馈电路。
5.根据权利要求1所述的用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，其特征在于，所述运算放大器的放大倍数设置在106倍以上。
6.根据权利要求1所述的用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，其特征在于，所述失调电压输入单元包括电位器和电阻，所述失调电压输入单元后端联结所述正输入端低通滤波单元，所述正输入端低通滤波单元包括正输入端滤波电阻和正输入端滤波电容。
7.根据权利要求1所述的用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，其特征在于，所述输出低通滤波器为巴特沃斯滤波器。
8.根据权利要求7所述的用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，其特征在于，所述巴特沃斯滤波器为二阶巴特沃思滤波器。
9.根据权利要求7所述的用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，其特征在于，所述巴特沃斯滤波器包括联结负输入端的由电阻和电容构成的巴特沃斯低通滤波单元和巴特沃斯运算放大器以及联结输出端及负输入端的形成正反馈的电阻。
10.根据权利要求7所述的用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，其特征在于，所述巴特沃斯滤波器截止频率为：
f0 = ，
品质因数Q：
Q=。
11.根据权利要求1所述的用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括在从电子倍增管连接到电路板之间联结处安装保护环。
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| CN201721502282.0U CN207624657U (zh) | 2017-11-13 | 2017-11-13 | 一种用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路 |
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| CN107968033A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-04-27 | 江苏天瑞仪器股份有限公司 | 一种用于质谱仪电子倍增管微电流放大滤波保护电路 |
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2017
- 2017-11-13 CN CN201721502282.0U patent/CN207624657U/zh active Active
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