CN213988812U - 射频传输四极杆电源电路及射频传输四极杆电源设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种射频传输四极杆电源电路及射频传输四极杆电源设备，设置有多个不同的射频磁环变压器，在进行不同质量范围、不同质量数的离子传输时，可通过第一选通器件和第二选通器件对应选通不同的射频磁环变压器，因此可实现从低质量数离子到高质量数离子的极宽的质量范围的离子传输，产生不同频率段灵活匹配的射频高压电场，达到很好的宽质量范围离子传输效率和仪器灵敏度；同时，通过反馈调节装置实现闭环控制架构，使得射频传输四极杆电源电路具有极高的自适应度和稳定度，因此可极大程度的提高质谱仪的应用范围。

Description

射频传输四极杆电源电路及射频传输四极杆电源设备

技术领域

本申请涉及离子传输技术领域，特别是涉及一种射频传输四极杆电源电路及射频传输四极杆电源设备。

背景技术

质谱法(Mass Spectrometry)是一种对被测样品离子的质荷比(m/q)进行测定分析的一种分析方法。首先将不带电的待测样品离子化，再通过电场或磁场的方法将离子按质荷比分离而得到质量谱，通过分析样品的质量谱和相关信息，可以得到样品的定性、定量结果。常用的质谱仪按分析器来划分，主要分为磁偏转式质谱仪、四极杆式质谱仪、离子阱质谱仪和飞行时间质谱仪。

随着质谱技术的发展，质谱仪的仪器性能指标也在不断的提升，新方法、新技术也在不断的引入。其中，在飞行时间质谱仪引入射频传输四极杆碰撞冷却聚焦技术，作为离子传输系统，对离子传输效率的提升和仪器灵敏度的增强有着很好的作用。射频传输四极杆工作时，需要加上特定频率和幅值的射频高压电场，针对不同质量数和质量范围的离子，所加的频率段和幅值有很大的差别，这对射频高压电源电场的控制方法和技术有很高的要求。

然而，目前飞行时间质谱仪中，针对射频传输四极杆，要实现从低质量数离子到高质量数离子的极宽的质量范围的离子传输，尤其20以内低质量数到4500以上高质量数的离子传输，产生不同频率段灵活匹配的射频高压电场，达到很好的宽质量范围离子传输效率和仪器灵敏度，以及自适应度和稳定度，还没有成熟的方法方案，使得仪器的应用领域也受到很大的限制。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的飞行时间质谱仪应用领域受到限制的问题，提供一种射频传输四极杆电源电路及射频传输四极杆电源设备。

一种射频传输四极杆电源电路，包括：控制装置、正弦波发生装置、放大装置、第一选通器件、第二选通器件、多个射频磁环变压器、射频传输四极杆和反馈调节装置，所述控制装置连接所述正弦波发生装置，所述正弦波发生装置连接所述放大装置，所述放大装置连接所述第一选通器件，各所述射频磁环变压器的原边分别连接所述第一选通器件，各所述射频磁环变压器的副边分别连接所述第二选通器件，所述第二选通器件连接所述射频传输四极杆，所述射频传输四极杆连接所述反馈调节装置，所述反馈调节装置连接所述控制装置，所述反馈调节装置连接所述放大装置，所述放大装置、所述第一选通器件、各所述射频磁环变压器的副边抽头和所述第二选通器件分别连接所述控制装置。

在一个实施例中，所述放大装置包括可变增益放大程控调幅器、同相多级放大电路和反相多级放大电路，所述可变增益放大程控调幅器连接所述正弦波发生装置和反馈调节装置，所述同相多级放大电路和所述反相多级放大电路分别连接所述可变增益放大程控调幅器，所述同相多级放大电路和所述反相多级放大电路分别连接所述第一选通器件，所述同相多级放大电路和所述反相多级放大电路分别连接所述控制装置。

在一个实施例中，所述同相多级放大电路包括同相放大器、第一级功率放大器和第二级功率放大器，所述同相放大器连接可变增益放大程控调幅器，所述同相放大器连接所述第一级功率放大器，所述第一级功率放大器连接所述第二级功率放大器，所述第二级功率放大器连接所述第一选通器件，所述同相放大器、所述第一级功率放大器和所述第二级功率放大器分别连接所述控制装置。

在一个实施例中，所述反相多级放大电路包括反相放大器、第一级放大器和第二级放大器，所述反相放大器连接可变增益放大程控调幅器，所述反相放大器连接所述第一级放大器，所述第一级放大器连接所述第二级放大器，所述第二级放大器连接所述第一选通器件，所述反相放大器、所述第一级放大器和所述第二级放大器分别连接所述控制装置。

在一个实施例中，所述第一级功率放大器包括第一放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第二级功率放大器第一开关管和第二开关管，所述第一级放大器包括第二放大器、第四电阻、第五电阻和第六电阻，所述第二级放大器包括第三开关管和第四开关管，所述第一电阻的一端连接所述第一放大器的正向输入端，所述第一电阻的另一端连接所述同相放大器，所述第一放大器的反向输入端连接所述第二电阻的一端和所述第三电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地，所述第三电阻的另一端连接所述第一放大器的输出端、所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端，所述第一开关管的第一端连接电源，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端和所述第一选通器件，所述第二开关管的第二端连接电源，所述第四电阻的一端连接所述第二放大器的正向输入端，所述第四电阻的另一端连接所述反相放大器，所述第二放大器的反向输入端连接所述第五电阻的一端和所述第六电阻的一端，所述第五电阻的另一端接地，所述第六电阻的另一端连接所述第二放大器的输出端、所述第三开关管的控制端和所述第四开关管的控制端，所述第三开关管的第一端连接电源，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端和所述第一选通器件，所述第四开关管的第二端连接电源。

在一个实施例中，所述控制装置包括主控制器、功率和电流监测器、选通控制器以及中低压发生器，所述主控制器连接所述正弦波发生装置，所述反馈调节装置连接所述主控制器，所述功率和电流监测器、所述选通控制器以及所述中低压发生器分别连接所述主控制器，所述功率和电流监测器连接所述放大装置，所述选通控制器连接所述第一选通器件和所述第二选通器件，所述中低压发生器连接各所述射频磁环变压器的副边抽头。

在一个实施例中，所述反馈调节装置包括检波电路、幅值监测器、数模控制器和比例积分调节器，所述检波电路连接所述射频传输四极杆，所述检波电路连接所述比例积分调节器和所述幅值监测器，所述幅值监测器和所述数模控制器分别连接所述控制装置，所述数模控制器连接所述比例积分调节器，所述比例积分调节器连接所述放大装置。

在一个实施例中，所述射频磁环变压器包括低频段射频磁环变压器、中频段射频磁环变压器和高频段射频磁环变压器。

一种射频传输四极杆电源设备，包括上述的射频传输四极杆电源电路。

在一个实施例中，射频传输四极杆电源设备还包括机箱，所述控制装置、所述正弦波发生装置和所述反馈调节装置集成设置于同一主控板卡，所述放大装置、所述第一选通器件、所述第二选通器件和多个射频磁环变压器集成设置于同一功放板卡，所述主控板卡和所述功放板卡可插拔设置于所述机箱。

上述射频传输四极杆电源电路及射频传输四极杆电源设备，在开始工作时，控制装置首先控制正弦波发生装置产生相应的正弦波信号，正弦波信号和反馈调节装置反馈的信号一起经放大装置的放大后，最终由控制装置和第一选通器件、第二选通器件选通下接入的对应射频磁环变压器加载至射频传输四极杆，在射频传输四极杆处生成射频高压电场。上述方案，设置有多个不同的射频磁环变压器，在进行不同质量范围、不同质量数的离子传输时，可通过第一选通器件和第二选通器件对应选通不同的射频磁环变压器，因此可实现从低质量数离子到高质量数离子的极宽的质量范围的离子传输，产生不同频率段灵活匹配的射频高压电场，达到很好的宽质量范围离子传输效率和仪器灵敏度；同时，通过反馈调节装置实现闭环控制架构，使得射频传输四极杆电源电路具有极高的自适应度和稳定度，因此可极大程度的提高质谱仪的应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为一实施例中射频传输四极杆电源电路结构示意图；

图2为另一实施例中射频传输四极杆电源电路结构示意图；

图3为一实施例中放大装置部分结构示意图；

图4为一实施例中射频传输四极杆电源电路的控制方法流程示意图；

图5为另一实施例中射频传输四极杆电源电路的控制方法流程示意图；

图6为一实施例中选通控制流程示意图；

图7为一实施例中谐振频率扫描流程示意图；

图8为一实施例中射频传输四极杆电源设备结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

请参阅图1，一种射频传输四极杆电源电路，包括：控制装置10、正弦波发生装置20、放大装置30、第一选通器件40、第二选通器件60、多个射频磁环变压器50、射频传输四极杆70和反馈调节装置80，控制装置10连接正弦波发生装置20，正弦波发生装置20连接放大装置30，放大装置30连接第一选通器件40，各射频磁环变压器50的原边分别连接第一选通器件40，各射频磁环变压器50的副边分别连接第二选通器件60，第二选通器件60连接射频传输四极杆70，射频传输四极杆70连接反馈调节装置80，反馈调节装置80连接控制装置10，反馈调节装置80连接放大装置30，放大装置30、第一选通器件40、各射频磁环变压器50的副边抽头(图未示)和第二选通器件60分别连接控制装置10。

具体地，正弦波发生装置20也即DDS正弦波信号发生器，在控制装置10的作用下，通过正弦波发生装置20能够产生不同频率大小的正弦波信号。在一个实施例中，根据采用射频传输四极杆70的飞行时间质谱仪工作需求，正弦波发生装置20具体可生成高频段、中频段以及低频段三种不同频段的正弦波信号。同时，本实施例的射频传输四极杆电源电路中，设置有多个不同频段范围的射频磁环变压器50，在控制装置10以及第一选通器件40的作用下，能够选取对应所需频段范围的射频磁环变压器50的原边接入电路，同时在控制装置10以及第二选通器件60的作用下，能够使得对应所需频段范围的射频磁环变压器50的副边接入电路。从而选通其中一个射频传输四极杆电源电路接入电路进行工作，以满足不同质量范围离子的需求，进而可实现20以内低质量数到4500以上高质量数的离子传输。

同时，本实施例的方案在硬件上采用幅度闭环反馈控制环路，通过反馈装置可实时采集射频传输四极杆70的输出波形进行反馈调节，当加在射频传输四极杆上的射频高压的幅度出现波动时，就会通过反馈补偿回来，这样就保证了加在射频传输四极杆上的射频高压幅度持续稳定不受干扰，幅度稳定度达到0.1％以内，形成了稳定恒定的射频电场。各射频磁环变压器50的副边抽头分别连接控制装置10，因而通过控制装置10可以产生直流偏置电压加到射频磁环变压器50线圈次级侧的中间抽头端，从而给射频磁环变压器50次级侧线圈产生的射频交流高压提供直流偏置基准电压。

应当指出的是，第一选通器件40和第二选通器件60的具体类型并不是唯一的，是要在控制装置10的作用下能够实现不同路射频磁环变压器50接入电路均可。例如，在一个实施例中，第一选通器件40、第二选通器件60均可以采用继电器来实现，其中第一选通器件40具体可采用功率继电器，而第二选通器件60具体可采用高压继电器。

请参阅图2，在一个实施例中，放大装置30包括可变增益放大程控调幅器31、同相多级放大电路32和反相多级放大电路33，可变增益放大程控调幅器31连接正弦波发生装置20和反馈调节装置80，同相多级放大电路32和反相多级放大电路33分别连接可变增益放大程控调幅器31，同相多级放大电路32和反相多级放大电路33分别连接第一选通器件40，同相多级放大电路32和反相多级放大电路33分别连接控制装置10。

具体地，可变增益放大程控调幅器31可进行幅度调制，其与正弦波发生装置20和反馈装置连接，能够接收正弦波发生装置20的正弦载波信号以及反馈调节装置80反馈回来的反馈信号一起进行调制。经过调制后的调幅波分为两路，两路正弦波信号的相位相差180°，其中一路经过同相多级放大电路32进行同相功率放大，而另一路则反相多级放大电路33进行反相功率放大。之后控制器控制第一选通器件40进行选通作用，选取多个射频磁环变压器50中对应的一射频磁环变压器50接入电路，使得两路放大后且相位相差180°的正弦波信号分别从该射频磁环变压器50的初级侧线圈的两端输入，经过该射频磁环变压器50的次级线圈(也即副边绕组)的两端以及第二选通器件60，最终加载至射频传输四极杆70。

可以理解，为了保证射频传输四极杆70能够生成射频高压电场，经过第二选通器件60后输出的两路正弦波信号，分别加载至射频传输四极杆70的任意两个邻杆(第一组邻杆)上，而射频传输四极杆70的两组邻杆相连导通，可通过另外一组邻杆分别将两路正弦波信号输出。本实施例的方案，对不同频段、不同质量范围的离子，采用多级功率放大电路架构，具有很高的射频高压幅值驱动能力。

应当指出的是，同相多级放大电路32以及反相多级放大电路33的具体结构并不是唯一的，在一个实施例中，请结合参阅图2，同相多级放大电路32包括同相放大器321、第一级功率放大器322和第二级功率放大器323，同相放大器321连接可变增益放大程控调幅器31，同相放大器321连接第一级功率放大器322，第一级功率放大器322连接第二级功率放大器323，第二级功率放大器323连接第一选通器件40，同相放大器321、第一级功率放大器322和第二级功率放大器323分别连接控制装置10；和/或，反相多级放大电路33包括反相放大器331、第一级放大器332和第二级放大器333，反相放大器331连接可变增益放大程控调幅器31，反相放大器331连接第一级放大器332，第一级放大器332连接第二级放大器333，第二级放大器333连接第一选通器件40，反相放大器331、第一级放大器332和第二级放大器333分别连接控制装置10。

具体地，本实施例的方案，经过可变增益放大程控调幅器31输出的两路正弦波信号，其中一路经过同相放大器321、第一级功率放大器322、第二级功率放大器323的放大输出同相功率放大正弦波，一路经过反相放大器331、第一级放大器332、第二级放大器333的放大之后输出反相功率放大正弦波，两路正弦波相位相差180°。经过功率继电器(也即第一选通器件40)选通后加载到对应导通的射频磁环变压器50初级侧线圈的两端，经过射频磁环变压器50的匝比升压，射频磁环变压器50次级侧线圈两端输出两路相位相差180°的射频高压正弦波，经过高压继电器(也即第二选通器件60)选通，加到射频传输四极杆的两个邻杆上，形成射频高压电场，射频传输四极杆的两组对杆相连导通，另一组邻杆输出的两路射频高压正弦波。

第一级功率放大器322、第二级功率放大器323以及第一级放大器332和第二级放大器333的具体结构并不是唯一的，在一个实施例中，请结合参阅图3，第一级功率放大器322包括第一放大器K1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第二级功率放大器323包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，第一级放大器332包括第二放大器K2、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，第二级放大器333包括第三开关管Q3和第四开关管Q4；第一电阻R1的一端连接第一放大器K1的正向输入端，第一电阻R1的另一端连接同相放大器321，第一放大器K1的反向输入端连接第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端，第二电阻R2的另一端接地，第三电阻R3的另一端连接第一放大器K1的输出端、第一开关管Q1的控制端和第二开关管Q2的控制端，第一开关管Q1的第一端连接电源，第一开关管Q1的第二端连接第二开关管Q2的第一端和第一选通器件40(图未示)，第二开关管Q2的第二端连接电源；第四电阻R4的一端连接第二放大器K2的正向输入端，第四电阻R4的另一端连接反相放大器331，第二放大器K2的反向输入端连接第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端，第五电阻R5的另一端接地，第六电阻R6的另一端连接第二放大器K2的输出端、第三开关管Q3的控制端和第四开关管Q4的控制端，第三开关管Q3的第一端连接电源，第三开关管Q3的第二端连接第四开关管Q4的第一端和第一选通器件40，第四开关管Q4的第二端连接电源。

具体地，经同相放大器321输出的正弦波同相信号VIN1以及经反相放大器331输出的正弦波反相信号VIN2，分别经过第一级高速功率运放(也即第一放大器K1和第二放大器K2)相同比例放大，分别进入第二级功率放大器323和第二级放大器333中的双电源共集电极三极管互补推挽功放电路，输出同相、反相两路有很好电流驱动和电压驱动能力的正弦波功率信号，经过选通后分别加到相应射频磁环变压器50初级侧的两端，采用的射频磁环，在射频频段的谐振点处，可以有极低的损耗和升压放大倍数。经过一级功放、二级功放和专用的射频磁环变压器50，这样就使射频磁环变压器50线圈的次级侧可以输出幅值很高射频高压，很好的满足不同频段不同质量数离子的射频高压需求。

应当指出的是，在一个实施例中，射频磁环变压器50采用特殊材料的变压器线圈，以保证射频磁环变压器50的工作可靠性，具体可以为羰基铁粉磁芯材料。

请参阅图2，在一个实施例中，控制装置10包括主控制器11、功率供电和电流监测器12、选通控制器13以及中低压发生器14，主控制器11连接正弦波发生装置20，反馈装置连接主控制器11，功率供电和电流监测器12、选通控制器13以及中低压发生器14分别连接主控制器11，功率供电和电流监测器12连接放大装置30，选通控制器13连接第一选通器件40和第二选通器件60，中低压发生器14连接各射频磁环变压器50的副边抽头。

具体地，控制装置10包括实现主控制功能的主控制器11，对放大装置30的功率供电和电流进行监测的功率供电和电流监测器12，用来控制第一选通器件40和第二选通器件60以相应通道运行的选通控制器13，以及用来给各个射频磁环变压器50的次级线圈的抽头提供直流偏置电压的中低压发生器14几部分。在射频传输四极杆电源电路开启运行时，主控制器11通过向选通控制器13发送控制指令，使得选通控制器13控制第一选通器件40和第二选通器件60亦相应通道运行，使得对应的射频磁环变压器50接入电路；同时控制中低压发生器14向该射频磁环变压器50的次级线圈提供直流偏置电流，最终使得射频传输四极杆70处产生高压电场，通过功率供电和电流监测器12能够采集流经放大装置30的电流大小，进而快速精准的扫描出射频传输四极杆电源电路最小功耗的谐振频率。

请参阅图2，在一个实施例中，反馈调节装置80包括检波电路81、幅值监测器84、数模控制器82和比例积分调节器83，检波电路81连接射频传输四极杆70，检波电路81连接比例积分调节器83和幅值监测器84，幅值监测器84和数模控制器82分别连接控制装置10，数模控制器82连接比例积分调节器83，比例积分调节器83连接放大装置30。

具体地，射频传输四极杆70输出的两路射频高压正弦波经过检波电路81进行采集分析后，输出反馈信号加到比例积分调节器83(PI调节器)上，与主控制器11通过DA控制(也即数模控制器82)产生的控制信号一起，经过PI调节进行误差比较放大，形成硬件闭环负反馈，最终经PI调节器输出的信号反馈至放大装置30，实时的对射频高压正弦波幅度进行补偿控制，以保证幅值的稳定恒定。同时，检波电路81输出的反馈信号还经过幅值监测器84返回给主控制器11进行幅值实时监测，由此形成完整的硬件闭环反馈控制环路。

上述射频传输四极杆电源电路，在开始工作时，控制装置10首先控制正弦波发生装置20产生相应的正弦波信号，正弦波信号和反馈装置反馈的信号一起经放大装置30的放大后，最终由控制装置10和第一选通器件40、第二选通器件60选通下接入的对应射频磁环变压器50加载至射频传输四极杆70，在射频传输四极杆70处生成射频高压电场。上述方案，设置有多个不同的射频磁环变压器50，在进行不同质量范围、不同质量数的离子传输时，可通过第一选通器件40和第二选通器件60对应选通不同的射频磁环变压器50，因此可实现从低质量数离子到高质量数离子的极宽的质量范围的离子传输，产生不同频率段灵活匹配的射频高压电场，达到很好的宽质量范围离子传输效率和仪器灵敏度；同时，通过反馈装置实现闭环控制架构，使得射频传输四极杆电源电路具有极高的自适应度和稳定度，因此可极大程度的提高质谱仪的应用范围。

请参阅图4，一种如上述的射频传输四极杆电源电路的控制方法，包括步骤S100、步骤S200和步骤S300。

步骤S100，获取频率设定值；步骤S200，根据频率设定值控制第一选通器件和第二选通器件选通对应的射频磁环变压器；步骤S300，通过调整正弦波发生装置和反馈调节装置，得到射频传输四极杆电源电路最小功耗时的谐振频率。

具体地，射频传输四极杆电源电路的具体结构如上述各个实施例及附图所示，本申请提供的射频传输四极杆电源电路在开启工作时，采用宽频率范围精细步进的频率扫描程序算法，在不同频率段下，针对具有不同等效电容的射频传输四极杆，以及相匹配的射频磁环变压器50次级侧的电感线圈，可以一键快速精准的扫描出最小功耗的谐振频率。首先控制装置10获取频率设定值，该频率设定值可以是用户直接输入控制装置10，也可以是通过与控制装置10相连接的上位机或者用户终端发送。

之后控制装置10根据接收到的设定频率的大小，对应控制第一选通器件40和第二选通器件60选通不同的射频磁环变压器50，通过对放大装置30的输入进行不断的调整，最终扫描得到最小功耗的谐振频率，使射频传输四极杆电源电路有了很好的自适应能力。

扫描得到谐振频率的方式并不是唯一的，请参阅图5，在一个实施例中，步骤S300包括步骤S310和步骤S320。

步骤S310，调整正弦波发生装置和反馈调节装置，并实时采集放大装置的电流值；步骤S320，当得到放大装置的最小电流值时，读取正弦波发生装置的当前频率，即为射频传输四极杆电源电路最小功耗时的谐振频率。

具体地，当控制装置10对正弦波发生装置20和反馈调节装置80进行调整时，对应的加载至放大装置30的信号也会发生变化，此时控制装置10通过接收功率供电和电流监测器12采集并发送的电流信号进行分析，得到最小电流信号时，将最小电流信号对应的频率作为谐振频率即可。

请参阅图6，在一个实施例中，射频磁环变压器50包括低频段射频磁环变压器50、中频段射频磁环变压器50和高频段射频磁环变压器50，步骤S200包括步骤S210、步骤S220、步骤S230、步骤S240、步骤S250和步骤S260。

步骤S210，根据频率设定值与预设第一频段范围进行比较分析；步骤S220，当频率设定值处于预设第一频段范围内时，控制第一选通器件和第二选通器件选通低频段射频磁环变压器；步骤S230，当频率设定值未处于预设第一频段范围内时，根据频率设定值与预设第二频段范围进行比较分析；预设第二频段范围的最小阈值等于预设第一频段范围的最大阈值；步骤S240，当频率设定值处于预设第二频段范围内时，控制第一选通器件和第二选通器件选通中频段射频磁环变压器；步骤S250，当频率设定值未处于预设第二频段范围内时，根据频率设定值与预设第三频段范围进行比较分析；预设第三频段范围的最小阈值等于预设第二频段范围的最大阈值；步骤S260，当频率设定值处于预设第三频段范围内时，控制第一选通器件和第二选通器件选通高频段射频磁环变压器。

具体地，请结合参阅图7，射频传输四极杆电源电路上电进行系统初始化，控制装置10首先读取上位机发来的Freg设定频率值(也即上述频率设定值)，开始判断设定频率值是否在预设第一频段范围内，即是否在FS1和FE1频率之间。如果判断结果为是，开启选通通道1，功率继电器(第一选通器件40)和高压继电器(第二选通器件60)选选通第一路，低频段射频磁环变压器50导通。之后即可通过不断精细步进调整反馈调节装置80中数模控制器82(DAC)的输出和调整DDS频率(也即正弦波发生装置20)输出，通过控制装置10的功率供电和电流监测器12进行电流信号采集，循环查找放大装置30的最小电流值，当最终找到最小电流值时，读取当前实际频率值Freg。判断该频率值是否在预设第一频段范围内，如果是，说明已经找到预设第一频段范围内匹配的谐振频率，频率扫描结束；如果否，说明射频传输四极杆负载连接上有错误，程序结束。

如果判断结果设定频率值不在预设第一频段范围内，则接着判断设定频率值是否在预设第二频段范围内，即是否在FS2和FE2频率之间。如果是，开启选通通道2，功率继电器和高压继电器选通第二路，中频段射频磁环变压器50导通，同样通过不断精细步进调整数模控制器82输出和调整DDS频率输出，通过控制装置10的功率供电和电流监测器12进行电流信号采集，循环查找放大装置30的最小电流值，当最终找到最小电流值时，读取当前实际频率值Freg。判断该频率值是否在预设第二频段范围内，如果是，说明已经找到预设第二频段范围内匹配的谐振频率，频率扫描结束；如果否，说明射频传输四极杆负载连接上有错误，程序结束。

如果设定频率值仍然不在预设第二频段范围内，则再接着判断设定频率是否在预设第三频段范围内，即是否在FS3和FE3频率之间。如果是，开启选通通道3，功率继电器和高压继电器选通第三路，高频段射频磁环变压器50导通，同样通过不断精细步进调整DAC输出和调整DDS频率输出，通过控制装置10的功率供电和电流监测器12进行电流信号采集，循环查找放大装置30的最小电流值，当最终找到最小电流值时，读取当前实际频率值Freg。判断该频率值是否在预设第三频段范围内，如果是，说明已经找到预设第三频段内匹配的谐振频率，频率扫描结束；如果否，说明射频传输四极杆负载连接上有错误，程序结束，这样就在上电瞬间实现了快速精准的谐振频率扫描。

应当指出的是，预设第一频段范围、预设第二频段范围和预设第三频段范围之间的关系为，FS1＜FE1＝FS2＜FE2＝FS3＜FE3。在一个实施例中，在通过控制装置10的功率供电和电流监测器12进行电流信号采集，循环查找放大装置30的最小电流值时，可以是循环查找一分钟，将这一分钟内的最下电流值作为放大装置30的最小电流值，实现快速精准的谐振频率扫描。

上述射频传输四极杆电源电路的控制方法，采用宽频率范围精细步进的频率扫描程序算法，针对不同电容特性的传输四极杆，实现高中低三个频段的射频高压灵活切换选通和谐振频率自动快速精准扫描。

一种射频传输四极杆电源设备，包括上述的射频传输四极杆电源电路，控制装置10用于根据上述的控制方法扫描得到最小功耗的谐振频率。

具体地，射频传输四极杆电源电路的具体结构是上述各个实施例及附图所示，正弦波发生装置20也即DDS正弦波信号发生器，在控制装置10的作用下，通过正弦波发生装置20能够产生不同频率大小的正弦波信号。在一个实施例中，根据采用射频传输四极杆70的飞行时间质谱仪工作需求，正弦波发生装置20具体可生成高频段、中频段以及低频段三种不同频段的正弦波信号。同时，本实施例的射频传输四极杆电源电路中，设置有多个不同频段范围的射频磁环变压器50，在控制装置10以及第一选通器件40的作用下，能够选取对应所需频段范围的射频磁环变压器50的原边接入电路，同时在控制装置10以及第二选通器件60的作用下，能够使得对应所需频段范围的射频磁环变压器50的副边接入电路。从而选通其中一个射频传输四极杆电源电路接入电路进行工作，以满足不同质量范围离子的需求，进而可实现20以内低质量数到4500以上高质量数的离子传输。

同时，本实施例的方案在硬件上采用幅度闭环反馈控制环路，通过反馈装置可实时采集射频传输四极杆70的输出波形进行反馈调节，当加在射频传输四极杆上的射频高压的幅度出现波动时，就会通过反馈补偿回来，这样就保证了加在射频传输四极杆上的射频高压幅度持续稳定不受干扰，幅度稳定度达到0.1％以内，形成了稳定恒定的射频电场。各射频磁环变压器50的副边抽头分别连接控制装置10，因而通过控制装置10可以产生直流偏置电压加到射频磁环变压器50线圈次级侧的中间抽头端，从而给射频磁环变压器50次级侧线圈产生的射频交流高压提供直流偏置基准电压。

射频传输四极杆电源电路在开启工作时，采用宽频率范围精细步进的频率扫描程序算法，在不同频率段下，针对具有不同等效电容的射频传输四极杆，以及相匹配的射频磁环变压器50次级侧的电感线圈，可以一键快速精准的扫描出最小功耗的谐振频率。首先控制装置10获取频率设定值，该频率设定值可以是用户直接输入控制装置10，也可以是通过与控制装置10相连接的上位机或者用户终端发送。

之后控制装置10根据接收到的设定频率的大小，对应控制第一选通器件40和第二选通器件60选通不同的射频磁环变压器50，通过对放大装置30的输入进行不断的调整，最终扫描得到最小功耗的谐振频率，使射频传输四极杆电源电路有了很好的自适应能力。

在一个实施例中，射频传输四极杆电源设备还包括机箱，控制装置10、正弦波发生装置20和反馈调节装置80集成设置于同一主控板卡，放大装置30、第一选通器件40、第二选通器件60和多个射频磁环变压器50集成设置于同一功放板卡，主控板卡和功放板卡可插拔设置于机箱。

具体地，本实施例中功放板卡的数量为多个，为了便于理解，请结合参阅图8，在一个较为详细的实施例中，以功放板卡的数量为两个进行说明，即第一功放板卡500和第二功放板卡600，两功放板卡是结构和功能完全相同的两个板卡，其中射频磁环变压器50的绕组存在一定区别，用于不同射频传输四极杆产生不同的高压电场。主控板卡400、第一功放板卡500和第二功放板卡600可以实现快速插入和拔出机箱700。其中，主控板卡400与外部通信并给第一功放板卡500和第二功放板卡600提供控制信号，第一功放板卡500给第一组射频传输四极杆提供射频高压电场，第二功放板卡600给第二组射频传输四极杆提供射频高压电场。根据不同的射频传输四极杆需求，第一功放板卡500和第二功放板卡600可以实现快速定制设计和任意插拔更换，同时可以更加方便的维护。

上述射频传输四极杆电源设备，采用插卡模块集成式机械结构，实现各功能模块可以根据不同的射频传输四极杆需求，进行快速定制设计和维护更换，具有较强的操作便利性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种射频传输四极杆电源电路，其特征在于，包括：控制装置、正弦波发生装置、放大装置、第一选通器件、第二选通器件、多个射频磁环变压器、射频传输四极杆和反馈调节装置，

所述控制装置连接所述正弦波发生装置，所述正弦波发生装置连接所述放大装置，所述放大装置连接所述第一选通器件，各所述射频磁环变压器的原边分别连接所述第一选通器件，各所述射频磁环变压器的副边分别连接所述第二选通器件，所述第二选通器件连接所述射频传输四极杆，所述射频传输四极杆连接所述反馈调节装置，所述反馈调节装置连接所述控制装置，所述反馈调节装置连接所述放大装置，所述放大装置、所述第一选通器件、各所述射频磁环变压器的副边抽头和所述第二选通器件分别连接所述控制装置。

2.根据权利要求1所述的射频传输四极杆电源电路，其特征在于，所述放大装置包括可变增益放大程控调幅器、同相多级放大电路和反相多级放大电路，所述可变增益放大程控调幅器连接所述正弦波发生装置和反馈调节装置，所述同相多级放大电路和所述反相多级放大电路分别连接所述可变增益放大程控调幅器，所述同相多级放大电路和所述反相多级放大电路分别连接所述第一选通器件，所述同相多级放大电路和所述反相多级放大电路分别连接所述控制装置。

3.根据权利要求2所述的射频传输四极杆电源电路，其特征在于，所述同相多级放大电路包括同相放大器、第一级功率放大器和第二级功率放大器，所述同相放大器连接可变增益放大程控调幅器，所述同相放大器连接所述第一级功率放大器，所述第一级功率放大器连接所述第二级功率放大器，所述第二级功率放大器连接所述第一选通器件，所述同相放大器、所述第一级功率放大器和所述第二级功率放大器分别连接所述控制装置。

4.根据权利要求3所述的射频传输四极杆电源电路，其特征在于，所述反相多级放大电路包括反相放大器、第一级放大器和第二级放大器，所述反相放大器连接可变增益放大程控调幅器，所述反相放大器连接所述第一级放大器，所述第一级放大器连接所述第二级放大器，所述第二级放大器连接所述第一选通器件，所述反相放大器、所述第一级放大器和所述第二级放大器分别连接所述控制装置。

5.根据权利要求4所述的射频传输四极杆电源电路，其特征在于，所述第一级功率放大器包括第一放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第二级功率放大器包括第一开关管和第二开关管，所述第一级放大器包括第二放大器、第四电阻、第五电阻和第六电阻，所述第二级放大器包括第三开关管和第四开关管，

所述第一电阻的一端连接所述第一放大器的正向输入端，所述第一电阻的另一端连接所述同相放大器，所述第一放大器的反向输入端连接所述第二电阻的一端和所述第三电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地，所述第三电阻的另一端连接所述第一放大器的输出端、所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端，所述第一开关管的第一端连接电源，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端和所述第一选通器件，所述第二开关管的第二端连接电源，

所述第四电阻的一端连接所述第二放大器的正向输入端，所述第四电阻的另一端连接所述反相放大器，所述第二放大器的反向输入端连接所述第五电阻的一端和所述第六电阻的一端，所述第五电阻的另一端接地，所述第六电阻的另一端连接所述第二放大器的输出端、所述第三开关管的控制端和所述第四开关管的控制端，所述第三开关管的第一端连接电源，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端和所述第一选通器件，所述第四开关管的第二端连接电源。

6.根据权利要求1-5任一项所述的射频传输四极杆电源电路，其特征在于，所述控制装置包括主控制器、功率和电流监测器、选通控制器以及中低压发生器，所述主控制器连接所述正弦波发生装置，所述反馈调节装置连接所述主控制器，所述功率和电流监测器、所述选通控制器以及所述中低压发生器分别连接所述主控制器，所述功率和电流监测器连接所述放大装置，所述选通控制器连接所述第一选通器件和所述第二选通器件，所述中低压发生器连接各所述射频磁环变压器的副边抽头。

7.根据权利要求6所述的射频传输四极杆电源电路，其特征在于，所述反馈调节装置包括检波电路、幅值监测器、数模控制器和比例积分调节器，所述检波电路连接所述射频传输四极杆，所述检波电路连接所述比例积分调节器和所述幅值监测器，所述幅值监测器和所述数模控制器分别连接所述控制装置，所述数模控制器连接所述比例积分调节器，所述比例积分调节器连接所述放大装置。

8.根据权利要求1所述的射频传输四极杆电源电路，其特征在于，所述射频磁环变压器包括低频段射频磁环变压器、中频段射频磁环变压器和高频段射频磁环变压器。

9.一种射频传输四极杆电源设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的射频传输四极杆电源电路。

10.根据权利要求9所述的射频传输四极杆电源设备，其特征在于，还包括机箱，所述控制装置、所述正弦波发生装置和所述反馈调节装置集成设置于同一主控板卡，所述放大装置、所述第一选通器件、所述第二选通器件和多个射频磁环变压器集成设置于同一功放板卡，所述主控板卡和所述功放板卡可插拔设置于所述机箱。

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