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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG (ANMELDUNGEN)
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
Chinesischen Patentanmeldung mit der Nummer 201611220290.6 , die am 26. Dezember 2016 eingereicht wurde und die hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit Teil der vorliegenden Anmeldung ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Ionenstrahlmessung und insbesondere ein Ionenmobilitätsspektrometer.
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HINTERGRUND
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lonenmobilitätsspektrometer realisieren eine Differenzierung von Ionen in Übereinstimmung mit unterschiedlichen Driftgeschwindigkeiten von unterschiedlichen Ionen in einem gleichförmigen schwachen elektrischen Feld. Ionenmobilitätsspektrometer werden in zahlreichen Gebieten in einem weitverbreiteten Maße verwendet, wie beispielsweise bei der Erfassung von Drogen und Sprengmitteln, und zwar als Folge von deren hoher Differenzierungsgeschwindigkeit, hoher Empfindlichkeit, fehlender Notwendigkeit einer Vakuumumgebung und einer einfachen Miniaturisierung.
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Ein typisches lonenmobilitätsspektrometer besteht gewöhnlicherweise aus einem Probeneinspritzteil, einem Ionisationsteil, einem lonengatter, einer Migrationszone, einer Sammelzone, einer Ausleseschaltung, einem Datenaufnahme- und Verarbeitungsteil, einem Steuerteil usw. Das lonisationsteil weist eine primäre Funktion zum Umwandeln von Probemolekülen in Ionen zur Migration und Trennung auf und ein Isolationseffekt des Ionisationsteils weist einen sehr direkten Einfluss auf das Betriebsverhalten des lonenmobilitätsspektrometers auf.
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Um ein besseres lonisationsbetriebsverhalten zu erzielen ist ein lonenmobilitätsspektrometer verwendet worden, welches eine Ionisation unter Verwendung einer Koronaentladung ausführt. Eine Koronaentladung bezeichnet ein Phänomen, bei dem eine Organisation von Gasmolekülen durch ein lokales starkes elektrisches Feld in einem räumlichen nicht-gleichförmigen elektrischen Feld bewirkt wird. Ionen, die direkt durch eine Koronaentladung erzeugt werden, werden gewöhnlicherweise als Reaktionsionen (Reaktanzionen) bezeichnet. Wenn Probemoleküle mit einer hohen Protonen- oder Elektronenaffinität durch die lonisationszone treten, können sie durch Einfangen von Ladungen von Reaktionsionen ionisiert werden. Ein gewöhnlicher Koronaentladungsaufbau ist einfach und weist geringe Kosten auf und kann eine hohe Ladungskonzentration hervorbringen, wodurch eine Empfindlichkeit und ein dynamischer Bereich des lonenmobilitätsspektrometers stark verbessert wird.
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Jedoch bedingt die hohe Ladungskonzentration, die von der Koronaentladung erzeugt wird, weiter, dass das lonenmobilitätsspektrometer die Ladungen in einem besser geeigneten Maß sammeln und verarbeiten wird; ansonsten kann dies schwerwiegend die Stabilität der Einrichtung beeinflussen. Wie eine stabilere Koronaentladung auf Grundlage eines lonenmobilitätsspektrometers erreichbar ist, ist eines der dringendsten Probleme in dem verwandten Sachstand.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Um die obigen Probleme in dem verwandten Sachstand zu lösen schlägt die vorliegende Offenbarung ein lonenmobilitätsspektrometer vor.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein lonenmobilitätsspektrometer vorgeschlagen, umfassend:
- eine Energieversorgungsschaltung, die konfiguriert ist, um eine Energieversorgungsspannung bereitzustellen;
- einen Koronaentladungsaufbau mit einem Eingangsanschluss, der mit der Energieversorgungsschaltung verbunden ist und konfiguriert ist, um über eine Koronaentladung Ionen zu erzeugen, die einer Messung ausgesetzt werden sollen;
- eine Ionenmigrationsschaltung, die mit der Energieversorgungsschaltung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Migration der Ionen zu steuern;
- einen Migrationszonenaufbau, der mit der Ionenmigrationsschaltung verbunden ist und konfiguriert ist, um unter der Steuerung der lonenmigrationsschaltung eine Mobilitätsspektrummessung der Ionen, die durch den Migrationszonenaufbau treten, zu realisieren;
- eine Redundanzladung-Extraktionselektrode, die zwischen dem Koronaentladungsaufbau und die Migrationszonenaufbau angeordnet ist, so dass die Ionen, die von dem Koronaentladungsaufbau erzeugt werden, dadurch treten können, um den Migrationszonenaufbau zu erreichen; und
- eine Redundanzladung-Extraktionsschaltung, die mit der Energieversorgungsschaltung, dem Eingangsanschluss des Koronaentladungsaufbaus, dem Migrationszonenaufbau und der Redundanzladung-Extraktionselektrode verbunden ist,
- wobei die Redundanzladung-Extraktionselektrode über die Redundanzladungs-Extraktionsschaltung mit Masse verbunden ist.
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In einer Ausführungsform umfasst die Redundanzladungs-Extraktionsschaltung einen ersten Spannungsteiler, einen zweiten Spannungsteiler und einen Gleichstrom-Sperrkondensator umfasst, wobei
der erste Spannungsteiler einen Anschluss, der mit der Energieversorgungsschaltung und dem Eingangsanschluss des Koronaentladungsaufbaus verbunden ist, und einen anderen Anschluss, der mit dem ersten Knoten verbunden ist, aufweist,
der zweite Spannungsteiler einen Anschluss, der mit dem ersten Knoten verbunden ist, und einen anderen Anschluss, der mit dem Migrationszonenaufbau verbunden ist, aufweist,
der Gleichstrom-Sperrkondensator einen Anschluss, der mit dem ersten Knoten verbunden ist, und einen anderen Anschluss, der mit der Masse verbunden ist, aufweist, und
die Redundanzladung-Extraktionsschaltung mit der Redundanzladung-Extraktionselektrode an dem ersten Knoten verbunden ist.
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In einer Ausführungsform umfasst der Koronaentladungsaufbau einen Koronastift und eine Entladungsröhre, wobei:
- der Koronastift einen Anschluss, der als der Eingangsanschluss des Koronaentladungsaufbaus dient, und einen anderen Anschluss, der konfiguriert ist, um die Ionen durch eine Entladung zu erzeugen, aufweist, und
- die Entladungsröhre um den Koronastift herum angeordnet ist, um den anderen Anschluss des Koronastifts lateral zu umgeben.
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In einer Ausführungsform ist die Redundanzladung-Extraktionsschaltung ferner mit der Entladungsröhre des Koronaentladungsaufbaus an einem zweiten Knoten verbunden, und umfasst einen ersten Spannungsteiler, einen zweiten Spannungsteiler, einen dritten Spannungsteiler, einen ersten Gleichstrom-Sperrkondensator und einen zweiten Gleichstrom-Sperrkondensator, wobei
der erste Spannungsteiler einen Anschluss, der mit der Energieversorgungsschaltung und dem Eingangsanschluss des Koronaentladungsaufbaus verbunden ist, und einen anderen Anschluss, der mit dem zweiten Knoten verbunden ist, aufweist,
der zweite Spannungsteiler einen Anschluss, der mit einem ersten Knoten verbunden ist, und einen anderen Anschluss, der mit dem Migrationszonenaufbau verbunden ist, aufweist,
der dritte Spannungsteiler zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten geschaltet ist;
der erste Gleichstrom-Sperrkondensator einen Anschluss, der mit dem ersten Knoten verbunden ist, und einen anderen Anschluss, der mit der Masse verbunden ist, aufweist,
der zweite Gleichstrom-Sperrkondensator einen Anschluss, der mit dem zweiten Knoten verbunden ist, und einen anderen Anschluss, der mit der Masse verbunden ist, aufweist, und
die Redundanzladung-Extraktionsschaltung mit der Redundanzladung-Extraktionselektrode an dem ersten Knoten verbunden ist.
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In einer Ausführungsform umfasst der Migrationszonenaufbau einen Speicherring, ein lonengatter, mehrere Mobilitätsfeld-Elektrodenplatten, ein Unterdrückungsgitter und eine Faraday Platte, die sequenziell von einem Eingangsanschluss zu einem Ausgangsanschluss angeordnet sind,
wobei ein Anschluss des Speicherrings, ein Anschluss der ersten Mobilitätsfeldelektrodenplatte und ein Anschluss einer letzten Mobilitätsfeldelektrodenplatte mit der Ionenmigrationsschaltung jeweils an unterschiedlichen Knoten verbunden sind,
die anderen Anschlüsse mehreren Mobilitätsfeldelektrodenplatten mit ersten Anschlüssen von mehreren in Reihe geschalteten Widerständen in einer 1-zu-1 Entsprechung verbunden sind, wobei eine Anzahl der mehreren Widerstände die gleiche wie diejenige der mehreren Mobilitätsfeldelektrodenplatten ist, und
wenigstens einer der mehreren Widerstände mit der Redundanzladung-Extraktionsschaltung verbunden ist.
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In einer Ausführungsform erzeugt die Ionenmigrationsschaltung unterschiedliche Potentiale an den Knoten, mit denen ein Anschluss des Speicherrings, ein Anschluss der ersten Mobilitätsfeld-Elektrodenplatte und ein Anschluss der letzten Mobilitätsfeld-Elektrodenplatte jeweils verbunden sind.
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In einer Ausführungsform umfasst die Energieversorgungsschaltung eine Energieversorgung, einen ersten Widerstand und einen dritten Gleichstrom-Sperrkondensator, wobei
die Energieversorgung einen Anschluss, der mit der Ionenmigrationsschaltung verbunden ist, und einen anderen Anschluss, der mit einem Anschluss des ersten Widerstands verbunden ist, aufweist,
der erste Widerstand einen Anschluss, der mit der Energieversorgung verbunden ist, und einen anderen Anschluss, der mit einem Anschluss des dritten Gleichstrom-Sperrkondensators und dem Eingangsanschluss der Koronaentladungsschaltung verbunden ist, aufweist, und
der dritte Gleichstrom-Sperrkondensator einen Anschluss, der mit dem ersten Widerstand verbunden ist, und einen anderen Anschluss, der mit der Masse verbunden ist, aufweist.
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In einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Spannungsteiler Widerstände.
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In einer Ausführungsform ist der dritte Spannungsteiler ein Widerstand oder eine Zenerdiode.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 ein schematisches Diagramm eines Koronaentladungs-Ionenmobilitätsspektrometers;
- 2 ein Aufbaudiagramm des in 1 dargestellten Koronaentladungs-Ionenmobilitätsspektrometers;
- 3 ein Aufbaudiagramm eines Koronaentladungs- lonenmobilitätsspektrometers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 4 ein Diagramm eines ausführlichen Aufbaus eines in 3 dargestellten Koronaentladungs-Ionenmobilitätsspektrometers;
- 5 ein Diagramm eines ausführlichen Aufbaus des in 3 dargestellten Koronaentladungs-Ionenmobilitätsspektrometers ist;
- 6 ein Diagramm eines Ionenmobilitätsspektrums, welches von dem in 1 dargestellten Koronaentladungs-Ionenmobilitätsspektrometers gemessen wird; und
- 7 ein Diagramm eines Ionenmobilitätsspektrums, welches durch das in FIG: 3 dargestellte Koronaentladungs-Ionenmobilitätsspektrometer gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gemessen wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend eingehend beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die hier vorgelegten Ausführungsformen nur zur Illustration verwendet werden, ohne die vorliegende Offenbarung zu beschränken. In der nachstehenden Beschreibung werden eine Anzahl von spezifischen Einzelheiten erläutert, um ein besseres Verständnis der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Jedoch ist für Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung ohne diese spezifischen Einzelheiten implementiert werden kann. In anderen Fällen werden altbekannte Aufbauten, Materialien oder Methoden nicht spezifisch beschrieben, um so die vorliegende Offenbarung nicht zu verschleiern.
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Überall in der Beschreibung bedeutet die Bezugnahme auf „eine Ausführungsform“, „eine Ausführungsform“, „ein Beispiel“ oder „ein Beispiel“, dass die spezifischen Merkmale, Aufbauten oder Eigenschaften, die im Verbindung mit der Ausführungsform oder dem Beispiel beschrieben werden, in wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten sind. Deshalb beziehen sich die Sätze „in einer Ausführungsform“, „in einer Ausführungsform“, „in einem Beispiel“ oder „in einem Beispiel“, die an verschiedenen Positionen überall in der Beschreibung auftauchen, nicht notwendigerweise auf die gleiche Ausführungsform oder das gleiche Beispiel. Ferner können spezifische Merkmale, Aufbauten oder Eigenschaften in ein oder mehrere Ausführungsformen oder Beispiele in irgendeiner geeigneten Kombination und/oder unter Kombination kombiniert werden. Ferner werden Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet verstehen, dass die beiliegenden Zeichnungen hier für den Zweck einer Illustration gedacht sind und nicht notwendigerweise im Maßstab gezeichnet sind. Der Begriff „und/oder“, wie er hier verwendet wird, bedeutet irgendeine Kombination und sämtliche Kombinationen von ein oder mehreren angegebenen Einzelteilen.
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Die vorliegende Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Zunächst zeigt 1 ein Diagramm eines Koronaentladungs-Ionenmobilitätsspektrometers. In 1 werden geladene Partikel, die durch eine Entladung eines Koronastifts 201 erzeugt werden, durch eine Fokussierungselektrode 202 fokussiert und treten dann in einen Speicherring 204 über eine Koronaröhre 203 ein. Danach werden die geladenen Partikel in eine lonendriftzone, die durch Elektrodenplatten 207 gebildet werden, innerhalb einer spezifischen Zeit unter der Steuerung eines elektrischen Felds von Ionengatters 205 und 206 injiziert, von einer Faraday Platte 209 empfangen, nachdem sie durch ein Unterdrückungsgitter 208 geregelt werden, werden dann durch eine ladungsempfindliche Integrations- und Verstärkungsschaltung in ein elektrisches Signal umgewandelt und treten in ein Signalverarbeitungsystem ein.
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2 ist ein Aufbaudiagramm des Koronaentladungs-Ionenmobilitätsspektrometers in 1. In 2 bewegen sich Ladungen, die von einem Koronaentladungsaufbau erzeugt werden, in Richtung auf den Speicherring hin unter der gewöhnlichen Steuerung eines elektrischen Felds und einer Luftströmung von initiierten Proben. Zu dieser Zeit können mehr Ionen auf einer Korona Entladungsröhre 1041 und den Speicherring MG1 aufschlagen. Sowohl die Koronaentladungsröhre 1041 als auch der Speicherring MG1 sind direkt mit einer lonenmigrationsschaltung verbunden, so dass die Ionen, die durch die Koronaentladungsröhre 1041 und den Speicherring MG1 empfangen werden, in die lonenmigrationsschaltung eintreten können und die lonenmigrationsschaltung ungünstig beeinflussen können, wodurch die Stabilität des lonenmobilitätsspektrometers beeinträchtigt wird. Das Ionenmobilitätsspektrometer, welches von dem in 1 dargestellten lonenmobilitätsspektrometer gemessen wird, ist in 6 gezeigt.
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3 zeigt ein Aufbaudiagramm eines lonenmobilitätsspektrometers 300 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Wie in 3 gezeigt umfasst das lonenmobilitätsspektrometer 300 eine Energieversorgungsschaltung 310, eine lonenmigrationsschaltung 320, einen Migrationszonenaufbau 330, einen Koronaentladungsaufbau 340, eine Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 und eine Redundanzladung-Extraktionsschaltung 360. Ionen, die durch den Koronaentladungsaufbau 340 über eine Koronaentladung erzeugt werden, treten sukzessive durch die Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 (zum Beispiel in einer Ringform), die eine Öffnung in der Mitte aufweist, und den Migrationszonenaufbau 330, der einen Ladungsdriftpfad bildet, um so eine Mobilitätsspektrummessung der Ionen zu realisieren, die durch den Migrationszonenaufbau 330 treten. Die Anordnung der Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 und der Redundanzladung-Extraktionsschaltung 360 erlaubt, dass Ladungen der redundanten Ionen, die über eine Koronaentladung erzeugt werden, absorbiert werden, um so nicht die lonenmigrationsschaltung 320 zu beeinträchtigen.
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Insbesondere ist die Energieversorgungsschaltung 310 konfiguriert, um eine Energieversorgungsspannung bereitzustellen.
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Die lonenmigrationsschaltung 320 ist mit der Energieversorgungsschaltung verbunden und ist konfiguriert, um eine Migration der Ionen zu steuern.
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Der Migrationszonenaufbau 330 ist mit der lonenmigrationsschaltung 320 verbunden und ist konfiguriert, um unter der Steuerung der lonenmigrationsschaltung 320 eine Mobilitätsspektrummessung der Ionen zu realisieren, die durch den Migrationszonenaufbau 330 treten. Der Koronaentladungsaufbau 340 weist einen Eingangsanschluss auf, der mit der Energieversorgungsschaltung 310 verbunden ist, und ist konfiguriert, um durch eine Koronaentladung Ionen zu erzeugen, die einer Messung ausgesetzt werden sollen.
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Die Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 ist zwischen dem Koronaentladungsaufbau 340 und dem Migrationszonenaufbau 330 angeordnet, so dass die Ionen, die durch den Koronaentladungsaufbau 340 erzeugt werden, dadurch treten können (durch eine Öffnung (zum Beispiel ein Ringloch), welches darin unter der Steuerung eines elektrischen Felds gebildet ist), um den Migrationszonenaufbau 330 zu erreichen.
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Redundanzladung-Extraktionsschaltung 360 ist mit der Energieversorgungsschaltung 310, dem Eingangsanschluss des Koronaentladungsaufbaus 340, dem Migrationszonenaufbau 330 und der Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 verbunden.
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Ferner weist die Redundanzladung-Extraktionsschaltung 360 einen Masseanschluss auf, und die Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 ist mit der Masse über die damit verbundene Redundanzladungs-Extraktionsschaltung 360 verbunden.
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4 ist ein Diagramm eines ausführlichen Aufbaus 400 des in 3 gezeigten Koronaentladungs-gestützten lonenmobilitätsspektrometers 300.
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Wie in 4 gezeigt umfasst der Koronaentladungsaufbau 240 einen Koronastift 340-1 und eine Entladungsröhre 340-2, wobei der Koronastift 340-1 einen Anschluss, der mit der Energieversorgungsschaltung 310 verbunden ist, als den Eingangsanschluss des Koronaentladungsaufbaus 340 und den anderen Anschluss konfiguriert zum Erzeugen der Ionen über eine Entladung aufweist, und die Entladungsröhre 340-2 ist um den Koronastift 340-1 herum angeordnet, um den anderen Anschluss des Koronastifts 340-1 lateral zu umgeben.
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In einer Ausführungsform umfasst der Migrationszonenaufbau 330 einen Speicherring MG1, ein Ionengatter, n (eine positive ganze Zahl) Mobilitätsfeldelektrodenplatten FG1 bis HVE, ein Unterdrückungsgitter (nicht gezeigt) und eine Faraday Platte FAR, die sequenziell von einem Eingangsanschluss zu einem Ausgangsanschluss (d. h. in der FIG. von oben nach unten) sequenziell angeordnet sind. Ein Anschluss des Speicherrings MG1, ein Anschluss einer ersten Mobilitätsfeldelektrodenplatte FG1 und ein Anschluss einer letzten Mobilitätsfeldelektrodenplatte HVE sind mit der lonenmigrationsschaltung 320 an unterschiedlichen Knoten jeweils verbunden (drei Verbindungspunkte, die auf der rechten Seite der lonenmigrationsschaltung 320 in 4 dargestellt sind). Andere Anschlüsse der n Mobilitätsfeldelektrodenplatten sind mit ersten Anschlüssen der seriell verbundenen Widerstände in einer 1-zu-1 Entsprechung verbunden. Somit ist eine Anzahl der Widerstände die gleiche wie diejenige der Mobilitätsfeldelektrodenplatten. Ein letzter Widerstand Rn der Widerstände ist mit der Redundanzladung-Extraktionsschaltung 360 verbunden.
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Die Ionenmigrationsschaltung 320 erzeugt unterschiedliche Potentiale an den Knoten, mit denen der Speicherring MG1, die erste Mobilitätsfeldelektrodenplatte FG1 und die letzten Mobilitätsfeldelektrodenplatte HVE jeweils verbunden sind. Somit kann in Übereinstimmung mit dem spezifischen Aufbau des Migrationszonenaufbaus 330, wie voranstehend beschrieben, ein kontinuierliches elektrisches Feld darin erzeugt werden, um die Ionen an die Faraday Platte FAR zu richten.
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Wie in 4 gezeigt umfasst die Redundanzladungs-Extraktionsschaltung 360 einen ersten Spannungsteiler E1, ein zweiten Spannungsteiler E2 und einen Gleichstrom-Sperrkondensator C.
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Der erste Spannungsteiler E1 weist einen Anschluss, der mit der Energieversorgungsschaltung 310 und dem Eingangsanschluss des Koronaentladungsaufbaus 340 verbunden ist, und den anderen Anschluss mit dem ersten Knoten verbunden auf.
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Der zweite Spannungsteiler E2 weist einen Anschluss, der mit dem ersten Knoten verbunden ist, und den anderen Anschluss mit dem Migrationszonenaufbau 330 verbunden auf.
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In einer Ausführungsform sind der erste Spannungsteiler E1 und der zweite Spannungsteiler E2 Widerstände.
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Der erste Spannungsteiler E1 und der zweite Spannungsteiler E2 sind mit spezifischen Spannungsteilungsmöglichkeiten (zum Beispiel mit verschiedenen Widerstandswerten, wenn der erste Spannungsteiler E1 und der zweite Spannungsteiler E2 Widerstände sind) versehen, so dass die Redundanzladung-Extraktionselektrode 350, die mit dem ersten Knoten verbunden ist, ein spezifisches Potential aufweist, um so zu ermöglichen, dass sich die Ionen, die bei dem Koronaentladungsaufbau 340 erzeugt werden, unter der Steuerung eines elektrischen Felds nach unten bewegen und in den Migrationszonenaufbau 330 durch die Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 eintreten.
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In einer Ausführungsform sind die Spannungsteilungsmöglichkeiten des ersten Spannungsteilers E1 und des zweiten Spannungsteilers E2 so eingerichtet, dass eine Potentialdifferenz zwischen der Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 und dem Speicherring MG1 in dem Migrationszonenaufbau 330 zwischen 60 V und 70 V ist.
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Der Gleichstrom-Sperrkondensator C weist einen Anschluss auf, der mit dem ersten Knoten verbunden ist, und der andere Anschluss ist mit Masse GND verbunden.
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Aus der FIG. lässt sich ersehen, dass die Redundanzladung-Extraktionsschaltung 360 mit der Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 an dem ersten Knoten verbunden ist. Die Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 ist über den ersten Knoten N und den Gleichstrom-Sperrkondensator C mit der Masse GND verbunden. Dadurch können die Ladungen, die auf die Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 aufschlagen, absorbiert werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der in 4 gezeigt spezifischen Aufbau lediglich eine beispielhafte Darstellung des lonenmobilitätsspektrometers gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, und das lonenmobilitätsspektrometer gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf die obigen Einzelheiten beschränkt ist. Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet können verstehen, dass der Einfluss von redundanten Ladungen auf das Spektrogramm in dem existierenden lonenmobilitätsspektrometer durch die Anordnung der Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 und die Redundanzladung-Extraktionsschaltung 360 gemäß der vorliegenden Offenbarung eliminiert oder unterdrückt werden kann. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Anordnung der Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 und der Redundanzladungs-Extraktionsschaltung 360 gemäß der vorliegenden Offenbarung auf jegliches Koronaentladungs-gestützte lonenmobilitätsspektrometer angepasst werden kann, welches durch redundanten Ladungen beeinflusst wird.
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Zusätzlich ist die Ionenmigrationsschaltung 320 und der Migrationszonenaufbau 330 in der 4 auch so gezeigt, dass er mit der Masse verbunden ist. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass in anderen Ausführungsformen die lonenmigrationsschaltung 320 und der Migratioszonenaufbau 330 mit anderen spezifischen Potentialen verbunden sein können oder nicht mit dieser Masseverbindung versehen sein können.
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5 illustriert ein Diagramm eines detaillierten Aufbaus 500 des in 3 dargestellten Koronaentladungs-gestützten lonenmobilitätsspektrometers 300. Der ausführliche Aufbau 500 in 5 unterscheidet sich von dem ausführlichen Aufbau 400 in 4 hinsichtlich der Aufbauten der Redundanzladung-Extraktionschaltung 360 und der Energieversorgungsschaltung 310. Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet können verstehen, dass sämtliche Verbesserungen der Aufbauten der Redundanzladung-Extraktionsschaltung 360 und der Energieversorgungsschaltung 310 in der in 5 dargestellten Ausführungsform enthalten sein können und lediglich zur einfachen Beschreibung vorgesehen sind. Ausführungsformen, bei denen nur der Aufbau der Redundanzladung-Extraktionsschaltung 360 und der Energieversorgungsschaltung 310 wie in 5 verbessert ist, werden ebenfalls in dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abgedeckt.
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Die Redundanzladung-Extraktionsschaltung 360 ist in 5 so dargestellt, dass sie mit der Entladungsröhre 340-2 des Koronaentladungsaufbaus 340 an einem zweiten Knoten verbunden ist.
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Die Redundanzladungs-Extraktionsschaltung 360 umfasst einen ersten Spannungsteiler E1, ein zweiten Spannungsteiler E2, einen dritten Spannungsteiler E3, einen ersten Gleichstrom-Sperrkondensator C1 und einen zweiten Gleichstrom-Sperrkondensator C2.
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Der erste Spannungsteiler E1 weist einen Anschluss auf, der mit der Energieversorgungsschaltung 310 und dem Eingangsanschluss des Koronaentladungsaufbaus 340 verbunden ist, und der andere Anschluss ist mit dem zweiten Knoten verbunden.
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Ein Anschluss des zweiten Spannungsteilers E2 ist mit dem ersten Knoten verbunden und der andere Anschluss ist mit dem Migrationszonenaufbaus 330 verbunden.
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Der dritte Spannungsteiler E3 ist zwischen den ersten Knoten N und den zweiten Knoten M geschaltet. In einer Ausführungsform ist der dritte Spannungsteiler E3 ein Widerstand oder eine Zenerdiode.
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Der erste Gleichstrom-Sperrkondensator C1 weist einen Anschluss auf, der mit dem ersten Knoten N verbunden ist, und der andere Anschluss davon ist mit der Masse GND verbunden.
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Der zweite Gleichstrom-Sperrkondensator C2 weist einen Anschluss auf, der mit dem zweiten Knoten M verbunden ist, und einen anderen Anschluss, der mit der Masse GND verbunden ist.
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In ähnlicher Weise ist die Redundanzladungs-Extraktionsschaltung 360 mit der Redundanzladung-Extraktionsschaltung 350 an dem ersten Knoten N verbunden.
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In dem in 5 dargestellten Aufbau 500 ist die Entladungsröhre 340-2 des Koronaentladungsaufbaus 340 mit der Masse GND über den zweiten Gleichstrom-Sperrkondensator C2 verbunden, so dass die bei der Entladungsröhre 340-2 erzeugten redundanten Ladungen ebenfalls absorbiert werden können, wodurch verhindert wird, dass Ladungen, die sich darauf ansammeln, eine Potentialverteilung der gesamten Einrichtung beeinflussen, und wodurch das Betriebsverhalten der Einrichtung verbessert wird.
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Der erste Spannungsteilers E1, der zweite Spannungsteilers E2 und der dritte Spannungsteiler E3 sind mit spezifischen Spannungsteilungsmöglichkeiten versehen (zum Beispiel mit spezifischen Widerstandswerten, wenn der erste Spannungsteiler E1, der zweite Spannungsteiler E2 und der dritte Spannungsteiler E3 Widerstände sind), so dass die Redundanzladung-Extraktionsschaltung 350, die mit dem ersten Knoten N verbunden ist, und die Entladungsröhre 340-2, die mit dem zweiten Knoten M verbunden ist, spezifische Potentiale aufweisen, um zu ermöglichen, dass sich die Ionen, die bei dem Koronaentladungsaufbau 340 erzeugt werden, unter der Steuerung eines elektrischen Felds nach unten bewegen und in den Migrationszonenaufbau 330 durch die Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 eintreten.
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In einer Ausführungsform sind die Spannungsteilungsmöglichkeiten des ersten Spannungsteilers E1, des zweiten Spannungsteilers E2 und des dritten Spannungsteilers E3 so eingestellt, dass eine Potentialdifferenz zwischen der Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 und dem Speicherring MG1 in dem Migrationszonenaufbaus 330 zwischen 60 V und 70 V ist, und eine Potentialdifferenz zwischen der Entladungsröhre 340-2 und der Redundanzladung-Extraktionselektrode 350 ebenfalls zwischen 60 V und 70 V ist. Zusätzlich kann eine Potentialdifferenz zwischen 2000 V und 3000 V weiter zwischen dem Koronastift 340-1 und der Entladungsröhre 340-2 vorgesehen sein.
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In 5 umfasst die Energieversorgungsschaltung 310 eine Energieversorgung, einen ersten Widerstand R und einen dritten Gleichstrom-Sperrkondensator C3. Die Energieversorgung weist einen Anschluss auf, der mit der Ionenmigrationsschaltung 320 verbunden ist, und der andere Anschluss ist mit einem Anschluss des ersten Widerstands verbunden. Der erste Widerstand R weist einen Anschluss auf, der mit der Energieversorgung verbunden ist, und der andere Anschluss ist mit einem Anschluss des dritten Gleichstrom-Sperrkondensators C3 und dem Eingangsanschluss der Koronaentladungsschaltung 340 verbunden. Der dritte Gleichstrom-Sperrkondensator C3 weist einen Anschluss auf, der mit dem ersten Widerstand R verbunden ist, und der andere Anschluss ist mit der Masse GND verbunden. Der erste Widerstand R und der dritte Gleichstrom-Sperrkondensator C3 sind angeordnet, um zu ermöglichen, dass eine von der Stromversorgung angelegte Spannung gefiltert und aufgeteilt wird.
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6 und 7 zeigen jeweils ein Diagramm eines lonenmobilitätsspektrums, welches von dem in 1 dargestellten Koronaentladungs-gestützten lonenmobilitätsspektrometer gemessen wird, und ein Diagramm eines von dem Koronaentladungs-gestützten lonenmobilitätsspektrometer 300 gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gemessen wird. Es ist ersichtlich aus der FIG., dass das von dem lonenmobilitätsspektrometer 300 gemessene lonenmobilitätsspektrums stabiler ist.
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Mit dem Koronaentladungs-gestützten lonenmobilitätsspektrometer gemäß der vorliegenden Offenbarung können die redundanten Ladungen, die das lonenmobilitätsspektrum ungünstig beeinflussen, beseitigt werden. Deshalb ist das erzeugte lonenmobilitätsspektrum genau und stabil, sodass die Probleme in dem verwandten Sachstand, so wie sie voranstehend beschrieben wurden, gelöst werden.
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Während die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf mehrere typische Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet offensichtlich sein, dass die Begriffe lediglich zur Illustration und für Erläuterungszwecke verwendet werden und nicht für eine Beschränkung. Die vorliegende Offenbarung kann in verschiedenen Ausbildungen umgesetzt werden, ohne von dem Grundgedanken oder der Wesentlichkeit der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungsformen nicht auf irgendwelche der voranstehend erwähnten Details beschränkt und breit in dem Grundgedanken und dem Umfangs, so wie diese durch die folgenden Ansprüche definiert werden, interpretiert werden sollten. Deshalb sollen sämtliche Modifikationen und Alternativen, die in den Schutzumfang der Ansprüche oder von äquivalenten Ausführungsformen davon fallen, von den Ansprüchen wie angefügt mitumfasst sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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