专利名称：一种磁偏转质谱计离子流检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁偏转质谱计离子流检测装置，属于空间环境探测及仪器仪表技术领域。
背景技术：
小型磁偏转质谱计是一种用于轨道、行星大气和土壤成分分析的仪器，其稳定性好、定量性好、灵敏度高。小型磁偏转质谱计为电压扫描方式，基于离子质量与加速电压呈线性关系，当加速电压变化时离子流强度即离子源输出的微弱电流信号随之变化，离子流检测技术为之提供高速、高精度、低噪声的测量手段，其作为小型磁偏转质谱计的核心组成技术，用于离子源微弱电流信号的检测与放大。现有的离子流检测技术普遍为地面使用的工业技术与设备，存在的缺点为体积大、电路复杂、功耗大、可靠性低，不适用于航天器在空间轨道环境下工作的特种要求。为满足小型磁偏转质谱计小型化的需求，其离子流检测装置也需要相应的小型化。在小型化的同时，应不损失小型磁偏转质谱计对离子流检测的功能与性能指标要求，且满足在空间轨道环境工作时对高可靠性与安全性的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁偏转质谱计离子流检测装置，所述装置体积小、质量轻、电路简单、功耗低，能够满足在空间轨道环境工作时对高可靠性与安全性的要求。本发明的目的由以下技术方案实现一种磁偏转质谱计离子流检测装置，所述装置为双通道对称检测电路拓扑结构， 包括离子源微弱电流信号入口一、输入保护电阻绝缘支撑块一、RU UU &、反馈电阻绝缘支撑块、印制电路板、Rf’、Ul’、R1’、输入保护电阻绝缘支撑块二、离子源微弱电流信号入口二、离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块、金属焊片、反馈电容；所述Rl和R1，为IOK Ω的高稳定金属膜输入保护电阻，其温度系数(1(T6/°C )仅为士25而和1 /为IGQ的玻璃釉膜固定反馈电阻，其温度系数(10_6/°C )仅为士 100 ；Ul 和U1，为AD549型运算放大器，其输入偏置电流和输入失调电流极低，分别为75fA和30fA ；离子源微弱电流信号入口一和离子源微弱电流信号入口二经安装于检测装置机壳上的同轴电缆连接器上的飞线引至安装于离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块上的金属焊片上，Rl和R1’ 一端引脚被撬起后与金属焊片连接，另一端依次与被撬起的Ul和U1， 输入管脚连接，&和IV —端引脚被撬起后与金属焊片连接，另一端则通过印制电路板上的焊盘及导线依次与Ul和U1’输出管脚连接；此外，安装于电路板背面的反馈电容一端与Ul 和U1，输入管脚连接，另一端依次与Ul和U1，输出管脚连接；离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块的两端分别有两个通孔，使用两个螺钉与印制电路板相应位置的孔穿透安装，保证离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块的安装强度与抗振动特性；离子源微弱电流信号入口一、离子源微弱电流信号入口二的导线及&、IV、Rl和R1’的输入端管脚共同焊接在离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块上的金属焊片上，离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块中间位置上有两个攻丝孔，采用螺钉使金属焊片固定在离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块上，再使用硅橡胶将金属焊片、螺钉与离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块进行粘固，保证离子流信号输入线的安装强度与抗振动特性；反馈电阻绝缘支撑块有4个通孔，使用棉线与印制电路板相应位置的4个孔穿透捆扎，在反馈电阻绝缘支撑块的底部与印制电路板之间采用环氧胶进行粘固，保证反馈电阻绝缘支撑块的安装强度与抗振动特性；镶嵌式安装于反馈电阻绝缘支撑块上的两个比反馈电阻本体尺寸略大的凹槽中，用棉线捆扎反馈电阻绝缘支撑块时，将棉线环绕在&和IV表面上，使其被捆扎固定在绝缘支撑块上；同时，在&和IV的底面与反馈电阻绝缘支撑块的凹槽内表面涂抹环氧胶将二者粘固，在实现离子流输入信号悬浮隔离的同时，保证&和IV的安装强度与抗振动特性；Rl和R1’镶嵌式安装于输入保护电阻绝缘支撑块一和输入保护电阻绝缘支撑块二的拱形凹槽中，用棉线将输入保护电阻绝缘支撑块一和输入保护电阻绝缘支撑块二捆扎于印制电路板上时，将棉线环绕在输入保护电阻绝缘支撑块一和输入保护电阻绝缘支撑块二表面上，从而将Rl和R1’捆扎固定在输入保护电阻绝缘支撑块一和输入保护电阻绝缘支撑块二上；同时，在Rl和R1’的底面与输入保护电阻绝缘支撑块一和输入保护电阻绝缘支撑块二的凹槽内表面涂抹环氧胶进行二者的粘固，在实现离子流输入信号悬浮隔离的同时，保证Rl和R1’的安装强度与抗振动特性；Ul和U1’的输入管脚采用悬浮隔离技术处理，即将其输入管脚撬起，不从印制电路板上走线；并在Ul和U1’的底部与印制电路板之间用硅橡胶进行填充加固，保证Ul和 U1’的安装强度与抗振动特性；整个装置放置在一个密闭的铝制金属腔体内，屏蔽外界与空间的电磁干扰。经过该装置检测的离子源微弱电流信号Iin就转换为电压信号V。ut，电压信号由 (1)式计算.................................Vout = Hn (1)式中V。ut-离子流经放大转换后对应的电压信号，单位V ；Rf-反馈电阻，单位Ω ；Iin-离子源微弱电流信号，单位Α。其中，&为固定值1 X IO9 Ω，离子源微弱电流信号Iin范围为2Χ 10_"Α 10_8Α。所述磁偏转质谱计离子流检测装置的工作原理为在一定的磁场强度下不同荷质比的带电离子欲获得相同的偏转半径必须施加不同的加速电压，如施加相同的加速电压则偏转半径不同，离子检测器检测出不同加速电压时的离子流的强度。离子流的强度，即微弱电流信号范围为2 XlO-11A 10、，基于1(电流)Λ(电压)转换思想，采用反向端输入的方法，使离子源微弱电流信号经过运算放大器电路的转换与放大，输出易于检测的电压信号，其范围为20mV 10V。同时经过配套的电测系统中模数转换器与微处理器电路的采集与控制，将离子源微弱电流信号对应的电压信号转换为数字量，再将采集的数字量经过换算，绘制出质谱计离子流峰图谱来，最后经过对图谱的分析就可得出待测气体的成分。
有益效果(1)本发明所述的磁偏转质谱计离子流检测装置，由于Ul和U1，的输入管脚采用悬浮隔离技术处理，即将其输入管脚撬起，不从印制电路板上走线。为了解决Ul和U1’ 一个管脚被撬起后，支撑能力减弱的问题，在Ul和U1，的底部与印制电路板之间用硅橡胶进行填充加固，保证Ul和U1，的安装强度与抗振动特性；(2)本发明所述的磁偏转质谱计离子流检测装置，采用双通道对称检测电路拓扑结构，印制电路板的体积仅为70X40X2(mm)，其体积小、质量轻，极大的降低了磁偏转质谱计的体积和质量，且功耗低；(3)本发明所述的磁偏转质谱计离子流检测装置，选用低噪声的运算放大器、反馈电阻以及输入保护电阻，有效的降低了离子流检测装置自身对质谱计离子流信号本底噪声的贡献；(4)本发明所述的磁偏转质谱计离子流检测装置，采用金属腔体式屏蔽技术，即将整个电路安装于一个由金属壳体围成的封闭空间中，极大的降低了外界空间电磁干扰噪声对质谱计离子流信号本底噪声的贡献。(5)本发明所述的磁偏转质谱计离子流检测装置，采用双通道对称检测电路拓扑结构，能够检测质谱计双通道90°扇形磁分析器。
图1是本发明的一种磁偏转质谱计离子流检测装置的电路板结构布局示意图；图中，1-离子源微弱电流信号入口一，2-输入保护电阻绝缘支撑块一，3-R1， 4-U1，5-Rf，6-反馈电阻绝缘支撑块，7-印制电路板，8- '，9-U1，，10-R1 Ml-输入保护电阻绝缘支撑块二，12-离子源微弱电流信号入口二，13-离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块，14-金属焊片。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。实施例1如图1所示，一种磁偏转质谱计离子流检测装置，所述装置为双通道对称检测电路拓扑结构，包括离子源微弱电流信号入口一 1、输入保护电阻绝缘支撑块一 2、R13、U14、 &5、反馈电阻绝缘支撑块6、印制电路板7、IV 8、U1’ 9,Rl' 10、输入保护电阻绝缘支撑块二 11、离子源微弱电流信号入口二 12、离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块13、金属焊片14、 反馈电容；所述R13和Rl，10为IOK Ω的高稳定金属膜输入保护电阻，其温度系数(l(r7°C ) 仅为士25 ;Rf 5和R/ 8为IGQ的玻璃釉膜固定反馈电阻，其温度系数(10_6/°C )仅为士 100 ；U14和U1，9为AD549型运算放大器，其输入偏置电流和输入失调电流极低，分别为 75fA 和 30fA ；离子源微弱电流信号入口一 1和离子源微弱电流信号入口二 12经安装于检测装置机壳上的同轴电缆连接器上的飞线引至安装于离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块13 上的金属焊片14上，R13和R1’ 10 —端引脚被撬起后与金属焊片14连接，另一端依次与被撬起的U14和Ul’ 9输入管脚连接，Rf5和IV 8 —端引脚被撬起后与金属焊片14连接，另一端则通过印制电路板7上的焊盘及导线依次与U14和U1’ 9输出管脚连接；此外，安装于电路板背面的反馈电容一端与U14和U1’ 9输入管脚连接，另一端依次与U14和U1’ 9输出管脚连接；离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块13的两端分别有两个通孔，使用两个螺钉与印制电路板7相应位置的孔穿透安装，保证离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块13的安装强度与抗振动特性；离子源微弱电流信号入口一 1、离子源微弱电流信号入口二 12的导线及& 5、R/ 8、R13和R1’ 10的输入端管脚共同焊接在离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块13上的金属焊片14上，离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块13中间位置上有两个攻丝孔，采用螺钉使金属焊片14固定在离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块13上，再使用硅橡胶将金属焊片14、螺钉与离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块13进行粘固，保证离子流信号输入线的安装强度与抗振动特性；反馈电阻绝缘支撑块6有4个通孔，使用棉线与印制电路板7相应位置的4个孔穿透捆扎，在反馈电阻绝缘支撑块6的底部与印制电路板7之间采用环氧胶进行粘固，保证反馈电阻绝缘支撑块6的安装强度与抗振动特性；&5、&’8镶嵌式安装于反馈电阻绝缘支撑块6上的两个比反馈电阻本体尺寸略大的凹槽中，用棉线捆扎反馈电阻绝缘支撑块6时，将棉线环绕在和IV 8表面上，使其被捆扎固定在绝缘支撑块上；同时，在&5和IV 8的底面与反馈电阻绝缘支撑块6的凹槽内表面涂抹环氧胶将二者粘固，在实现离子流输入信号悬浮隔离的同时，保证和IV 8的安装强度与抗振动特性；R13和R1’ 10镶嵌式安装于输入保护电阻绝缘支撑块一 2和输入保护电阻绝缘支撑块二 11的拱形凹槽中，用棉线将输入保护电阻绝缘支撑块一 2和输入保护电阻绝缘支撑块二 11捆扎于印制电路板7上时，将棉线环绕在输入保护电阻绝缘支撑块一 2和输入保护电阻绝缘支撑块二 11表面上，从而将R13和R1’ 10捆扎固定在输入保护电阻绝缘支撑块一 2和输入保护电阻绝缘支撑块二 11上；同时，在R13和R1’ 10的底面与输入保护电阻绝缘支撑块一 2和输入保护电阻绝缘支撑块二 11的凹槽内表面涂抹环氧胶进行二者的粘固，在实现离子流输入信号悬浮隔离的同时，保证R13和R1’ 10的安装强度与抗振动特性；U14和U1’ 9的输入管脚采用悬浮隔离技术处理，即将其输入管脚撬起，不从印制电路板7上走线；并在U14和U1’ 9的底部与印制电路板7之间用硅橡胶进行填充加固，保证U14和U1’ 9的安装强度与抗振动特性；整个装置放置在一个密闭的铝制金属腔体内，屏蔽外界与空间的电磁干扰。经过该装置检测的离子源微弱电流信号Iin就转换为电压信号V。ut，电压信号由 (1)式计算.................................Vout = Hn (1)式中V。ut-离子流经放大转换后对应的电压信号，单位V ；Rf-反馈电阻，单位Ω ；Iin-离子源微弱电流信号，单位Α。其中，&为固定值IX IO9 Ω，离子源微弱电流信号Iin范围为2 X KT11A 10、将Iin = 2 X IO-11A 1 X 10_8Α分别代入式⑴，计算得到离子流对应电压信号的测量值为V。ut = 2X10—2 10V。本发明的磁偏转质谱计离子流检测技术信号检测噪声最大峰值< 2X IO-11A,输出电压范围为20mV 10V。该磁偏转质谱计离子流检测装置的工作原理为在一定的磁场强度下不同荷质比的带电离子欲获得相同的偏转半径必须施加不同的加速电压，如施加相同的加速电压则偏转半径不同，离子检测器检测出不同加速电压时的离子流的强度。离子流的强度，即微弱电流信号范围为2 XlO-11A 10、，基于1(电流)Λ(电压)转换思想，采用反向端输入的方法，使离子源微弱电流信号经过运算放大器电路的转换与放大，输出易于检测的电压信号，其范围为20mV 10V。同时经过配套的电测系统中模数转换器与微处理器电路的采集与控制，将离子源微弱电流信号对应的电压信号转换为数字量，再将采集的数字量经过换算，绘制出质谱计离子流峰图谱来，最后经过对图谱的分析就可得出待测气体的成分。本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种磁偏转质谱计离子流检测装置，其特征在于所述装置为双通道对称检测电路拓扑结构，包括离子源微弱电流信号入口一(1)、输入保护电阻绝缘支撑块一 0)、R1(3)、 UK4)、I f(5)、反馈电阻绝缘支撑块(6)、印制电路板(7)、IV (8)、U1，(9)、Rl，(10)、输入保护电阻绝缘支撑块二(11)、离子源微弱电流信号入口二(12)、离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块(13)、金属焊片(14)、反馈电容；离子源微弱电流信号入口一(1)和离子源微弱电流信号入口二(12)经安装于所述检测装置机壳上的同轴电缆连接器上的飞线引至安装于离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块(13)上的金属焊片(14)上，Rl (3)和Rl’ (10) 一端引脚被撬起后与金属焊片(14)连接，另一端依次与被撬起的Ul (4)和U1’ (9)输入管脚连接，&(5)和IV (8) 一端引脚被撬起后与金属焊片(14)连接，另一端则通过印制电路板(7)上的焊盘及导线依次与Ul (4)和 U1，(9)输出管脚连接；此外，安装于电路板背面的反馈电容一端与Ul (4)和U1’ (9)输入管脚连接，另一端依次与Ul (4)和U1’ (9)输出管脚连接。
2.根据权利要求1所述的一种磁偏转质谱计离子流检测装置，其特征在于所述离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块(1 的两端分别有两个通孔，使用两个螺钉与印制电路板(7)相应位置的孔穿透安装，保证离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块(13)的安装强度与抗振动特性；离子源微弱电流信号入口一(1)、离子源微弱电流信号入口二(12)的导线及&(5)、&’(8)、R1(3)和Rl’ (10)的输入端管脚共同焊接在离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块(1 上的金属焊片(14)上，离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块(1 中间位置上有两个攻丝孔，采用螺钉使金属焊片(14)固定在离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块 (13)上，再使用硅橡胶将金属焊片(14)、螺钉与离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块(13) 进行粘固，保证离子流信号输入线的安装强度与抗振动特性。
3.根据权利要求1所述的一种磁偏转质谱计离子流检测装置，其特征在于所述反馈电阻绝缘支撑块(6)有4个通孔，使用棉线与印制电路板(7)相应位置的4个孔穿透捆扎， 在反馈电阻绝缘支撑块(6)的底部与印制电路板(7)之间采用环氧胶进行粘固，保证反馈电阻绝缘支撑块(6)的安装强度与抗振动特性。
4.根据权利要求1所述的一种磁偏转质谱计离子流检测装置，其特征在于所述 Rf(5),R/ (8)镶嵌式安装于反馈电阻绝缘支撑块(6)上的两个比反馈电阻本体尺寸略大的凹槽中，用棉线捆扎反馈电阻绝缘支撑块(6)时，将棉线环绕在和IV (8)表面上，使其被捆扎固定在绝缘支撑块上；同时，在和IV (8)的底面与反馈电阻绝缘支撑块(6) 的凹槽内表面涂抹环氧胶将二者粘固，在实现离子流输入信号悬浮隔离的同时，保证和IV (8)的安装强度与抗振动特性。
5.根据权利要求1所述的一种磁偏转质谱计离子流检测装置，其特征在于所述Rl(3) 和Rl’ (10)镶嵌式安装于输入保护电阻绝缘支撑块一(2)和输入保护电阻绝缘支撑块二 (11)的拱形凹槽中，用棉线将输入保护电阻绝缘支撑块一(2)和输入保护电阻绝缘支撑块二(11)捆扎于印制电路板(7)上时，将棉线环绕在输入保护电阻绝缘支撑块一(2)和输入保护电阻绝缘支撑块二(11)表面上，从而将Rl(3)和Rl’ (10)捆扎固定在输入保护电阻绝缘支撑块一⑵和输入保护电阻绝缘支撑块二(11)上；同时，在Rl (3)和Rl’ (10)的底面与输入保护电阻绝缘支撑块一(2)和输入保护电阻绝缘支撑块二(11)的凹槽内表面涂抹环氧胶进行二者的粘固，在实现离子流输入信号悬浮隔离的同时，保证Rl (3)和Rl’(10)的安装强度与抗振动特性。
6.根据权利要求1所述的一种磁偏转质谱计离子流检测装置，其特征在于所述UK4) 和U1’ (9)的输入管脚采用悬浮隔离技术处理，即将其输入管脚撬起，不从印制电路板(7) 上走线；并在Ul (4)和U1’ (9)的底部与印制电路板(7)之间用硅橡胶进行填充加固，保证 Ul (4)和U1’ (9)的安装强度与抗振动特性。
7.根据权利要求1所述的一种磁偏转质谱计离子流检测装置，其特征在于所述装置放置在一个密闭的铝制金属腔体内，屏蔽外界与空间的电磁干扰。
8.根据权利要求1所述的一种磁偏转质谱计离子流检测装置，其特征在于所述Rl(3) 和R1’ (10) IOK Ω的高稳定金属膜输入保护电阻，其温度系数仅为士25X10_6/°C ;Rf(5)和 Rf，(8)为IGQ的玻璃釉膜固定反馈电阻，其温度系数仅为±100X 10-6/oC;U1 (4)和U1，(9) 为AD549型运算放大器，其输入偏置电流和输入失调电流极低，分别为75fA和30fA。
全文摘要
本发明公开了一种磁偏转质谱计离子流检测装置，属于空间环境探测及仪器仪表技术领域。所述装置为双通道对称检测电路拓扑结构，包括离子源微弱电流信号入口一、输入保护电阻绝缘支撑块一、R1、U1、Rf、反馈电阻绝缘支撑块、印制电路板、Rf’、U1’、R1’、输入保护电阻绝缘支撑块二、离子源微弱电流信号入口二、离子源微弱电流信号入口绝缘支撑块、金属焊片、反馈电容。该装置体积小、质量轻、电路简单、功耗低，能够满足在空间轨道环境工作时对高可靠性与安全性的要求。
文档编号G01R19/00GK102495266SQ20111039671
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月4日 优先权日2011年12月4日
发明者崔阳, 李云鹏, 蒋炳军, 银东东, 陆登柏, 雷军刚, 高青松 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所