专利名称：用于迁移率谱仪中迁移管的电极结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种迁移率谱仪(IMS)的检测系统，属于爆炸 物、毒品检测技术领域，具体涉及用于迁移率谱仪中迁移管的电极结 构。
背景技术：
传统的离子迁移率谱仪(IMS)中的迁移管由一系列的电极片及 绝缘体构成。当离子在迁移管内运动时， 一部分在电极边缘附近运动 的离子会打到绝缘体上形成空间电荷，累计的电荷会对迁移管内的均 匀电场产生影响，导致IMS不能正常工作。当迁移管内的电场强度较 弱或聚集了大量离子(例如，迁移管中毒)时，这种情况尤其显著。
在IMS的制作过程中，为避免这种现象，往往使电极的内径小于 绝缘体的内径。而这使得迁移管的有效使用内径较小，而外形尺寸较 大，限制了 IMS产品向小体积，轻便方向的发展。
在过去几十年当中，传统的IMS迁移管的发展方向主要集中于如 何形成均匀电场(US6229143, 5280175)，聚焦(US7164122)，低成本 (US6051832)，并没有针对电荷积累效应而对迁移管进行改善。仅有 专利US4390784采用的技术消除了迁移管中的电荷积累现象。
US4390784披露的技术通过在玻璃管中蒸镀电阻膜，消弱了空间 电荷在管内的积累，同时在同等迁移管内径的基础上，大大减小了迁 移管的外形尺寸，为MS向小体积产品方向的发展提供了依据。
但是，在使用电阻膜的迁移管内，由于电荷打到电阻膜上造成迁 移管内局部电位改变，使得测量到的谱被展宽，降低了 IMS的分辨率; 同时与使用电极片的传统迁移管相比，该方法丧失了传统迁移管对离 子的聚焦作用，且生产成本极高。
图1示出了使用传统电极的迁移管结构示意图。如图1所示，对
于传统的迁移管，为保证离子不会撞到绝缘体上造成电荷积累，极片 的内径小于绝缘体的内径，在两个极片之间形成了一个通道，绝大部 分离子无法顺利通过这个通道到达绝缘体，而是撞到极片上。因此迁 移管的外径一般很大。
实用新型内容
为解决传统頂s的弊端，本实用新型提出了一种新的用于迁移谱
仪中迁移管的电极结构，此电极结构能够消除、减少空间电荷在迁移 管中的积累，同时减少空间死区，在保持迁移管内径不变的条件下，
有效地縮减迁移管的外形尺寸，从而减小IMS产品的体积。
在本实用新型的一个方面，提出了一种用于迁移谱仪中迁移管的
电极结构，包括圆环状电极，其中所述圆环状电极的两个圆环面在 靠近内缘的至少一部分被形成为锥面，并且所述锥面与圆环状电极的 中心轴所形成的角度不同。
优选地，在离子运动方向的上游侧的那个锥面与圆环状电极的中 心轴所形成的第一角度大于在离子运动方向的下游侧的那个锥面与 圆环状电极的中心轴所形成的第二角度。
优选地，所述圆环状电极在外缘侧的厚度小于内缘侧的厚度。 根据本实用新型实施例的电极结构能够有效地消除或减小空间 电荷在迁移管中的积累。此结构尤其适用于迁移管内电场强度较低或 通过大量离子时。同时，在保持迁移管内径不变的条件下，这种结构 允许大幅度地縮减电极的外径，从而能够有效地缩小迁移管的外形尺
寸，达到减小IMS的目的。
从
以下结合附图的详细描述中，本实用新型的上述特征和优点
将更明显，其中
图i示出了使用传统电极的迁移管结构示意图； 图2示出了根据本实用新型实施例的电极结构的部分剖面结构 示意图3示出了根据本实用新型实施例的迁移管的应用示意图。
具体实施方式
下面，参考附图详细说明本实用新型的优选实施方式。在附图中， 虽然示于不同的附图中，但相同的附图标记用于表示相同的或相似的 组件。
为实现在同等有效结构下，有效地减小IMS外形尺寸的目的，本 实用新型实施例提出了一种新型的电极片结构。如图2所示为根据本 实用新型实施例的电极结构的一个剖面示意图。根据本实用新型实施 例的电极结构由具有一定厚度的圆环状电极构成，电极的两个圆环面 在靠近内缘侧的部分被加工成锥形，即圆环的两个环面在靠近内缘侧 被部分切割成两个圆锥面，并且两个锥面与管轴的夹角不相等。
通常，图2中沿着管轴从右向左的方向为离子运动方向。如图2 所示，这两个圆锥面与迁移管轴间的夹角分别表示为a、 b，要求b < a。 也就是，在离子运动方向的上游侧的那个锥面与圆环状电极的中心轴 所形成的角度a大于在离子运动方向的下游侧的那个锥面与圆环状 电极的中心轴所形成的角度b。
图2中H为圆环状电极的内径与外径之差，电极内缘侧的厚度为 W，外缘侧的厚度为D，并且W〉D。同时，可在电极的两个圆环面上 靠近外缘侧的区域加工出凹槽，用以固定或密封绝缘体。
如图3所示，多个电极结构1与绝缘体2构成一个IMS迁移管， 两个电极结构之间被一个环状的陶瓷件所绝缘，电极上的锥面部分沿 离子运动方向3倾斜，因此在两个电极之间形成了一个较长的通道。 同时由于电极两侧面与管轴之间的角度b < a，因此大部分的绝缘体 被电极遮盖。通过在各个电极上施加递增(递减)的电位，迁移管内 形成了一个沿管轴的近似均匀的电场。而在相邻的两个电极的锥形面 上，则形成与管轴倾斜的电场。当样品离子沿管轴向探测器漂移时， 部分离子会进入到两极片间的通道中，由于通道较长，因而大部分的 离子撞到极片上损失掉，而不是聚集到绝缘体上形成空间电荷。因此， 可以在离子迁移通道较长及迁移管内径不变的情况下，减小电极的外
径，达到减小迁移管体积的目的。换言之，电极的H值可以很小，这 对于建造体积很小的MS是很有利的。上面的描述仅用于实现本实用新型的实施方式，本领域的技术人 员应该理解，在不脱离本实用新型的范围的任何修改或局部替换，均 应该属于本实用新型的权利要求来限定的范围，因此，本实用新型的 保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求1、一种用于迁移谱仪中迁移管的电极结构，其特征在于包括圆环状电极，其中所述圆环状电极的两个圆环面在靠近内缘的至少一部分被形成为锥面，并且所述锥面与圆环状电极的中心轴所形成的角度不同。
2、 如权利要求1所述的电极结构，其特征在于在离子运动方向 的上游侧的那个锥面与圆环状电极的中心轴所形成的第一角度大于 在离子运动方向的下游侧的那个锥面与圆环状电极的中心轴所形成 的第二角度。
3、 如权利要求1所述的电极结构，其特征在于所述圆环状电极 在外缘侧的厚度小于内缘侧的厚度。
专利摘要本实用新型公开了一种用于迁移谱仪中迁移管的电极结构，包括圆环状的电极，其中所述圆环状电极的两个圆环面在靠近内缘的至少一部分被形成为锥面，并且所述锥面与圆环状电极的中心轴所形成的角度不同。根据本实用新型实施例的电极结构能够有效地消除或减小空间电荷在迁移管中的积累。此结构尤其适用于迁移管内电场强度较低或通过大量离子时。同时，在保持迁移管内径不变的条件下，这种结构允许大幅度地缩减电极的外径，从而能够有效地缩小迁移管的外形尺寸，达到减小IMS的目的。
文档编号H01J49/00GK201215553SQ20082010852
公开日2009年4月1日 申请日期2008年6月12日 优先权日2008年6月12日
发明者代主得, 张仲夏, 张清军, 张阳天, 华 彭, 曹士娉, 徽 李, 李元景, 津 林, 林德旭, 毛绍基, 王少锋, 王清华, 陈志强 申请人:同方威视技术股份有限公司;清华大学