一种电场电位梯度发生装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电场电位梯度发生装置及其控制方法，在与电路控制系统相互配合下，离子流在电场中飞行，电路控制系统控制电位梯度电场过程。通过对引出离子的分析，达到对气体介质中的物质进行检测的目的。本发明可以作为离子源应用于精密分析仪器中。
【背景技术】
[0002]离子(电荷)迀移是基于气相中不同的气相离子在电场中迀移速度的差异来对化学离子物质进行表征的一项分析技术。离子流进入电位梯度场(即电场强度E，单位V/cm)中，就可以获得一恒定的速度(称之为迀移速度\单位，cm/s)。离子的迀移速度(或迀移速率)Vd和电场强度E成正比，即Vd= KE (K为离子迀移率系数，单位cm2/V.S)。因此，电场的产生和控制过程对于离子流的检测非常重要。它可以应用于毒品检测、炸药检测等公共安全领域。
【发明内容】
[0003]电荷可以在电场中运动，说明电荷受到了电场力的作用，电场力的大小可以由库仑定律计算得出。离子运动遵循库仑定律，高斯定理是库仑定律的微分形式。高斯定理表明，电场强度对任意封闭曲面的通量只取决于该封闭曲面内电荷的代数和，与闭曲面内电荷的分布情况无关，与闭曲面外电荷的分布情况也无关。安培环路定理表明，在静电场中电场强度沿任意闭合环路的积分为零。电位相等的点连成的面叫等位面，等位面内电场强度相等。电位梯度是电场法线方向的梯度。离子的迀移运动遵循上述原理，离子的迀移速度Vd= KE说明离子的迀移速度和电场强度有关。若要获得恒定的离子迀移速度就应该有恒定的电场即匀强电场。而匀强电场E=AU/d，AU为电荷两点间电位差，d为电荷沿两点间电力线距离。本发明的电场电位梯度发生装置包括电场电位梯度发生模块、离子发生系统以及信号处理系统，离子发生系统产生离子流；电场电位梯度发生模块由多个电场环片和多个绝缘环体组成，所述多个电场环片由结构完全相同的金属环片构成，因为电场环片内电位相等，因此可以构成等位面；所述多个绝缘环体由结构完全相同的绝缘材料构成，多个绝缘环体隔离多个电场环片，在两电场环片间施加等电位差Λ U,整个电场电位梯度发生模块产生均匀电场一匀强电场，离子流沿电场方向运动获得恒定速度，从而可以计算得出离子流的飞行时间，就可以分析出离子的种类，达到对气体介质中的物质进行检测的目的。本发明中的离子发生系统可采用放射源、电晕放电源、电喷雾源或光离子化源等，具有产生离子流的功能，在此不做特别限制，接口与本发明配合即可。信号处理系统采用精密分析仪器信号处理系统生成被检测物质的信息。
[0004]本发明电场电位梯度发生装置的控制方法，包括如下步骤:离子发生系统开启，产生离子流进入电场电位梯度发生模块；微处理器单元通过电场单元给每两个电场环片之间施加等电位差，使电场电位梯度发生模块产生均匀电场；离子流在均匀电场力的作用下沿电场方向运动进入信号处理系统。
[0005]本发明的有益效果是:可以分析出离子的种类，达到对气体介质中的物质进行检测的目的。本发明可以作为分析器应用于精密分析仪器中。
【附图说明】
[0006]图1为本发明电场电位梯度发生装置的外部结构示意图。
[0007]图1a为本发明中离子发生系统接口的结构示意图。
[0008]图1al为本发明中A电场环片的结构示意图。
[0009]图la2为本发明中A绝缘环体的结构示意图。
[0010]图1bl为本发明中B电场环片的结构示意图。
[0011]图lb2为本发明中B绝缘环体的结构示意图。
[0012]图1cl为本发明中C电场环片的结构示意图。
[0013]图lc2为本发明中C绝缘环体的结构示意图。
[0014]图1dl为本发明中D电场环片的结构示意图。
[0015]图ld2为本发明中D绝缘环体的结构示意图。
[0016]图1el为本发明中E电场环片的结构示意图。
[0017]图le2为本发明中E绝缘环体的结构示意图。
[0018]图1fl为本发明中F电场环片的结构示意图。
[0019]图lf2为本发明中F绝缘环体的结构示意图。
[0020]图1gl为本发明中G电场环片的结构示意图。
[0021]图lg2为本发明中G绝缘环体的结构示意图。
[0022]图1hl为本发明中H电场环片的结构示意图。
[0023]图lh2为本发明中H绝缘环体的结构示意图。
[0024]图1il为本发明中I电场环片的结构示意图。
[0025]图li2为本发明中I绝缘环体的结构示意图。
[0026]图1jl为本发明中J电场环片的结构示意图。
[0027]图lj2为本发明中J绝缘环体的结构示意图。
[0028]图1kl为本发明中K电场环片的结构示意图。
[0029]图lk2为本发明中K绝缘环体的结构示意图。
[0030]图111为本发明中L电场环片的结构示意图。
[0031]图112为本发明中L绝缘环体的结构示意图。
[0032]图1ml为本发明中M电场环片的结构示意图。
[0033]图lm2为本发明中M绝缘环体的结构示意图。
[0034]图1nl为本发明中N电场环片的结构示意图。
[0035]图1η2为本发明中N绝缘环体的结构示意图。
[0036]图1ol为本发明中O电场环片的结构示意图。
[0037]图1ο2为本发明中O绝缘环体的结构示意图。
[0038]图1pl为本发明中P电场环片的结构示意图。
[0039]图1ρ2为本发明中P绝缘环体的结构示意图。
[0040]图1ql为本发明中Q电场环片的结构示意图。
[0041]图lq2为本发明中Q绝缘环体的结构示意图。
[0042]图1rl为本发明中R电场环片的结构示意图。
[0043]图lr2为本发明中R绝缘环体的结构示意图。
[0044]图2为本发明电场电位梯度发生装置的工作原理示意图。
[0045]图3为本发明电场电位梯度发生装置的控制电路原理示意图。
【具体实施方式】
[0046]下面结合【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0047]参见图1和图3，其显示了电场电位梯度发生装置各单元的主要构成及相互关联。I为离子发生系统，在本实施例中可采用放射源、电晕放电源、电喷雾源或光离子化源等，具有产生离子流的功能，在此不做特别限制。信号处理系统58为本发明接入精密分析仪器时的信号处理系统，在此不做特别限制。21为离子发生系统I与本发明的接口，如图1a所示，211为锁紧环上沿，与离子发生系统I紧密配合。212为锁紧环下沿，与本发明电场电位梯度发生装置紧密配合。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。在一般情况下，原子量单位为14?500的离子群，在150V/cm?300V/cm的电场中迁移时，迁移速率一般在lm/s?1m/s之间，以此计算出迀移速率系数K在0.8cm2/V.S?2.4cm2/V.S之间。本实施例中采用的多片电场环片结构完全相同，采用的多片绝缘环体结构完全相同。电场环片与绝缘环体为一个组合，在电路系统控制下，上下两片电场环片形成的电位梯度Λ U完全相同，因此，在整体结构中可产生均匀的匀强电场。本实施例中采用2700V? 3600V高压，ΛU在150V?200V之间。
[0048]参见图1al和图la2，构成A电位梯度单元。22为A电场环片，23为A绝缘环体。221为A电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。222为引线端，与电路控制系统59中电场单元的Dl处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统59控制A电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。A绝缘环体23采用四氟乙烯材料，233为引线端槽，A电场环片引线端222从此处通过，231为锁紧环上沿，与锁紧环下沿212紧密配合。232为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。
[0049]参见图1bl和图lb2，构成B电位梯度单元。24为B电场环片，25为B绝缘环体。241为B电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。242为引线端，与电路控制系统59中电场单元的D2处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统59控制B电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。B绝缘环体25采用四氟乙烯材料，253为引线端槽，B电场环片引线端242从此处通过，251为锁紧环上沿，与锁紧环下沿232紧密配合。252为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。
[0050]参见图1cl和图lc2，构成C电位梯度单元。26为C电场环片，27为B绝缘环体。261为C电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。262为引线端，与电路控制系统59中电场单元的D3处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统59控制C电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。C绝缘环体27采用四氟乙烯材料。273为引线端槽，C电场环片引线端262从此处通过，271为锁紧环上沿，与锁紧环下沿252紧密配合。272为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。
[0051]参见图1dl和图ld2，构成D电位梯度单元。28为D电场环片，29为D绝缘环体。281为D电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。282为引线端，与电路控制系统59中电场单元的D4处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统59控制D电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。D绝缘环体29采用四氟乙烯材料。293为引线端槽，D电场环片引线端282从此处通过，291为锁紧环上沿，与锁紧环下沿272紧密配合。292为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。
[0052]参见图1el和图le2，构成E电位梯度单元。30为E电场环片，31为E绝缘环体。301为E电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。302为引线端，与电路控制系统59中电场单元的D5处连接，通过此处可以提供高电位产生电场。电路控制系统59控制E电位梯度单元的电位梯度，使其产生匀强电场。E绝缘环体31采用四氟乙烯材料。313为引线端槽，E电场环片引线端302从此处通过，311为锁紧环上沿，与锁紧环下沿292紧密配合。312为锁紧环下沿。离子流在电场力作用下从中间圆孔通过。
[0053]参见图1fl和图lf2，构成F电位梯度单元。32为F电场环片，33为F绝缘环体。321为F电场环片基片，在高电位作用下提供均匀电场使离子流从中间圆孔沿电场方向运动。322