用于双极性质子转移反应质谱的多路隔离可编程数字电源

本发明涉及电路领域，尤其是用于双极性质子转移反应质谱的用于双极性质子转移反应质谱的多路隔离可编程数字电源。

背景技术：

1、大气中挥发性有机物(volatile organic compounds，vocs)是一类大气污染物，而且能参与光化学反应，导致臭氧和气溶胶等二次污染物的产生，因此，实时精准地监测vocs对于大气污染成因研究以及vocs排放控制具有重要意义。

2、如图1所示，质子转移反应质谱(proton transfer reaction massspectrometry，ptr-ms)是20世纪90年代发展起来的一种大气vocs实时在线监测技术，其原理是:水蒸汽通过空心阴极放电，在电场提取作用下得到反应离子h3o+，当待测物m的质子亲和势pa(m)大于pa(h2o)时，会在反应管中与h3o+发生质子转移反应得到mh+，利用质谱检测mh+的质荷比和离子强度，即可得到待测物的分子量和浓度信息。ptr-ms具有响应时间短(秒级)、探测限低(～10-12(v/v))、可测量绝对浓度等优点，已被广泛应用于环境、食品、健康和公共安全等领域。

3、目前出现了一种双极性质子转移反应质谱(dipolar proton transfer reactionmassspectrometer，dp-ptr-ms)新技术，仅利用水蒸汽放电，在正向和负向电场作用下，即可分别提取得到正负两种反应离子h3o+和oh-，进而对配制的酮类气体样品实现正负切换检测，不仅可实现有机物和无机物的检测，而且有助于判断待测物分子量。相比单一反应离子h3o+的常规ptr-ms，dp-ptr-ms中有正负3种反应离子(h3o+、oh-、(ch3)2coh+),可根据实际检测需要选择切换，提高定性能力，并有效扩展检测范围。dp-ptr-ms可以满足大气中低浓度vocs实时在线监测的需求，可作为大气污染成因研究和vocs排放监测的重要工具。

4、如图2所示，双极性质子转移反应质谱仪内部需要集成多通道直流电源，主要实现离子的生成、动能调节、轨迹引导等功能。在离子源内需要电极持续放电，生成离子，电源的精确度、稳定度直接影响了离子生成速率；在反应管内需要调控离子-分子反应的动能，减少碎片离子和团簇离子的形成，并引导离子进入离子探测系统，电源的精确度和稳定度直接影响了粒子的动能和轨迹。

5、双极性质子转移反应质谱仪对直流电源提出了以下的多项要求。多通道直流电源的调节精度、稳定性在源头影响了质谱仪的精确度、稳定性和可靠性。在质谱仪内部需要将电源进行并联、串联的使用，必须实现通道与通道之间的隔离。由于质谱仪的特殊使用场景(车载化)，内部电极随时可能短路或断路，需要对电压和电流实时监控，对可能存在的短路和断路情况进行判断，实现过流保护，防止电源损毁。质谱仪常常工作在存在复杂电磁干扰的环境中，在外部干扰的情况下电源需要保证输出的稳定性，准确的执行控制、监控指令。

技术实现思路

1、针对传统电源设计稳压效果不佳、难以实现多通道宽电压高设定分辨率输出、只能通过按键或者旋钮调整电压值、仅能显示当前时刻电压值，无法将多个通道进行串联、并联组合使用，无法反映电源电压变化趋势。本发明提出了一种用于双极性质子转移反应质谱的多路隔离可编程数字电源。电源由八个通道组成，提供rs485接口，实现modbus协议，通道之间相互隔离，单通道实现模块化，根据使用场景进行并联、串联使用，实现0-1000v全范围电压可调，设定值分辨率达到0.1v，设定精度达到±0.1％，负载调整率达到±0.02％，对电压、电流实时监控，具有过流保护功能。

2、本发明提出一种用于双极性质子转移反应质谱的多路隔离可编程数字电源，包括：

3、八个电压输出通道，用于提供可调的电压；其中，每个电压输出通道包括依次连接的高压模块电路，线性光耦电路、电压设置电路、单片机电路；

4、所述的高压模块电路用于产生高压，输出当前电压、电流的反馈信号，反馈信号经过线性光耦电路输出到单片机电路；

5、所述的线性光耦电路耦合到高压模块电路，用于隔离高压模块和单片机电路；

6、所述的电压设置电路，一端连单片机电路，接收单片机输出的电压设置命令，输出设置电压，输出的电压通过线性光耦电路加载到高压模块电路；

7、还包括通讯电路，通过rs485进行通讯，实现modbus协议；

8、所述的各通道之间相互隔离，根据使用场景进行并联或串联使用，实现0-1000v全范围电压可调，且对电压、电流实时监控。

9、有益效果：

10、本发明提出的一种用于双极性质子转移反应质谱的多路隔离可编程数字电源，具有如下优点：

11、(1)输出电压信号纯净、具有高精度、稳定性好，在外部存在干扰的情况下能够保证输出处于较为稳定的状态，负载调整率达到±0.02％。

12、(2)实现八通道0-1000v全范围电压可调，设定值分辨率为0.1v，设定精度达到±0.1％。

13、(3)单通道实现最大10ma或1ma的通过电流，具有过流保护功能。

14、(4)通道之间相互隔离，可以实现并联、串联使用。

15、(5)使用光耦或线性光耦，实现控制部分与高压输出部分的全隔离。

16、(6)模块化使用，根据实际使用场景，更改通道数量和通道间连接方式。

17、(7)基于rs485接口，利用modbus通讯协议，实现集中控制、监控。

18、(8)对于每个通道输出电压、电流情况，能够监控和反馈，保证了电源的输出质量。

技术特征：

1.一种用于双极性质子转移反应质谱的多路隔离可编程数字电源，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于双极性质子转移反应质谱的多路隔离可编程数字电源，其特征在于，包括：

3.根据权利要求1所述的一种用于双极性质子转移反应质谱的多路隔离可编程数字电源，其特征在于，包括：

4.根据权利要求1所述的一种用于双极性质子转移反应质谱的多路隔离可编程数字电源，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种用于双极性质子转移反应质谱的多路隔离可编程数字电源，其特征在于，单片机线性光耦电路连接，采集高压模块的电压、电流反馈信号；单片机通过光耦与继电器连接，控制高压模块的输出；单片机与电压设置电路连接，将单片机的数字信号转换为模拟信号，该模拟信号用来控制高压模块，实现0-1000v电压输出。

6.根据权利要求1-5之一所述的可编程数字电源进行电源输出的方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提出一种用于双极性质子转移反应质谱的多路隔离可编程数字电源，包括：八个电压输出通道，用于提供可调的电压；其中，每个电压输出通道包括依次连接的高压模块电路，线性光耦电路、电压设置电路、单片机电路；所述的高压模块电路用于产生高压；所述的线性光耦电路耦合到高压模块电路；所述的电压设置电路，一端连单片机电路，接收单片机输出的电压设置命令，输出设置电压，输出的电压通过线性光耦电路加载到高压模块电路；还包括通讯电路，通过RS485进行通讯，实现MODBUS协议，所述的各通道之间相互隔离，根据使用场景进行并联或串联使用，实现0‑1000v全范围电压可调，且对电压、电流实时监控。

技术研发人员：梁勖,沈启辉,林颖,沈成银
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12