一种电子捕获检测器用全数字反馈调节电路及方法与流程

1.本发明涉及电子捕获检测器技术领域，具体涉及一种电子捕获检测器用全数字反馈调节电路及方法。


背景技术：

2.电子捕获检测器的测量结果会受到很多因素的影响，为了提高测量的线性范围，通常采用固定基流脉冲电压调节模式，ecd(电子捕获检测器)输出的电流信号和固定基流做比较，其差值转换为电压来调节加载在ecd高压脉冲的频率，从而使ecd输出的电流信号与基流相等，测试输出的电压值即反映待测物的浓度大小。
3.现有的ecd信号测量电路中，通常使用电压频率转换器(vfc)将上述的差值转换为一定频率的脉冲信号，再进行放大加载在ecd上。而vfc中通常使用单稳态电路的电阻和电容来设定电压到频率的转换倍数。而电阻和电容很容易受到环境的影响，因为典型的温漂大概在
±
50ppm左右，故环境温度改变时，电压到频率的转换倍数会产生较大的误差，从而导致系统噪声增大，检测限和线性度下降。为此，提出一种电子捕获检测器用全数字反馈调节电路及方法。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于：如何解决vfc中通常使用单稳态电路的电阻和电容来设定电压到频率的转换倍数，而电阻和电容很容易受到环境的影响，导致电压到频率的转换倍数会产生较大误差的问题，提供了一种电子捕获检测器用全数字反馈调节电路，使用数字电路来改进受温度影响较大的vfc作为电子捕获检测器的反馈电路。
5.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括运算放大器、adc、定时器、变压器，所述变压器包括原线圈与副线圈，所述原线圈设置在所述运算放大器同相输入端与ecd池的阳极之间，所述副线圈设置在所述定时器与ecd池的阴极之间，所述运算放大器、adc、定时器依次连接，所述定时器输出固定脉宽、频率可调的pwm波，该pwm波经过变压器副线圈输出具有指定高度和宽度的高压脉冲信号加载到ecd池阴极上。
6.更进一步地，载气通入ecd池中的检测区域时在ecd池的阳极上形成电流，该电流的平均脉冲电流和设定的基准电流在运算放大器上进行比较，将差值通过反馈电容转换成电压值。
7.更进一步地，所述定时器为单片机、可编程逻辑电路、数字集成电路或分立元件中任一种。
8.更进一步地，所述电子捕获检测器用全数字反馈调节电路还包括反相放大器，所述反相放大器设置在所述运算放大器的输出端与所述adc的输入端之间。
9.更进一步地，所述电子捕获检测器用全数字反馈调节电路还包括功率放大器，所述功率放大器设置在所述定时器的输出端与所述副线圈之间。
10.本发明还提供了一种电子捕获检测器用全数字反馈调节方法，利用上述的全数字
反馈调节电路对ecd基流进行反馈调节，包括以下步骤：
11.s1：电负性的分子进入ecd池内，该分子吸收电子成为负离子，ecd池内电子密度下降，每个高压脉冲捕获的电子数减少；
12.s2：提高高压脉冲的频率，使得单位时间内捕获的电子总数不变，即使ecd基流保持不变，也即使ecd阳极形成的电流保持不变。
13.更进一步地，在所述步骤s2中，高压脉冲频率的变化量正比于通过ecd池的吸收电子的分子密度。
14.本发明相比现有技术具有以下优点：该电子捕获检测器用全数字反馈调节电路，应用于固定基流脉冲调节的ecd信号探测电路模式，使用定时器输出固定脉冲宽度、占空比受ecd信号大小控制的pwm波，放大后作为ecd的高压脉冲信号，能够很好地避免环境对测试结果的影响，极大的增强了整个系统的稳定性，值得被推广使用。
附图说明
15.图1是本发明实施例二中全数字反馈调节电路原理图；
16.图2是本发明实施例二中ecd池的结构示意图。
具体实施方式
17.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
18.实施例一
19.本实施例提供一种技术方案：一种电子捕获检测器用全数字反馈调节电路，包括运算放大器、adc、定时器、变压器，所述变压器包括原线圈与副线圈，所述原线圈设置在所述运算放大器同相输入端与ecd池的阳极之间，所述副线圈设置在所述定时器与ecd池的阴极之间，所述运算放大器、adc、定时器依次连接，所述定时器输出固定脉宽、频率可调的pwm波，该pwm波经过变压器副线圈输出具有合适高度和宽度的高压脉冲信号加载到ecd池阴极上。
20.在本实施例中，载气通入ecd池中的检测区域时在ecd池的阳极上形成电流，该电流的平均脉冲电流和设定的基准电流在运算放大器上进行比较后输出。
21.在本实施例中，所述定时器为单片机、可编程逻辑电路、数字集成电路或分立元件中任一种，本实施例中选用单片机。
22.实施例二
23.如图1所示，当有载气通入检测区域时，中性载气原子在β射线作用下发生电离，产生更多新的电子(二次电子)。电子在电场作用下向收集极移动，形成电流，该电流的平均脉冲电流会和设定的基准电流ir在运算放大器u1上进行比较，将差值通过反馈电容转换成电压值，运算放大器u1的输出信号经过反相放大器u2反相，符合adc输入电压范围，该输入信号被adc采样，接着adc输出信号被mcu采集，mcu的定时器根据采集到的信号输出固定脉宽，频率可调的pwm波，该pwm波经过放大器u3和变压器输出具有合适的高度和宽度的高压脉冲，然后加载到ecd池的阴极上。
24.当电负性的分子进入ecd池内时，该分子吸收电子成为负离子，负离子较自由电子需要更长的时间才能到达收集极，而且其还能和正离子结合，故ecd池内电子密度下降，故每个高压脉冲捕获的电子数减少，为了保证ecd基流(ecd阳极形成的电流)不变，提高高压脉冲的频率，使得单位时间内捕获电子总数不变。高压脉冲频率的变化量正比于通过ecd的吸收电子的分子密度，若仅通过纯载气时的高压脉冲频率为基频f0，电负性样品进入离子室后的高压脉冲频率为样品频率(fs)，则输出信号(峰高)正比于(fs-f0)。
25.本发明中待采集信号经过adc输入到mcu中，这就使其受环境的影响很小，比如温度，在温度较高的环境工作时，本ecd的检测结果噪声很低。
26.如图2所示，为本实施例中ecd池的结构示意图，检测区域内置放射源2、收集极3和载气进口。ni63放射源(放射源2)一般为环形，置于外壳1的内壁上，接供电阴极4。收集极3为中央金属棒，接供电阳极5。
27.综上所述，上述实施例的电子捕获检测器用全数字反馈调节电路，应用于固定基流脉冲调节的ecd信号探测电路模式，使用定时器输出固定脉冲宽度、占空比受ecd信号大小控制的pwm波，放大后作为ecd的高压脉冲信号，能够很好地避免环境对测试结果的影响，极大的增强了整个系统的稳定性，值得被推广使用。
28.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。