双脉冲发生电路及飞行时间质谱仪的制作方法

本发明涉及质谱分析，尤其是涉及一种双脉冲发生电路及飞行时间质谱仪。

背景技术：

1、飞行时间质谱仪是通过离子在一定距离真空无场区内按不同质荷比以不同时间到达检测器，从而建立质谱图的质谱仪。飞行时间质谱仪的离子源有多种来源，如电子轰击离子源。电子轰击离子源(electron impact ion source)是利用具有一定能量的电子束使气态的样品分子或原子电离的离子源，简称ei离子源。具体地，灯丝在高真空条件下，发射出具有70ev的碰撞能量的电子，电子将待分析物质的气体分子打碎产生碎片离子。这些离子需要经过电场加速才能在真空腔内进行飞行，进而计算质荷比。

2、但是，现有的飞行时间质谱仪一般都是使用单一脉冲给离子进行一次加速，会存在电压过高且能量不足的问题，使得离子飞行距离短，从而导致信号的分辨率低。同时，脉冲的低电平固定不可调节，不能吸引及存储足够的离子，从而信号强度不能增强。

3、因此，目前急需一种应用于飞行时间质谱仪的脉冲发生方案，以解决使用单脉冲一次给离子加速，会存在电压过高且能量不足的问题，从而导致离子飞行距离短，从而导致信号的分辨率低。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应用于飞行时间质谱仪的脉冲发生方案，用于解决现有技术中脉冲发生电路只产生单个脉冲、电压过高且能量不足的的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案如下。

3、一种双脉冲发生电路，包括：

4、脉冲源及延时模块，根据原始脉冲产生同频的第一中间脉冲和第二中间脉冲，所述第二中间脉冲相对于所述第一中间脉冲的延时可调；

5、第一脉冲驱动模块，与所述脉冲源及延时模块连接，根据所述第一中间脉冲产生相位相反的第一控制信号和第二控制信号；

6、第一直流高压电源，产生第一直流高压电压；

7、第一直流偏置模块，产生第一直流偏置电压，所述第一直流偏置电压在第一正电源电压到第一负电源电压的范围内可调；

8、第一脉冲输出模块，与所述第一脉冲驱动模块、所述第一直流高压电源及所述第一直流偏置模块分别连接，根据所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第一直流高压电压及所述第一直流偏置电压产生并输出第一目标脉冲；

9、第二脉冲驱动模块，与所述脉冲源及延时模块连接，根据所述第二中间脉冲产生相位相反的第三控制信号和第四控制信号；

10、第二直流高压电源，产生第二直流高压电压；

11、第二直流偏置模块，产生第二直流偏置电压，所述第二直流偏置电压在所述第一正电源电压到所述第一负电源电压的范围内可调；

12、第二脉冲输出模块，与所述第二脉冲驱动模块、所述第二直流高压电源及所述第二直流偏置模块分别连接，根据所述第三控制信号、所述第四控制信号、所述第二直流高压电压及所述第二直流偏置电压产生并输出第二目标脉冲。

13、可选地，所述脉冲源及延时模块包括脉冲源单元、第一延时单元及第二延时单元，所述脉冲源单元产生所述原始脉冲，所述第一延时单元对所述原始脉冲进行延时处理，得到所述第一中间脉冲，所述第二延时单元对所述原始脉冲进行延时处理，得到所述第二中间脉冲，所述第二延时单元的延时可调。

14、可选地，所述第一延时单元包括第一反相器、第二反相器、第一电阻及第一电容，所述第一反相器的输入端接所述原始脉冲，所述第一反相器的输出端经串接的所述第一电阻后接所述第二反相器的输入端，所述第一电容的第一端接所述第二反相器的输入端，所述第一电容的第二端接地，所述第二反相器的输出端输出所述第一中间脉冲；所述第二延时单元包括第三反相器、第四反相器、可调电阻及第二电容，所述第三反相器的输入端接所述原始脉冲，所述第三反相器的输出端接所述可调电阻的输入端，所述可调电阻的滑动端与所述可调电阻的输入端连接，所述可调电阻的输出端接所述第四反相器的输入端，所述第二电容的第一端接所述第四反相器的输入端，所述第二电容的第二端接地，所述第四反相器的输出端输出所述第二中间脉冲。

15、可选地，所述第一脉冲输出模块包括第一npn三极管、第二npn三极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻及第五电阻，所述第一npn三极管的集电极经串接的所述第二电阻后接所述第一直流高压电压，所述第一npn三极管的基极接所述第一控制信号，所述第一npn三极管的发射极经串接的所述第四电阻后接所述第二npn三极管的集电极，所述第二npn三极管的基极接所述第二控制信号，所述第二npn三极管的发射极经串接的所述第五电阻后接地，所述第二npn三极管的发射极还接所述第一直流偏置电压，所述第一npn三极管的发射极经串接的所述第三电阻后输出所述第一目标脉冲。

16、可选地，所述第二脉冲输出模块包括第三npn三极管、第四npn三极管、第六电阻、第七电阻、第八电阻及第九电阻，所述第三npn三极管的集电极经串接的所述第六电阻后接所述第二直流高压电压，所述第三npn三极管的基极接所述第三控制信号，所述第三npn三极管的发射极经串接的所述第八电阻后接所述第四npn三极管的集电极，所述第四npn三极管的基极接所述第四控制信号，所述第四npn三极管的发射极经串接的所述第九电阻后接地，所述第四npn三极管的发射极还接所述第二直流偏置电压，所述第三npn三极管的发射极经串接的所述第七电阻后输出所述第二目标脉冲。

17、可选地，所述第一脉冲驱动模块包括放大单元、第一耦合单元及第二耦合单元，所述放大单元接对所述第一中间脉冲进行放大处理，得到第一放大脉冲，所述第一耦合单元对所述第一放大脉冲进行耦合处理，得到所述第一控制信号，所述第二耦合单元对所述第一放大脉冲进行耦合处理，得到所述第二控制信号。

18、可选地，所述第一耦合单元包括第一耦合电感、第一nmos管、第一箝位二极管、第一稳压二极管、第十电阻、第十一电阻及第八电容，所述第八电容的第一端接所述第一放大脉冲，所述第八电容的第二端接所述第一耦合电感中初级线圈的第一端，所述初级线圈的第二端接地，所述第一箝位二极管的阳极接所述初级线圈的第一端，所述第一箝位二极管的阴极接地，所述第一耦合电感中次级线圈的第一端接所述第一nmos管的源极，所述第一nmos管的栅极接所述次级线圈的第二端，所述第一nmos管的漏极接所述第十电阻的第一端，所述第十电阻的第二端接所述第十一电阻的第一端，所述第十一电阻的第二端接所述次级线圈的第二端，所述第十一电阻的第一端还接所述第一npn三极管的基极，所述第十一电阻的第二端还接所述第一npn三极管的发射极，所述第一稳压二极管的阳极接所述第十一电阻的第二端，所述第一稳压二极管的阴极接所述第十一电阻的第一端，所述第十一电阻的第一端输出所述第一控制信号。

19、可选地，所述第二耦合单元包括第二耦合电感、第二nmos管、第二箝位二极管、第二稳压二极管、第十二电阻、第十三电阻及第九电容，所述第九电容的第一端接所述第一放大脉冲，所述第九电容的第二端接所述第二耦合电感中初级线圈的第一端，所述初级线圈的第二端接地，所述第二箝位二极管的阳极接地，所述第二箝位二极管的阴极接所述初级线圈的第一端，所述第二耦合电感中次级线圈的第一端接所述第二nmos管的源极，所述第二nmos管的栅极接所述次级线圈的第二端，所述第二nmos管的漏极接所述第十二电阻的第一端，所述第十二电阻的第二端接所述第十三电阻的第一端，所述第十三电阻的第二端接所述次级线圈的第二端，所述第十三电阻的第一端还接所述第二npn三极管的基极，所述第十三电阻的第二端还接所述第二npn三极管的发射极，所述第二稳压二极管的阳极接所述第十三电阻的第二端，所述第二稳压二极管的阴极接所述第十三电阻的第一端，所述第十三电阻的第一端输出所述第二控制信号。

20、可选地，所述第一直流偏置模块包括基准单元、比较单元、调整单元及采样单元，所述基准单元输出基准电压，所述比较单元对所述基准电压及采样电压进行比较放大，得到调整控制信号，所述调整单元根据所述第一正电源电压、所述第一负电源电压及所述调整控制信号产生所述第一直流偏置电压，在所述调整控制信号的控制下，在所述第一正电源电压到所述第一负电源电压的范围内调整所述第一直流偏置电压，所述采样单元对所述第一直流偏置电压进行采样，得到所述采样电压。

21、可选地，所述基准单元包括电位器及第十电容，所述电位器的输入正端接第二正电源电压，所述电位器的输入负端接第二负电源电压，所述第十电容的第一端接所述电位器的输出端，所述第十电容的第二端接地，所述电位器的输出端输出所述基准电压；所述比较单元包括运算放大器及第十一电容，所述运算放大器的同相输入端接所述基准电压，所述运算放大器的反相输入端接所述采样电压，所述第十一电容的第一端接所述运算放大器的输出端，所述第十一电容的第二端接所述采样电压，所述运算放大器的输出端输出所述调整控制信号。

22、可选地，所述调整单元包括pnp三极管、第五npn三极管、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十二电容及第十三电容，所述pnp三极管的基极经串接的所述第十四电阻后接所述调整控制信号，所述pnp三极管的发射极经串接的所述第十五电阻后接地，所述pnp三极管的集电极经串接的所述第十六电阻后接所述第一负电源电压，所述第五npn三极管的基极接所述pnp三极管的集电极，所述第五npn三极管的集电极经串接的所述第十七电阻后接所述第一正电源电压，所述第五npn三极管的发射极经串接的所述第十八电阻后接所述第一负电源电压，所述第十二电容的第一端接所述第一正电源电压，所述第十二电容的第二端接地，所述第十三电容的第一端接所述第一负电源电压，所述第十三电容的第二端接地，所述第五npn三极管的集电极输出所述第一直流偏置电压；所述采样单元包括第十九电阻及第二十电阻，所述第十九电阻的第一端接所述第一直流偏置电压，所述第十九电阻的第二端接所述第二十电阻的第一端，所述第二十电阻的第二端接地，所述第二十电阻的第一端输出所述采样电压。

23、一种飞行时间质谱仪，包括第一电极板、第二电极板及如上述中任一项所述的双脉冲发生电路，所述第一电极板的板面与所述第二电极板的板面相对且平行设置，所述第一电极板和所述第二电极板上分别设置有沿着所述第一电极板的板面垂直方向对齐的通孔，或者沿着所述第一电极板的板面垂直方向设置有穿过所述第一电极板和所述第二电极板的管道，所述第一电极板连接所述第一目标脉冲，所述第二电极板连接所述第二目标脉冲。

24、可选地，沿着所述第一电极板的板面垂直方向，所述第一电极板与所述第二电极板之间的间距为0.5～10mm。

25、可选地，调节所述第二中间脉冲相对于所述第一中间脉冲的延时，使得所述第二中间脉冲滞后于所述第一中间脉冲，当所述第一目标脉冲及所述第二目标脉冲均为低电平时，离子经过所述通孔或者所述管道后被吸引或者存储在所述第一电极板与所述第二电极板之间；当所述第一目标脉冲及所述第二目标脉冲变为高电平时，所述第一目标脉冲的上升沿超前于所述第二目标脉冲的上升沿，先通过所述第一电极板对离子进行第一次加速，再通过所述第二电极板对离子进行第二次加速。

26、可选地，当所述第一目标脉冲及所述第二目标脉冲均为低电平时，将所述第一直流偏置电压及所述第二直流偏置电压分别向所述第一负电源电压调节，进而将所述第一目标脉冲的低电平及所述第二目标脉冲的低电平均调节为负电压，以在所述第一电极板与所述第二电极板之间吸引或者存储更多的离子。

27、如上所述，本发明的双脉冲发生电路及飞行时间质谱仪，至少具有以下有益效果：

28、结合脉冲源及延时模块、第一脉冲驱动模块、第一直流高压电源、第一直流偏置模块、第一脉冲输出模块、第二脉冲驱动模块、第二直流高压电源、第二直流偏置模块及第二脉冲输出模块设计双脉冲发生电路，脉冲源及延时模块产生的第一中间脉冲和第二中间脉冲之间的延时可调，后续应用于飞行时间质谱仪时，可调节二者之间的延时，使得最终得到的第一目标脉冲与第二目标脉冲之间存在延时，进而能通过两个相互错开的脉冲的高电平对离子连续两次加速，使得离子飞行更远的距离，从而提高分辨率；同时，第一直流偏置电压及第二直流偏置电压均在第一正电源电压到第一负电源电压的范围内可调，当第一目标脉冲及第二目标脉冲均为低电平时，将第一直流偏置电压及第二直流偏置电压分别向第一负电源电压调节，进而将第一目标脉冲的低电平及第二目标脉冲的低电平均调节为负电压，以在两个电极板之间吸引或者存储更多的离子，在第一目标脉冲及第二目标脉冲上升沿的时候可以加速并引出更多的离子飞向检测器，从而增强信号强度。