一種用于四極桿質(zhì)譜儀的射頻電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于四極桿質(zhì)譜儀的射頻電源。
【背景技術(shù)】
[0002]四極桿質(zhì)譜儀是常用的分析儀器。四極桿及其射頻電源是四極桿質(zhì)譜儀的核心部件。四極桿通常由四個柱狀電極按特定的空間分布組成，其中兩個電極桿組成一對正極桿，另外兩個電極桿組成一對負(fù)極桿。工作時，需在正極桿上施加電壓Vl=U+Vcos( ω t)，同時在負(fù)極桿上施加電壓V2 = - (U+Vcos ( ω t))，其中U為DC直流電壓，V為高頻交流電壓。通過調(diào)整U和V的大小及比例，可以使特定荷質(zhì)比的離子通過四極桿的中心通道達(dá)到檢測器，從而實(shí)現(xiàn)離子篩選得到質(zhì)譜數(shù)據(jù)。為了能夠掃描高質(zhì)量數(shù)的離子，DC直流電壓U需要達(dá)到幾百伏特，而高頻交流電壓V需要達(dá)到幾千伏特，頻率在IMHz到4MHz之間。為了使交流電壓V達(dá)到幾千伏特，四極桿射頻電源的輸出極通常由空心變壓器來驅(qū)動，空心變壓器和四極桿的極間電容形成了電路上的LC串聯(lián)諧振。利用諧振，四極桿的正、負(fù)極桿間可較容易的達(dá)到幾千伏的尚壓。
[0003]傳統(tǒng)的四極桿電源通常采用晶振作為射頻的信號源，其頻率固定不變。受限于制造工藝，空心變壓器和四極桿形成的LC串聯(lián)諧振電路的諧振頻率不可能恰好在晶振的頻率點(diǎn)上，故傳統(tǒng)四極桿電源的輸出極需要配一個空氣可調(diào)電容。通過調(diào)節(jié)空氣可調(diào)電容，可以使串聯(lián)諧振電路的諧振頻率和晶振的頻率匹配上，從而RF功率可以有效地耦合到空心變壓器的副邊，才能在四極桿上獲得高達(dá)數(shù)千伏的射頻電壓，實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜掃描功能。
[0004]由于需要操作帶電數(shù)千伏的空氣可調(diào)電容，四極桿電源的使用和維護(hù)變得比較復(fù)雜，并且空氣可調(diào)電容內(nèi)含機(jī)械運(yùn)動部件，其穩(wěn)定性和可靠性不夠高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于四極桿質(zhì)譜儀的射頻電源，解決了使用和維護(hù)較復(fù)雜、穩(wěn)定性和可靠性不夠高等問題;能驅(qū)動四極桿產(chǎn)生用于質(zhì)譜過濾的四極電場，使得四極桿電源不需要空氣可調(diào)電容，并可實(shí)現(xiàn)自動匹配調(diào)諧。
[0006]如圖1所示本發(fā)明包括:可控直流電壓輸出模塊101，調(diào)頻模塊102，可控直流電壓輸出模塊103，MCU控制模塊104，RF功率放大模塊105，RF功率調(diào)制模塊106，空心變壓器107，RF電壓采集模塊108，四極桿109以及電容Cl、C2。
[0007]其中，可控直流電壓輸出模塊1I的入端與可控直流電壓輸出模塊103的入端相連，用于接收直流電壓設(shè)定信號Uset;可控直流電壓輸出模塊101與可控直流電壓輸出模塊103的出端分別與Cl、C2以及空心變壓器107的兩個副邊的一對異名端相連；
[0008]電容Cl、C2，用于輔助直流電壓耦合到空心變壓器107;
[0009]調(diào)頻模塊102的入端與MCU控制模塊104的第一出端相連，用于接收頻率調(diào)節(jié)信號；調(diào)頻模塊102的出端與RF功率放大模塊105的第一入端相連，輸出RF源信號；
[0010]M⑶控制模塊104的通訊端與外部相連，第二出端與RF功率調(diào)制模塊106的第二入端相連，入端與RF電壓采集模塊108的出端、RF功率調(diào)制模塊106的第三入端相連；
[0011]M⑶控制模塊104用于控制調(diào)頻模塊102的輸出頻率，采集四極桿上的RF電壓大小和進(jìn)行自動匹配調(diào)諧；
[0012]RF功率放大模塊1 5的第二入端與RF功率調(diào)制模塊106的出端相連，出端與空心變壓器107的初級線圈相連；
[0013]RF功率調(diào)制模塊106的第一入端與外部相連，用于接收RF電壓設(shè)定信號Vset;
[0014]RF功率放大模塊105和RF功率調(diào)制模塊106，用于控制和放大RF功率；
[0015]空心變壓器107的兩個副邊的另一對異名端分別與四極桿109的正極桿和負(fù)極桿相連;用于耦合正負(fù)直流電壓和RF功率并輸出給四極桿109;
[0016]RF電壓采集模塊108的入端與四極桿109的某一極桿相連；
[0017]RF電壓采集模塊108用于采集RF電壓。
[0018]其中，可控直流電壓輸出模塊101用于產(chǎn)生四極桿所需的直流正電壓；
[0019]調(diào)頻模塊102用于產(chǎn)生頻率可變的RF源信號；
[0020]可控直流電壓輸出模塊103用于產(chǎn)生四極桿所需的直流負(fù)電壓；
[0021]M⑶控制模塊104用于控制調(diào)頻模塊102的輸出頻率，采集四極桿上的RF電壓大小和進(jìn)行自動匹配調(diào)諧；
[0022]RF功率放大模塊105和RF功率調(diào)制模塊106用于控制和放大RF功率；
[0023]空心變壓器107用于耦合正負(fù)直流電壓和RF功率并輸出給四極桿109;
[0024]RF電壓采集模塊108用于采集RF電壓；
[0025]電容Cl、C2，用于輔助直流電壓耦合到空心變壓器107。
[0026]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，可控直流電壓輸出模塊101和可控直流電壓輸出模塊103的放大系數(shù)大小相等，極性相反，電壓U幅值最高達(dá)到550V。
[0027]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，調(diào)頻模塊102采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)芯片、PWM芯片、定時器芯片、分頻器芯片中的一種，輸出信號的頻率范圍I?10MHz。
[0028]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，空心變壓器107是由I個原邊和2個副邊以對稱結(jié)構(gòu)纏繞在固定支架上的中空螺線管，輸出的RF電壓V最高可達(dá)3kV。
[0029]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述RF電壓采集模塊108由電容和二極管構(gòu)成，其能將O?3kV的射頻電壓信號V轉(zhuǎn)換為O?1V的直流電壓信號。
[0030]進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，不使用電容或者電感進(jìn)行匹配調(diào)諧，而是使用頻率進(jìn)行自動匹配調(diào)諧。
[0031]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，與傳統(tǒng)的用空氣可調(diào)電容進(jìn)行調(diào)諧的射頻電源相比，本發(fā)明的射頻電源采用頻率調(diào)諧匹配，不需要空氣可調(diào)電容進(jìn)行匹配調(diào)諧，擁有更小的體積，提高儀器的的可靠性和穩(wěn)定性，并且這種射頻電源可實(shí)現(xiàn)頻率自動匹配調(diào)諧，擁有更高的自動化水平和更佳的儀器易用性和可維護(hù)性。
【附圖說明】
[0032]圖1示出本發(fā)明給出的用于四極桿質(zhì)譜儀的射頻電源的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]參照圖1所示，一種用于四極桿質(zhì)譜儀的射頻電源包括:可控直流電壓輸出模塊101，調(diào)頻模塊102，可控直流電壓輸出模塊103，MCU控制模塊104，RF功率放大模塊105，RF功率調(diào)制模塊106，空心變壓器107，RF電壓采集模塊108，四極桿109以及電容Cl、C2。
[0034]四極桿109由四個柱狀電極組成，其中兩個極桿組成一對正極桿，另外兩個極桿組成一對負(fù)極桿。正極桿與空心變壓器107的一個副邊的一端相連，這個副邊的另一端與電容Cl相連。負(fù)極桿與空心變壓器107的另一副邊的一端相連，此副邊的另一端與電容C2相連。與Cl，C2相連的端互為異名端。
[0035]可控直流電壓輸出模塊101通常采用直流放大電路。其主要功能是將控制信號Uset放大成U，為四極桿109的正極桿提供正向直流電壓U。可控直流電壓輸出模塊101有兩個端口，其中一個端口用于接收控制信號Uset，另一個端口輸出電壓信號U到空心變壓器107的I個副邊，并與電容Cl相連接。電容Cl將直流電壓信號U耦合到空心變壓器107的副邊中，同時為副邊的RF電流提供通路。
[0036]可控直流電壓輸出模塊103通常采用直流放大電路。其主要功能是將控制信號Uset放大成-U，為四極桿109的負(fù)極桿提供負(fù)向直流電壓-U?？煽刂绷麟妷?