一种驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置的制作方法

本实用新型涉及质谱分析技术领域，尤其涉及一种驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置。

背景技术：

质谱分析是利用荷质比对样品进行质量分析和结构鉴定的一种分析方法。现阶段，由于质谱分析方法的分析速度快、灵敏度高和特异性强，被广泛应用于环境检测、临床分析、有机合成、药物研发等领域。通常，质谱仪主要由离子源、离子传输系统、质量分析器、检测器、真空系统和数据采集系统组成。其中，质量分析器有多种类型，例如，四极杆、离子阱、飞行时间、傅里叶变换离子回旋共振阱等。相比于其它质量分析器，离子阱质量分析器可以在更高的气压条件下工作，成为小型化质谱仪的理想选择之一。

专利申请号为201710282429.8的实用新型专利申请公开了一种用于驱动质谱仪的正弦波频率扫描装置，如图1所示，所述装置包括：微控制单元201、信号输出模块202和宽频高压放大器203，其中，所述微控制单元201与所述信号输出模块202电连接，所述信号输出模块202与所述宽频高压放大器203电连接；所述微控制单元201，用于从终端获取预置的正弦波数据，并将所述正弦波数据传输至所述信号输出模块202；所述信号输出模块202，用于接收所述正弦波数据，并当接收到所述微控制单元201发送的转换信号后，将所述正弦波数据转换为正弦波电压信号，以及，将所述正弦波电压信号传输至所述宽频高压放大器203；所述宽频高压放大器203与离子阱质量分析器电连接，用于将所述正弦波电压信号放大为高压正弦波信号，并将所述高压正弦波信号传输至所述离子阱质量分析器的两个极板，以向所述两个极板提供正弦波频率扫描的射频电压。其主要克服了在利用离子阱质量分析器进行质量分析时，幅度扫描模式容易导致电极之间放电和频率扫描模式产生的功耗较大的技术问题。

但是，专利申请号为201710282429.8的实用新型专利，其主要是使用高频变压器来提高输出电压，直接控制离子阱质量分析器，因此其缺点相较于本领域技术人员也显而易见，即输出电压幅值不高，从而导致了质量区间较窄，且功耗较大，波形失真大，线性差的技术问题，因此上述专利涉及的质谱仪的分析效率有待提高。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置，旨在解决现有技术中用于驱动质谱仪的正弦波频率扫描装置电压幅值不高，从而导致了质量区间较窄，且功耗较大，波形失真大，线性差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置，包括：现场可编程门阵列、质量分析器、升压控制模块、调频放大模块、负载电容调节模块及谐振升压模块；所述微控制单元与所述现场可编程门阵列电连接；升压控制模块分别与现场可编程门阵列、调频放大模块及谐振升压模块电连接；调频放大模块分别与升压控制模块、现场可编辑门阵列、谐振升压模块电连接；负载电容调节模块分别与现场可编程门阵列、谐振升压模块电连接；所述谐振升压模块与质量分析器电连接；所述升压控制模块用于将现场可编程门阵列输出的第一电信号转化为标准模拟信号及采集谐振升压模块电压的实时信号，并在对比所述标准模拟信号及所述实时信号后产生积分控制信号，并向调频模块输出积分控制信号；所述调频放大模块用于将现场门阵列输出的谐振频率信号及接收所述积分控制信号合成为调频信号，并放大所述调频信号为调频放大信号用以驱动所述谐振升压模块；所述负载电容调节模块通过驱动电机步进控制实时调节可变负载电容，产生所述谐振升压模块升压需要的当前负载电容值；所述谐振升压模块用于接收所述调频放大信号，并通过所述可变负载电容及所述质量分析器谐振产生射频高压输出。

本实用新型提供的一种驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置，有益效果在于：通过实时控制可变负载电容的电容值，能够不断调整射频装置的谐振频率，使其能在选频升压过程中保持低功耗，从而拓宽质谱仪器的质量数的区间范围，并降低了运行过程中的功耗，使得质谱仪器的波形失真较小，弥补了线性差的缺点，通过上述技术方案及技术方案达到的技术效果，即加强了质谱仪器的性能，使得质谱仪器的分析效率显著提升。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为背景技术附图；

图2为本实用新型实施例驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置的结构示意框图；

图3为本实用新型实施例驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置的详细结构示意框图；

图4为本实用新型实施例驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置的可变负载电容模块具体应用的简化电路图；

图5为本实用新型另一实施例驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置的具体应用的简化电路图。

具体实施方式

为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图2及图3，为一种驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置，包括：微控制单元101、现场可编程门阵列102、质量分析器103、直流电压输出模块104、第二数模转换器105、高压模块106、检测器109、信号放大器107及模数转换器108；驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置还包括：升压控制模块201、调频放大模块202、负载电容调节模块203及谐振升压模块204。

其中，微控制单元101与现场可编程门阵列102电连接。

升压控制模块201分别与现场可编程门阵列102、调频放大模块202及谐振升压模块204电连接；升压控制模块201用于将现场可编程门阵列102输出的第一电信号转化为标准模拟信号及采集谐振升压模块204电压的实时信号，并在对比标准模拟信号及实时信号后产生积分控制信号后，向调频放大模块202输出积分控制信号。

调频放大模块202分别与现场可编程门阵列102、升压控制模块201、谐振升压模块204电连接；调频放大模块202用于将现场可编程门阵列102的控制信号转化为谐振频率信号；与此同时谐振频率信号和接收的升压控制模块201输出的积分控制信号进行合成，合成为调频信号；并通过功率放大生成调频放大信号，以驱动谐振升压模块204。

负载电容调节模块203分别与现场可编程门阵列102、谐振升压模块204电连接；负载电容调节模块203用于接收现场可编程门阵列102的控制信号,控制信号控制电机步进调节可变负载电容器，产生谐振升压模块204升压需要的当前负载电容值。

谐振升压模块204与质量分析器103电连接；谐振升压模块204用于接收调频放大信号，并通过负载电容调节模块203及质量分析器103谐振产生射频高压输出。

直流电压输出模块104的一端与微控制单元101电连接，直流电压输出模块104的另一端与质量分析器103中的透镜电连接，用于当接收到微控制单元101发送输出信号后，向透镜输出直流电压。

第二数模转换模块105的一端与微控制单元101电连接，第二数模转换模块105的另一端与高压模块106的一端电连接，高压模块106另一端与检测器109电连接；检测器109用于检测质量分析器103分析的离子；第二数模转换模块105，用于接收微控制单元101输出的控制电压信号，并将控制电压信号转换为模拟电压，以控制高压模块106的电压值；高压模块106用于向检测器109提供工作电压。

信号放大器107的一端与检测器109电连接，信号放大器107的另一端与模数转换模块108的一端电连接，模数转换模块108的另一端与微控制单元101电连接；信号放大器107，用于接收检测器109传输的电流信号，并将电流信号放大并转换为电压信号；模数转换模块108用于接收信号放大器107传输的电压信号，并将电压信号转换为数字信号，以及将数字信号传输给微控制单元101，以使微控制单元101将数字信号传输给终端后处理为质谱图。

在本实施例中，质量分析器103为离子阱质量分析器；在其他实施例中，质量分析器103还可为四极杆质量分析器。

升压控制模块201包括：第一数模转换器211、积分器221及取样模块231；

其中，第一数模转换器211分别与现场可编程门阵列102、积分器221电连接；第一数模转换器211用于现场可编程门阵列102输出的第一电信号转化为标准模拟信号；在装置的运行过程中，现场可编程门阵列102通过控制第一数模转换器211实时输出数模转换值的大小来控制输出射频高压的幅值大小；

取样模块231与积分器221及谐振升压模块204电连接；取样模块231用于采集谐振升压模块204射频高压输出的实时信号；在装置的运行过程中，取样模块231实时采集谐振升压模块204输出的高压，并按照一定比例实时输出一组模拟信号，该模拟信号即为上述实时信号；

积分器221分别与第一数模转换器211及取样模块231电连接；积分器221用于对比上述标准模拟信号及上述实时信号后产生积分控制信号后，调频放大模块202输出上述积分控制信号；在装置的运行过程中，积分器221部分主要作用是通过比较第一数模转换器211输出的模数转换值信号和取样模块231采集到的模拟信号，产生一组调整后的积分控制信号输送给调频放大模块202。

调频放大模块202包括：频率发生器212、调频电路222及射频功率放大器232；在本实施例中，频率发生器212为直接数字频率生成器212，直接数字频率生成器212的英文全称为directdigitalsynthesizer，英文简称为dds，现场可编程门阵列102控制直接数字式频率生器212产生dds频率信号，dds频率信号即谐振频率信号；

其中，频率发生器212分别与现场可编程门阵列102、调频电路222电连接；频率发生器212用于在现场可编程门阵列102的控制下产生谐振频率信号，并将谐振频率信号输出至调频电路222；

调频电路222分别与频率发生器212、积分器221及射频功率放大器232电连接；调频电路222用于接收频率发生器212产生的谐振频率信号及积分器221产生的积分控制信号，并对上述两种信号进行运算生成调频信号。

射频功率放大器232分别与调频电路222及谐振升压模块204电连接；射频功率放大器232用于接收调频电路222产生的调频信号，并放大此信号生成调频放大信号，上述调频放大信号用于驱动谐振升压模块204升压。

谐振升压模块204为谐振升压空心线圈，谐振升压空心线圈的初级线圈与射频功率放大器232相连接，次级线圈与质量分析器103电连接；谐振升压线圈在接收上述调频放大信号后，通过可变负载电容223及质量分析器103谐振产生射频高压输出。

在本实施例中，负载电容调节模块203包括：电机驱动模块213及可变负载电容223；其中，可变负载电容223与谐振升压空心线圈的次级线圈电连接，并与质量分析器103并联；可变负载电容223用于在电机驱动模块213的驱动下改变电容值，另外，在本实施例中，电机驱动模块213为步进电机，现场可编程门阵列102控制步进电机，从而控制使可变负载电容223输出不同的电容值。

如图4所示，为驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置的负载电容模块具体应用的简化电路图，其中，ac为调频放大信号，l1为谐振升压空心线圈的初级线圈，l2为谐振升压空心线圈的次级线圈，其中，l1及l2均绕制在空心骨架上，c1为可变负载电容223，即为步进电机驱动的可变电容，c2为质量分析器103，l2与c1,c2并联后的电容c在谐振频率f下产生谐振升压；通过同步控制改变f和c1,可使c2上获得一定范围内的频率可变且谐振输出的射频高压。根据lc串联谐振公式2πfc＝1/(2πfl)，f为谐振频率，c为谐振电容，l为谐振电感。一般而言，固定的负载c与谐振线圈l会获得固定的谐振频率f。想改变谐振频率f的可行性方法只有改变c或者l。本实施例通过实现同步改变c和谐振频率f,使射频电源始终在谐振频率，保证以最低的功耗来实现频率扫描。

在另一实施例中，可变负载电容223为电控磁棒；电控磁棒设置在谐振升压空心线圈的初级线圈及次级线圈之间，电控磁棒在电机的驱动下沿谐振升压空心线圈的初级线圈的轴线方向运动以远离或靠近谐振升压空心线圈；

如图5所示，图5为在另一实施例中驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置的具体应用的简化电路图，在另一实施例中的可变负载电容223为电控磁棒，ac为调频放大信号，l1为初级驱动线圈，l2为次级谐振线圈，c为质量分析器103，根据lc串联谐振公式2πfc＝1/(2πfl)，同步改变谐振电感l和谐振频率f也可以获得一定范围内的频率可变且谐振输出的射频高压。在可变负载电容为电控磁棒的实施例中，选择通过电机控制电控磁棒的位置来调整l2的电感l以及同步控制调整谐振频率f来实现选频谐振升压的目的，也能以最低的功耗来实现频率扫描。

本实用新型提供的一种驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置，其工作原理如下：通过实时控制可变负载电容的电容值，能够不断调整射频装置的谐振频率，使其能在选频升压过程中保持低功耗，从而拓宽质谱仪器的质量数的区间范围，并降低了运行过程中的功耗，使得质谱仪器的波形失真较小，弥补了线性差的缺点，通过上述技术方案及技术方案达到的技术效果，即加强了质谱仪器的性能，使得质谱仪器的分析效率显著提升。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本实用新型所提供的一种驱动质谱仪质量分析器的正弦波扫频高压射频装置的描述，对于本领域的技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。