[发明专利]一种电场电位梯度发生装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电场电位梯度发生装置及其控制方法，在与电路控制系统相互配合下，离子流在电场中飞行，电路控制系统控制电位梯度电场过程。通过对引出离子的分析，达到对气体介质中的物质进行检测的目的。本发明可以作为离子源应用于精密分析仪器中。

背景技术

离子(电荷)迁移是基于气相中不同的气相离子在电场中迁移速度的差异来对化学离子物质进行表征的一项分析技术。离子流进入电位梯度场(即电场强度E，单位V/cm)中，就可以获得一恒定的速度(称之为迁移速度V_d,单位，cm/s)。离子的迁移速度(或迁移速率)V_d和电场强度E成正比，即V_d＝KE(K为离子迁移率系数，单位cm²/V·S)。因此，电场的产生和控制过程对于离子流的检测非常重要。它可以应用于毒品检测、炸药检测等公共安全领域。

发明内容

电荷可以在电场中运动，说明电荷受到了电场力的作用，电场力的大小可以由库仑定律计算得出。离子运动遵循库仑定律，高斯定理是库仑定律的微分形式。高斯定理表明，电场强度对任意封闭曲面的通量只取决于该封闭曲面内电荷的代数和，与闭曲面内电荷的分布情况无关，与闭曲面外电荷的分布情况也无关。安培环路定理表明，在静电场中电场强度沿任意闭合环路的积分为零。电位相等的点连成的面叫等位面，等位面内电场强度相等。电位梯度是电场法线方向的梯度。离子的迁移运动遵循上述原理，离子的迁移速度V_d＝KE说明离子的迁移速度和电场强度有关。若要获得恒定的离子迁移速度就应该有恒定的电场即匀强电场。而匀强电场E＝△U/d，△U为电荷两点间电位差，d为电荷沿两点间电力线距离。本发明的电场电位梯度发生装置包括电场电位梯度发生模块、离子发生系统以及信号处理系统，离子发生系统产生离子流；电场电位梯度发生模块由多个电场环片和多个绝缘环体组成，所述多个电场环片由结构完全相同的金属环片构成，因为电场环片内电位相等，因此可以构成等位面；所述多个绝缘环体由结构完全相同的绝缘材料构成，多个绝缘环体隔离多个电场环片，在两电场环片间施加等电位差△U，整个电场电位梯度发生模块产生均匀电场—匀强电场，离子流沿电场方向运动获得恒定速度，从而可以计算得出离子流的飞行时间，就可以分析出离子的种类，达到对气体介质中的物质进行检测的目的。本发明中的离子发生系统可采用放射源、电晕放电源、电喷雾源或光离子化源等，具有产生离子流的功能，在此不做特别限制，接口与本发明配合即可。信号处理系统采用精密分析仪器信号处理系统生成被检测物质的信息。

本发明电场电位梯度发生装置的控制方法，包括如下步骤：离子发生系统开启，产生离子流进入电场电位梯度发生模块；微处理器单元通过电场单元给每两个电场环片之间施加等电位差，使电场电位梯度发生模块产生均匀电场；离子流在均匀电场力的作用下沿电场方向运动进入信号处理系统。

本发明的有益效果是：可以分析出离子的种类，达到对气体介质中的物质进行检测的目的。本发明可以作为分析器应用于精密分析仪器中。

附图说明

图1为本发明电场电位梯度发生装置的外部结构示意图。

图1a为本发明中离子发生系统接口的结构示意图。

图1a1为本发明中A电场环片的结构示意图。

图1a2为本发明中A绝缘环体的结构示意图。

图1b1为本发明中B电场环片的结构示意图。

图1b2为本发明中B绝缘环体的结构示意图。

图1c1为本发明中C电场环片的结构示意图。

图1c2为本发明中C绝缘环体的结构示意图。

图1d1为本发明中D电场环片的结构示意图。

图1d2为本发明中D绝缘环体的结构示意图。

图1e1为本发明中E电场环片的结构示意图。

图1e2为本发明中E绝缘环体的结构示意图。

图1f1为本发明中F电场环片的结构示意图。

图1f2为本发明中F绝缘环体的结构示意图。

图1g1为本发明中G电场环片的结构示意图。

图1g2为本发明中G绝缘环体的结构示意图。

图1h1为本发明中H电场环片的结构示意图。

图1h2为本发明中H绝缘环体的结构示意图。

图1i1为本发明中I电场环片的结构示意图。

图1i2为本发明中I绝缘环体的结构示意图。

图1j1为本发明中J电场环片的结构示意图。