[发明专利]一种内置真空传感器的便携式仪器分子泵

说明书

本发明提供了一种内置真空传感器的便携式仪器分子泵，包括涡轮分子泵、压力传感器、感应发电装置以及无线传输模块，压力传感器设置有多个，多个压力传感器设置在涡轮分子泵的腔室内侧；所述感应发电装置依靠涡轮分子泵内部的叶片转动的能量感应发电，感应发电装置为所述压力传感器供能；无线传输模块将压力传感器测定的数据传输至质谱仪控制主机。本发明可为便携式质谱仪提供所需的高真空度，支持质谱仪正常工作；实时监控质谱仪内部真空度数值，配合软件保证内部关键部件不会因真空度不足而故障损坏；本发明能实现自我供能；通过无线信号与质谱仪控制主机连接实现数据的传输，去除实体网线的连接，并进一步缩减装置体积。

技术领域

本发明涉及质谱仪便携化技术领域，具体地，涉及一种内置真空传感器的便携式仪器分子泵。

背景技术

质谱仪的工作原理是：用高能离子流轰击待测物质，将其裂解为带电粒子，在高真空度环境中不受干扰地运动，运动轨迹因粒子质量和电荷数比值的差异而不同，质量分析器根据差异分析出各带电粒子质荷比，反推出待测物质的成分。质谱仪因其鉴定未知物质化学成分和监测混合物中特定物质的功能，在质量检测、环境监控、化学分析等领域都已有广泛应用，且需求有增大趋势。

质谱仪可以通过检测空气、水样、土样中的特定成分进行环境监控，风险预估。例如测定水样中某种特定污染物的含量，农产品中的农药含量等。为了实时监控，质谱仪有时需要在特殊环境中现场工作。传统质谱仪体积庞大难以运送，为适应现场工作的需要，需进行小型化、便携化改造。

质谱仪必须在高真空环境下工作。离子源工作时在灯丝上施加高压，若真空度不足，高压会击穿真空腔内气体，从而放电损坏灯丝；离子源与分析器之间若存在一定数量的空气粒子，则会干扰待测物质粒子在仪器内的自由运动，影响检测结果；气体分子若进入质量分析器，会导致信号背景噪音过大，影响分析结果；高温状态下氧气会迅速氧化高压灯丝。综上，质谱仪工作时真空度不足，会导致分析结果偏差并损坏仪器，所以要保持其内部真空度，实时检测真空度数据，一旦真空度下降立刻停止工作。

一般质谱仪使用真空规测量内部真空度。在低压气体环境中，气体分子被电离产生的正离子数与气压成正比，真空规根据该原理测量低气体压强，并在外接显示屏上显示数值。真空规工作时需外接电源，且需与显示屏实体线路连接，因此一般安装在仪器外侧合适位置，如机械泵与质谱仪连接的波纹管接口处。

一般质谱仪在内部真空度达到10-5mbar时工作，能确保背景干扰较小以及仪器的安全。一般质谱仪使用的真空规适合测量103mbar～10-7mbar级别的真空度，高真空电离规可以测量更高级别的真空度(如低限至10-12mbar)。但高真空电离规工作时会输出较高强度的本底噪声电流，该电流的X射线和EID效应较大。且高真空度下测量微弱离子流的误差极大。综合考虑高真空度下的仪器性能与成本，一般不选择高真空电离规。

目前质谱仪常用真空规，例如mks皮拉尼规，其一种型号为mks-910，量程为103～10-6mbar，尺寸为480x 88x 280mm，体积较大，与波纹管配套安装在仪器外部。此外，真空规运作需要外接供电及传输信号线缆，这会进一步增大仪器体积。为缩减质谱仪体积，需要一种能缩小真空规尺寸及减少连线的方案。

真空规一般安装在连接机械泵与质谱仪的波纹管接口上。抽气过程中仪器真空腔中的气体沿波纹管朝机械泵方向移动，被抽离仪器内部，制造真空环境。质谱仪工作时真空腔内因有高压放电与带电粒子飞行过程，待测样本裂解出的气体带电粒子流会干扰真空规测量数值，真空规本身也会被污染。同时，真空规工作时也会发射电流，干扰自身工作。

因此，为满足质谱仪整体小型化、便携化的设计要求，实现实时监控腔室内真空度、确保仪器安全运行，防止故障与财产损失的功能，有必要发展出一种体积更小、可安装在腔室内部、能精准测量真空度、不影响仪器整体设计、自动化运作以及使用便捷的专用分子泵及配套真空测控系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种内置真空传感器的便携式仪器分子泵。