[发明专利]射频电源自动调谐装置和方法

说明书

本发明提供了一种射频电源自动调谐装置和方法，包括：微控制器单元(3)、频率发生单元(4)、幅度发生单元(5)，电压采集单元(6)；通过对输出频率步进变化的方式，对射频电源进行频率控制，并采集调谐电压；将调谐电压反向变动前的输出频率认为是谐振频率。本发明实现了通过频率对射频电源进行自动调谐，与传统的电容及电感调谐方式相比更方便，并且所使用的对谐振点的判断依据比传统输入电流判断依据更为准确。

技术领域

本发明涉及质谱仪射频电源，具体地，涉及射频电源自动调谐装置和方法。

背景技术

射频电源是质谱仪的核心部件之一，它用于产生射频高压电场，驱动离子在质谱仪的质量分析器内规律运动。质谱仪整机性能的优劣很大程度上取决于射频电源的电压与频率等参数。射频电源产生射频高压是基于LC谐振技术，射频电源工作状态越接近LC的谐振点，射频电源产生的高压幅值越大，功耗越小。因此，射频电源调谐是使射频电源工作在最佳状态达到高性能的一项重要调节过程。

传统的射频电源主要通过调节电感参数或者调节电容参数来进行调谐，并通过射频电源的输入电流来判断谐振点。通过电感调节谐振点的方法，一般是在两个次级线圈内部插入两个相同磁导率的介质，并通过调节两个介质在线圈内的位置来改变电感参数，从而达到调谐的目的。这种调谐方式的弊端在于，难以保证两个次级线圈的电感量相等，从而无法保证两路输出电压幅度的一致性。通过电容调节谐振点的方法一般是在射频电源次级线圈的两个输出端并联一个微调的空气电容，通过调节该微调电容的容值来改变负载电容，从而达到调谐的目的。这个调谐方式的弊端在于，需要并联的微调电容一般为几十皮法大小，且对电容的耐压要求为几千伏以上。这种高耐压的微调电容一般都为空气介质，体积较大，不易购买，难以在小型化的射频电源或便携式的质谱仪中来实现。

上述两种调谐方式对于谐振点的判断依据主要是看输入电流，在调谐过程中输入电路最小时即为谐振点，这种判断的依据存在一定的弊端，主要原因是：一、输入电流的大小不完全取决于谐振点的位置，射频电源中其他部分电路在不同的工作状态下也会引起电流的变化。二、射频电源在谐振点附近时，电流的变化并不明显，对于谐振点的判断存在一定的误差。且上述两种调谐方式都需要依靠手动来调节，较为不便。

专利文献CN107706083B公开了一种信号发生器辅助射频电源调谐方法，其目的在于利用信号发生器频率扫描方式，找到谐振频率后推算射频电源的电感，以协助后续射频电源通过电感调谐，而并非实现真正意义上的射频电源频率调谐用途。

专利文献CN105591528A公开了一种用于四极杆质谱仪的射频电源，其与传统的用空气可调电容进行调谐的射频电源相比，其射频电源采用频率调谐匹配。但是其没有给出如何寻找到调谐频率的具体方案。

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射频电源自动调谐装置和方法。

根据本发明提供的一种射频电源自动调谐装置，包括：微控制器单元3、频率发生单元4、幅度发生单元5，电压采集单元6；

微控制器单元3根据调谐电压，分别产生控制信号给频率发生单元4、幅度发生单元5、电压采集单元6；

频率发生单元4根据控制信号，输出设定频率的方波信号输出至射频电源7；

幅度发生单元5根据控制信号，得到设定幅度的直流电压信号，并调理至适合射频电源7输入的电压范围内；

电压采集单元6根据控制信号，将射频电源7的调谐电压发送给微控制器单元3。

优选地，初始时，微控制器单元3根据来自上位机1的预设值的频率和幅度信号，通过控制信号向频率发生单元4、幅度发生单元5分别指示预设频率、预设幅度。

优选地，频率发生单元4根据设定的步长对预设频率进行自动增加；电压采集单元6在频率发生单元4增加频率后进行调谐电压采集；