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專利名稱：數(shù)字離子阱的測控方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到用離子阱來對離子進行質譜分析的技術，尤其涉及數(shù)字離子 阱的測控方法和裝置。
背景技術：
傳統(tǒng)的四極場離子阱技術自五十年代以來，已有了很大發(fā)展，被廣泛地運
用在質譜分析儀器中。這方面的文獻和專利有很多被收錄在R.E. March and J. F. J. Todd編寫的"Practical Aspects of Ion Trap Mass Spectrometry"—書中。離子阱質譜的基本運用特點是用三維旋轉離子阱形成一個分析空間，在環(huán)電極上 加射頻正弦波電壓產(chǎn)生四極場禁錮離子，并在兩個端蓋之間加一個二極交變電 壓激發(fā)離子，有選擇地排出離子。
1999年，申請人丁力提出了用一組開關來驅動四極場進而實現(xiàn)質譜分析的
方法(WO 0129875A,PCT/GB00/03964)。在該方法中， 一對開關接在高電平和低 電平之間，交替分合，產(chǎn)生一個矩形波電壓輸出到三維旋轉離子阱的環(huán)電極上， 并進一步在兩個端蓋之間加一個二極交變電壓，使離子按質量大小有選擇性的 實現(xiàn)共振激發(fā)，達到質量掃描的目的。
二維直線離子阱自其商業(yè)化以來，因其大容量、高靈敏度的優(yōu)點，已被廣 大用戶接受，但是目前的二維直線離子阱普遍地采用正弦波作為驅動電壓。如 果將開關電源驅動的數(shù)字離子阱技術與二維直線離子阱結合起來將使分析性 能進一步提高。雖然專利文獻WO 0129875A也提到了在二維直線形離子阱上 施加數(shù)字電壓的方法，但是對如何從直線離子阱中引出離子并予以有效地檢 測，并沒有揭示。
雖然數(shù)字離子阱通過掃描頻率(周期)能夠用較小的電壓幅值來實現(xiàn)較大 質量的離子分析，也就是說在有限的固定電壓下，向上掃描周期可以掃出高 m/z的離子，但是低驅動電壓意味著低有效勢阱深度，從而降低分辨率，也會
影響做MS-MS時的碰撞能量，進而降低離解效率。所以高壓數(shù)字波是實現(xiàn)高 效數(shù)字離子阱的關鍵。而單個晶體管(或其他開關管)的耐壓有限，用一對晶 體管作為開關來切換不足以提供高壓驅動電壓。
眾所周知，驅動四極場的高頻高壓對探測器的信號竄擾經(jīng)常會影響儀器的
靈敏度。在二維直線離子阱的情況下， 一般在x與y軸電極上，要施加互為反 相的驅動電壓。如果離子是從x電極中的狹縫中出射，探測器必定安裝在x電 極一側。x電極中的高頻電壓就會很容易地竄入探測器的信號中，使輸出的離 子流信號中有很大的噪聲。雖然，在歐陽正等"Rectilinear Ion Trap: Concepts, Calculations, and Analytical Performance of a New Mass Analyzer" ( Anal. Chem. 2004， 76,4595-4605) —文中，把射頻驅動電壓只加在Y軸電極上，而在x電 極上只加一個很小的二極激發(fā)電壓，離子阱也能工作，但這種阱有一個很大的 高頻軸電位，沿軸向引入離子的效率會很低，只適合于內部EI離子源的工作 方式。如果在離子阱的x電極上也施加開關電壓，其中的高頻成分就會更容易 地竄入探測器電路中，使輸出的離子流信號中有很大的數(shù)碼噪聲，所以直線數(shù) 字離子阱還要解決一個降低數(shù)碼噪聲的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種數(shù)字離子阱的測控方法和裝置，以 產(chǎn)生高壓矩形驅動電壓。
本發(fā)明為解決上述技術問題而采用的技術方案是提出一種數(shù)字離子阱的 測控方法，包括產(chǎn)生數(shù)字信號；利用該數(shù)字信號控制高壓開關電路，該高壓 開關電路包含連接到高、低電壓源之間的兩組相互串聯(lián)的開關組，該兩開關組 受該數(shù)字信號控制而交替導通和斷開，使該高壓開關電路在一高電壓與一低電 壓之間切換以產(chǎn)生高壓矩形波；其中每一開關組包括多個串聯(lián)的開關，每一開 關組中的多個開關受該數(shù)字信號控制而同時導通和斷開。
在上述方法中，多個串聯(lián)的開關組成的開關組可以提供高壓矩形波輸出。 另外，本發(fā)明設計了適于對上述離子阱的離子流信號進行采樣的方式，即在離 子出射時獲取離子流信號，產(chǎn)生一與該數(shù)字信號有固定相差的采樣信號，以該 采樣信號控制離子流信號采樣的時刻，使之與該高壓矩形波的設定相位點同
步，并避開高壓開關電路干擾引起的尖脈沖位置。
另一方面，本發(fā)明提供一種數(shù)字離子阱的測控裝置，包括數(shù)字信號發(fā)生 器，用以產(chǎn)生數(shù)字信號；高壓開關電路，其包含連接到高、低電壓源之間的兩 組相互串聯(lián)的開關組，其中每一開關組包括多個串聯(lián)的開關，該多個開關受所 述數(shù)字信號控制而同時導通和斷開，使該兩開關組交替導通和斷開，進而使該 高壓開關電路在一高電壓與一低電壓之間切換以產(chǎn)生高壓矩形波。
本發(fā)明涉及的數(shù)字離子阱可以是三維離子阱，也可以是直線型二維離子阱。
綜上所述，本發(fā)明的數(shù)字離子阱的測控方法和裝置，提供了一套數(shù)字離子 阱的實現(xiàn)方案， 一方面，由數(shù)字信號控制的高壓開關來產(chǎn)生高壓矩形驅動電壓， 提高分辨率，另一方面，在檢測電路中用脈沖信號來限定取樣相位，以降低高 壓開關干擾。因此，可以使數(shù)字離子阱，尤其是二維直線離子阱的分析性能得 到提升。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發(fā) 明的具體實施方式
作詳細說明，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的數(shù)字離子阱質譜儀系統(tǒng)示意圖。 圖2是用于產(chǎn)生數(shù)字離子阱脈沖高壓的開關組的一個實施例。 圖3是用于產(chǎn)生數(shù)字離子阱脈沖高壓的開關組的另一實施例。 圖4是本發(fā)明高壓矩形波輸出和鎖相采樣電路示意圖。 圖5是圖4所示鎖相采樣電路的一種采樣時刻示意圖。 圖6是圖4所示鎖相采樣電路的另一種采樣時刻示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)參照上述示意圖說明本發(fā)明的實施方案。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的數(shù)字離子阱質譜儀系統(tǒng)示意圖。請參照圖 1所示，數(shù)字離子阱質譜儀包括置于大氣環(huán)境中的電噴霧離子源1、加熱毛細 管離子引入器2、真空室3、 15、離子透鏡系統(tǒng)4、直線形離子阱8 10和探測
器ll、以及開關電路12、采樣電路13及數(shù)字信號發(fā)生器14。離子經(jīng)毛細管2 引入第一級低真空室3后由離子透鏡系統(tǒng)4傳輸。離子透鏡系統(tǒng)包括兩部分 一是在第一級真空室3中的四極場陣列5， 二是在第二級真空室15中的四極透 鏡6。兩真空室3、 15由錐孔7隔開。離子依次穿過四極場陣列5、錐孔7、透 鏡6，最后進入分析室16。在分析室16中，直線離子阱分為三段，三段橫截 面相同，前段8、后段9與中間段10的直流電位不同。圖l所示的離子阱采用 雙曲柱面的四電極(分為2對，x, y方向各1對)結構，此外z軸為直線離子 阱的延伸方向(即軸向)。前段8、后段9上的高頻交變電壓通過電容耦合從 中間段10引過來。前段8和后段9的作用是在軸向(即z方向)限制離子從兩 端跑出。在另一個實施例中，前段8、后段9也可以簡化為具有兩個固定電位 的端蓋。在又一個實施例中，前段8、中段10和后段9全部由絕緣或半導體材 料基片上的印刷電路構成。在引入正離子的時候，前段8上的電位先降低，而 后段9上的直流電壓要比中段10軸上電位高，以阻擋離子穿場而過。當離子 進入直線離子阱以后，前段8上的電位恢復高電位，這樣離子就被囚禁在直線 離子阱的中間段10中了。當然在離子引入及引入之后一段時間，離子要與阱 內的氣體分子("10'1 Pa)互相碰撞，使其動能下降，進而冷卻、聚焦成靠近 中軸的一段線狀離子云。
下面說明用以控制和測量上述離子阱的測控裝置。
本發(fā)明的一種數(shù)字離子阱的測控裝置，包括數(shù)字信號發(fā)生器14及高壓開 關電路12。數(shù)字信號發(fā)生器14用以產(chǎn)生數(shù)字信號，在一個方面，數(shù)字信號作 為高壓開關電路的控制信號。用于輸出一相驅動電壓的每一高壓開關電路12 包括連接到高、低電壓源之間的兩組相互串聯(lián)的開關組，其中每一開關組包括 多個串聯(lián)的開關，該多個開關受所述數(shù)字信號控制而同時導通和斷開，使該兩 開關組交替導通和斷開，進而使該高壓開關電路在一高電壓與一低電壓之間切 換以產(chǎn)生高壓矩形波。這些由多個開關串聯(lián)而成的開關組，能夠承受更大的電 壓，因此使高壓開關電路輸出的驅動電壓幅值顯著提升。
在圖1中，在直線離子阱的x,y方向的兩對電極上的驅動電壓是由兩個高 壓開關電路121、 122產(chǎn)生的。請參閱圖2所示，上述兩對電極分別為電極21 24，其中電極21、 22分別表示x方向電極(即第一方向電極)，其上具有離
子引出槽25，供離子受激發(fā)而出射。激發(fā)電壓由交變電源211提供，交變電源 211是經(jīng)過變壓器29耦合到兩個x方向電極21、 22之間。
第一開關電路121由上開關組和下開關組串聯(lián)構成，其一端接在高電平 十HV上，另一端接在低電平-HV上，中間點35為開關電壓輸出端，接到變壓 器29的次級繞組292的中心抽頭上，由于供給x電極21、 22的電流在次級292 中產(chǎn)生的磁通互相抵消，從中間結點35輸出的電壓雖需通過次級繞組292，仍 可基本無衰減地加到電極21和22之上。在一個實施例中，上開關組包括兩開 關12U，下開關組包括兩開關1212。
第二開關電路122也由上開關組和下開關組串聯(lián)構成，其一端接在高電平 +11丫上，另一端接在低電平-HV上，中間點35為開關電壓輸出端，連接到兩 個y向電極23、 24上。在一個實施例中，上開關組包括兩開關1221，下開關 組包括兩開關1222。
圖2中的每個開關元件都可由一個MOS開關管構成，其中MOS管的驅動 方式可用圖4所示的電路實現(xiàn)。為簡明起見，圖4中只顯示了一個高壓開關電 路121。數(shù)字控制信號發(fā)生器14，產(chǎn)生兩路異相的時序脈沖數(shù)字信號Ckl、Ck2， 分別送到驅動電路42和43。驅動電路42輸出的高頻低壓脈沖通過各隔離變壓 器441送至各MOS晶體管46。當然在隔離變壓器441的輸出端到MOS管柵 極之間可分別設置波形整形或電平保持器件45，以使晶體管柵極上的開通與關 閉電平在一定掃描頻率范圍都能穩(wěn)定。如圖4所示，上開關組和下開關組各使 用了兩個MOS開關管46或47，以使開關鏈能承受的電壓比使用單個MOS管 時要高。當然為了承受更高的電壓，也可使用更多的MOS管，形成更長的開 關鏈。此外，在開關鏈上還可串聯(lián)一些低阻值的電阻48、 49，它們起到限制 MOS管開啟電流的作用，也承擔了部分MOS管的功耗。在本發(fā)明的實施例中， 這些電阻48、 49采用散熱性能良好的電阻器，比如大功率平面陶瓷電阻器。
數(shù)字信號發(fā)生器14送出的兩路數(shù)字信號Ckl、 Ck2，送達MOS管之后要 保證上開關組中的晶體管46與下開關組中的晶體管47交替分合。舉例來說， 每一組高壓開關中每個MOS晶體管(如晶體管46)都受數(shù)字信號Ckl控制而 同時導通和斷開，而另一組高壓開關中的每個MOS晶體管(如晶體管47)必 須在前一組高壓開關中的晶體管(如晶體管46)斷開時才受數(shù)字信號Ck2控制
而全部導通，且在前一組高壓開關中的晶體管(如晶體管46)閉合前受數(shù)字信
號Ck2控制而全部斷開。這可以通過調整數(shù)字信號Ckl、 Ck2的上升沿與下降 沿之間的延時容易地實現(xiàn)。圖4所示的開關電路121是提供至x方向電極的驅 動電壓的，而提供y方向電極的驅動電壓的開關電路122的控制信號Ck3、Ck4 也將由數(shù)字信號發(fā)生器14提供。控制信號Ck3是控制第二開關電路122上開 關組的信號，它與第一開關電路121的下開關組開關的控制信號Ck2同相位， 因此可以共享。同樣，控制信號Ck4是控制第二開關電路122下開關組的信號， 它與第一開關電路121的上開關組開關的控制信號Ckl同相位，可以共享。如 此控制開關組，則x電極上的電壓將與y電極上的電壓極性正好相反。
在一個實施例中，數(shù)字信號Ckl Ck4是在數(shù)字信號發(fā)生器14中由一基本 時鐘信號CLK經(jīng)過分頻、延時等處理而產(chǎn)生的。
回到圖2所示，如果第一、第二開關電路121、 122中的兩個高壓電源HV 的電壓絕對值正好相同，則直線離子阱的場軸點O的交流電位為零，因此相比 現(xiàn)有技術中具有很大的高頻軸電位的離子阱，采用本發(fā)明的測控裝置，將使沿 軸向引入離子的效率提高。
從簡化電源的角度出發(fā)，第一、第二開關電路121、 122兩端的高壓電源 HV中的一個可改為接地，這種連接方法如圖3所示。由于開關電路的輸出端 交替地聯(lián)通到零電位與正高壓之間，輸出的矩形波比圖2的實施例多了一個正 偏置，大小為HV/2。相應地，場軸電位也一樣的正偏置，所以，與其相連的引 入透鏡6和探測器11 (圖l)也要正偏，以保證離子能有效地引入和引出。
下面描述本裝置中降低高壓干擾的方法。
在直線離子阱的x-y電極對上加矩形脈沖電壓，勢必對探測器電路11產(chǎn)生 較大的干擾。 一般地探測器11被置于x電極之外(如圖1所示)，受x電極 的驅動電壓干擾較大。圖5給出了從矩形脈沖驅動電壓51竄到探測器引線上 的干擾信號波形，這種波形一般呈現(xiàn)為在驅動電壓的上升/下降沿處的快速尖脈 沖52，以及其后一段時間的抖動。在質量掃描時，如果采用固定采樣率對探測 器的輸出信號進行采樣模-數(shù)轉換，那么尖脈沖信號52的頻率隨掃描不斷變化， 尖脈沖的頂和底總有機會被采到，在質譜中呈現(xiàn)很大的"噪聲"，但是如果采 用與矩形波驅動電壓的特定相位點同步的鎖相采樣模式(變頻采樣)，就有可 能找到一個較平坦的相位，正如圖5中箭頭59所指，只要控制采樣延時d，使
相位點與矩形波驅動電壓的上升沿和下降沿錯開，就能保證不采到信號中跳躍 的時段，避免了 "數(shù)字型"竄擾噪聲。
請回到圖4所示，采樣電路13—方面經(jīng)運放410接收探測器11的連續(xù)的 離子流信號，另一方面接收來自數(shù)字信號發(fā)生器14的采樣信號Syn，該采樣信 號Syn可由基本時鐘信號CLK產(chǎn)生，因此采樣信號Syn與數(shù)字信號Ckl Ck4 將存在固定相差，而且它們頻率之比為整數(shù)，此外，此固定相位差可被調整。
在一個實施例中，采樣信號Syn被設置成與數(shù)字信號Ckl Ck4頻率相等 并且相位差恒定。由于矩形波驅動電壓同樣由數(shù)字信號控制，因此采樣信號Syn 可以與矩形波驅動電壓保持同步并與其下降沿53具有恒定的延時d，因此得以 在圖5所示的采樣時刻對離子流信號進行采樣，避開尖脈沖52、 54。
結合參考圖4和圖6，在實際應用中，我們可能在采樣電路13對離子流信 號采樣前用低通濾波器(圖未示)先進行濾波，經(jīng)濾波后的信號63中竄擾尖 脈沖有可能變得較圓滑，有如圖6中下部的波形。在此情形下，可由數(shù)字信號 發(fā)生器14產(chǎn)生采樣信號Syn 61，采樣信號Syn 61的頻率被設置為數(shù)字信號 Ckl Ck4的兩倍且相位差恒定，因此在每個驅動電壓62的周期中，可提供兩 個在相位上差180°的觸發(fā)脈沖，使得采樣發(fā)生在驅動電壓上升沿和下降沿后的 一個特定的延時點上，也就是說，在干擾波63的基頻的兩個反相點64、 65上， 如圖6所示。在模-數(shù)轉換之后，以平均值計算單元411將上述兩次采樣值加以 平均，可以最大程度的消除噪聲。需要說明的是，低通濾波器并不限定由單獨 的器件實現(xiàn)，某些具有一定帶寬的器件，如運放410即實現(xiàn)了低通濾波的功能。
當然，如果采樣速度足夠快，也可以在每一驅動電壓周期內更多的均勻分 布的相位點上采樣，即采樣信號Syn的頻率被設置為數(shù)字信號Ckl Ck4的N 倍，在每個高壓矩形波周期中控制離子流信號采樣N次，相位間隔為360/N度， 然后取其平均值，其中N為大于2的整數(shù)。
值得指出的是，雖然上面以二維直線離子阱為例描述這種降低高壓干擾的 方法，然而這種方法同樣可以在三維四極離子阱中應用。
此外，本發(fā)明所提出的一種數(shù)字離子阱的測控方法，用以產(chǎn)生提供給離子 阱的至少一相高壓矩形波驅動電壓，包括以下步驟
產(chǎn)生數(shù)字信號Ck，例如以圖4所示的數(shù)字信號發(fā)生器14產(chǎn)生時序脈沖； 利用數(shù)字信號Ck控制高壓開關電路，其中該高壓開關電路包含連接到高、 低電壓源之間的兩組相互串聯(lián)的開關組，該兩開關組交替導通和斷開，使該高 壓開關電路在一高電壓與一低電壓之間切換以產(chǎn)生高壓矩形波；其中每一開關 組包括多個串聯(lián)的開關，每一開關組中的多個開關受數(shù)字信號Ck控制而同時 導通和斷開。
舉例來說，數(shù)字信號發(fā)生器14產(chǎn)生數(shù)字信號Ckl、 Ck2，經(jīng)驅動電路42、 43、隔離變壓器441、 442后，再經(jīng)電平保持，然后驅動各晶體管46、 47組成 的開關電路，使之交替在正電壓+HV與負電壓-HV之間切換，從而產(chǎn)生一高頻 矩形波。
在一個實施例中，上述方法可用于驅動如圖2所示的直線離子阱，其中通 過數(shù)字信號控制兩個高壓開關電路，以分別產(chǎn)生提供給離子阱的x電極對和y 電極對的兩相高壓矩形波，并且此兩相高壓矩形波反相。此驅動過程的其他細 節(jié)已描述于前文，在此不再贅述。此外，在理解了本發(fā)明的精神之后，本領域 技術人員可輕易將上述方法用于驅動一三維四極旋轉離子阱，其中通過數(shù)字信 號控制一個高壓開關電路，以產(chǎn)生提供給離子阱的環(huán)電極的高壓矩形波。
上述的數(shù)字離子阱的測控方法，還包括在離子掃描引出時以探測器11采 樣離子流信號，其中根據(jù)數(shù)字信號Ck產(chǎn)生一采樣信號Syn，以控制離子流信號 采樣的時刻。由于矩形波驅動電壓同樣由數(shù)字信號Ck控制，因此采樣信號Syn 可以與矩形波驅動電壓保持同步。而釆樣信號Syn所確定的采樣時刻會與高壓 矩形波的設定相位點同步。該高壓矩形波的設定相位點與上升沿和下降沿錯 開，以使采樣時刻避開圖5所示的尖脈沖52、 54。
此外，如果離子流信號采樣的方法包括先對離子流信號進行低通濾波，那 么在采樣過程中，可以通過采樣信號在每一高壓矩形波周期中控制離子流信號 采樣N次，相位間隔為360/N度，其中N為大于1的正整數(shù)，然后取其平均 值。舉例來說，如圖6所示，可以通過采樣信號在每一高壓矩形波周期中控制 離子流信號采樣2次，其中2次采樣發(fā)生的相位差為180度。由于2次采樣所 得的信號相反，因此取平均值后可以抵消每次采樣可能造成的干擾。
綜上所述，本發(fā)明的數(shù)字離子阱的測控方法和裝置，提供了一套數(shù)字離子
阱的實現(xiàn)方案， 一方面，由數(shù)字信號控制的高壓開關來產(chǎn)生高壓矩形驅動電壓， 提高分辨率，另一方面，在檢測電路中用同步脈沖信號來限定取樣相位，以降 低高壓開關干擾。因此，可以使數(shù)字離子阱，尤其是二維直線離子阱的分析性 能得到提升。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本 領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的修改和完善， 因此本發(fā)明的保護范圍當以權利要求書所界定的為準。
權利要求
1.一種數(shù)字離子阱的測控方法，用以產(chǎn)生提供給離子阱的至少一相高壓矩形波驅動電壓，其特征在于，所述方法包括產(chǎn)生數(shù)字信號；利用該數(shù)字信號控制高壓開關電路，該高壓開關電路包含連接到高、低電壓源之間的兩組相互串聯(lián)的開關組，該兩開關組受該數(shù)字信號控制而交替導通和斷開，使該高壓開關電路在一高電壓與一低電壓之間切換以產(chǎn)生高壓矩形波；其中每一開關組包括多個串聯(lián)的開關，每一開關組中的多個開關受該數(shù)字信號控制而同時導通和斷開。
2、 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字離子阱的測控方法，其特征在于，每一開 關組的每一開關是由MOS場效應晶體管構成。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的數(shù)字離子阱的測控方法，其特征在于，該 數(shù)字信號是經(jīng)由隔離變壓器耦合至高壓開關電路中的每一開關。
4、 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字離子阱的測控方法，其特征在于，該離子 阱為直線離子阱，其包含第一方向電極對和第二方向電極對，其中第一方向與 第二方向垂直，第一方向電極對中至少有一個電極上有離子引出槽，該高壓開 關電路設有兩個，分別產(chǎn)生提供給離子阱的第一方向電極對和第二方向電極對 的兩相高壓矩形波，并且驅動第一方向電極對的第一高壓矩形波與驅動第二方 向電極對的第二高壓矩形波反相。
5、 根據(jù)權利要求1或4所述的數(shù)字離子阱的測控方法，其特征在于，該高壓開關電路所連接的高、低電壓源之一為零電壓。
6、 根據(jù)權利要求1或4所述的數(shù)字離子阱的測控方法，其特征在于，該 高壓開關電路所連接的高、低電壓源分別為正電壓源和負電壓源，且二者的電 壓絕對值相近。
7、 根據(jù)權利要求4所述的數(shù)字離子阱的測控方法，其特征在于，還包括 提供一激發(fā)電壓至所述第一方向電極對之間，使該離子阱中的離子受激發(fā)出 射。
8、 根據(jù)權利要求1或4所述的數(shù)字離子阱的測控方法，其特征在于，還 包括在離子出射時獲取離子流信號；產(chǎn)生一與該數(shù)字信號有固定相差的采樣信號，以該采樣信號控制離子流信 號采樣的時刻，使之與該高壓矩形波的設定相位點同步。
9、 根據(jù)權利要求8所述的數(shù)字離子阱的測控方法，其特征在于，該采樣 信號在每一高壓矩形波周期中控制離子流信號采樣1次，且該高壓矩形波的設 定相位點與該高壓矩形波上升沿和下降沿錯開。
10、 根據(jù)權利要求1或4所述的數(shù)字離子阱的測控方法，其特征在于， 還包括在離子出射時獲取離子流信號；產(chǎn)生一與該數(shù)字信號有固定相差的采樣信號，該采樣信號在每一高壓矩形 波周期中控制離子流信號采樣N次，相位間隔為360/N度，N為大于1的正整 數(shù)；計算該N次采樣的平均值。
11、 一種數(shù)字離子阱的測控裝置，用以產(chǎn)生提供給離子阱的至少一相高 壓矩形波驅動電壓，其特征在于，所述裝置包括-數(shù)字信號發(fā)生器，用以產(chǎn)生數(shù)字信號；高壓開關電路，其包含連接到高、低電壓源之間的兩組相互串聯(lián)的開關組， 其中每一開關組包括多個串聯(lián)的開關，該多個開關受所述數(shù)字信號控制而同時 導通和斷開，使該兩開關組交替導通和斷開，進而使該高壓開關電路在一高電 壓與一低電壓之間切換以產(chǎn)生高壓矩形波。
12、 根據(jù)權利要求ll所述的數(shù)字離子阱的測控裝置，其特征在于，該每 一開關組的每一開關是由MOS場效應晶體管構成。
13、 根據(jù)權利要求11或12所述的數(shù)字離子阱的測控裝置，其特征在于， 還包含隔離變壓器，用以耦接該數(shù)字信號至高壓開關電路中的每一開關。
14、 根據(jù)權利要求ll所述的數(shù)字離子阱的測控裝置，其特征在于，該離 子阱為直線離子阱，其包含第一方向電極對和第二方向電極對，其中第一方向 與第二方向垂直，第一方向電極對中至少有一個電極上具有離子引出槽，該高 壓開關電路設有兩個，分別產(chǎn)生提供給離子阱的第一方向電極對和第二方向電極對的兩相高壓矩形波，并且驅動第一方向電極對的第一高壓矩形波與驅動第 二方向電極對的第二高壓矩形波反相。
15、 根據(jù)權利要求14所述的數(shù)字離子阱的測控裝置，其特征在于，還包括一變壓器，其耦接一激發(fā)電壓至該第一方向電極對之間，使離子阱中的離子 受激發(fā)出射。
16、 根據(jù)權利要求11或14所述的數(shù)字離子阱的測控裝置，其特征在于， 該高壓開關電路所連接的高、低電壓源之一為零電壓。
17、 根據(jù)權利要求11或14所述的數(shù)字離子阱的測控裝置，其特征在于， 該高壓開關電路所連接的高、低電壓源分別為正電壓源和負電壓源，且二者的 電壓絕對值相近。
18、 根據(jù)權利要求11或14所述的數(shù)字離子阱的測控裝置，其特征在于， 還包括一探測器，用以在離子出射時獲取離子流信號；一釆樣電路，連接至該探測器和該數(shù)字信號發(fā)生器，該采樣電路自該探測 器接收該離子流信號，并自該數(shù)字信號發(fā)生器接收與所述數(shù)字信號有固定相差 的采樣信號，且以該采樣信號控制對該離子流信號采樣的時刻，使之與所述高 壓矩形波的設定相位點同步。
19、 根據(jù)權利要求18所述的數(shù)字離子阱的測控裝置，其特征在于，該采 樣信號在每一高壓矩形波周期中控制離子流信號采樣1次，且該高壓矩形波的 設定相位點與上升沿和下降沿錯開。
20、 根據(jù)權利要求11或14所述的數(shù)字離子阱的測控裝置，其特征在于，還包括一探測器，用以在離子出射時獲取離子流信號；一采樣電路，連接至該探測器和該數(shù)字信號發(fā)生器，該采樣電路自該探測 器接收該離子流信號，并自該數(shù)字信號發(fā)生器接收與所述數(shù)字信號有固定相差 的采樣信號，該采樣信號在每一高壓矩形波周期中控制離子流信號采樣N次， 相位間隔為360/N度，N為大于1的正整數(shù)；一平均值計算單元，計算該N次采樣的平均值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種數(shù)字離子阱的測控方法和裝置，用以產(chǎn)生提供給離子阱的至少一相高壓矩形波驅動電壓，所述方法包括產(chǎn)生數(shù)字信號；利用該數(shù)字信號控制高壓開關電路，該高壓開關電路包含連接到高、低電壓源之間的兩組相互串聯(lián)的開關組，該兩開關組受該數(shù)字信號控制而交替導通和斷開，使該高壓開關電路在一高電壓與一低電壓之間切換以產(chǎn)生高壓矩形波；其中每一開關組包括多個串聯(lián)的開關，每一開關組中的多個開關受該數(shù)字信號控制而同時導通和斷開。本方法和裝置可用于二維直線離子阱和三維旋轉離子阱中，以提高其分辨率，并降低高壓干擾。
文檔編號G01N27/62GK101373695SQ200710045190
公開日2009年2月25日 申請日期2007年8月23日 優(yōu)先權日2007年8月23日
發(fā)明者力 丁 申請人:島津分析技術研發(fā)(上海)有限公司