一種緊湊型帶電粒子探測器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種緊湊型帶電粒子探測器，可以實現真空系統(tǒng)中帶正/負電荷的粒子的探測，屬于帶電粒子探測技術領域。
【背景技術】
[0002]飛行時間質譜作為一種重要的分析手段，在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學診斷、藥物合成研發(fā)、半導體制造業(yè)以及食品安全等方方面面均發(fā)揮著重要的作用。飛行時間質譜作為質譜儀的一種，其基本原理仍然是根據待分析物的質量來確定待分析物的成份，相對含量，有的還可以給出化合物的結構分析。具體而言，首先將待分析物進行離子化，而后利用荷質比將待分析物進行分離，從而確定待分析物的成份以及相對含量。飛行時間質譜的特點在于利用待分析物成份離子的飛行時間不同來實現對待分析物的定量或者定性分析。首先待分析物成份離子在飛行時間質譜儀中被電場加速，從而獲取等同的動能。而對于不同荷質比的離子而言，其由于此相同動能而獲得的速度會不同。上述不同荷質比的離子經過一段無場的自由飛行區(qū)域之后，便會在時間上分離開來。最終，最輕的離子便會首先到達探測器。以時間為坐標，則可以依次獲得離子的成份信息，以及其相應的強度。
[0003]飛行時間質譜具有結構相對簡單、性價比高、并且可以分析的樣品質量理論上可以達到無線大的范圍。特別的，飛行時間質譜在每一次對電離事件的測量中可以同時將該電離事件中的所有的不同荷質比的質譜峰同時獲取，因而使其在分析較大荷質比的有機分子時具有極高的靈敏度，而這是傳統(tǒng)的磁場質譜等所無法比擬的。飛行時間質譜主要包括離子源，加速電極組，無場飛行區(qū)和探測器等主要部分。隨著分析市場的快速發(fā)展，尤其是飛行時間質譜在地質診斷、公共衛(wèi)生以及火災監(jiān)測等需要實時現場監(jiān)測等行業(yè)的應用，便攜易用的飛行時間質譜成為飛行時間質譜發(fā)展的一個主要方向。為了使飛行時間質譜做到高分辨并且實現便攜式，對于儀器的尺寸、重量以及功耗方面均需要作出非常之大的改進。隨著對離子在質譜儀中飛行時間路徑的改進并且縮短至5厘米之下，低成本的真空系統(tǒng)才得以得到真正的實現。正是基于上述技術的發(fā)展，使得微型飛行時間質譜的研制成為可能。遺憾的是傳統(tǒng)的帶電粒子探測器目前還很難實現微型化設計。
[0004]目前，飛行時間質譜的探測器主要包括法拉第杯、離散打拿極倍增器、單通道電子倍增器和微通道板探測器。其中，法拉第杯具有很好的線性，卻對信號不具有放大的能力。離散打拿極倍增器體積較大，無法實現微型化。單通道電子倍增器具有緊湊、高捕獲率等特點，但是，當真空環(huán)境高于10-4托時噪聲的影響變得非常明顯。微通道板探測器高信噪比、高靈敏度、可以實現微型化設計等優(yōu)點成為當今微型帶電粒子探測器設計的首要考慮探測器。微通道板探測器具有很好的時間分辨特性，但是緊湊型的基于微通道板探測器的設計仍然面臨諸多問題，除了微型化的設計方面，另外一個重要的問題在于經過微通道板探測器如何獲得完美的質譜信號譜峰，因為在信號采集與傳輸過程中很容易出現阻抗不匹配而導致質譜譜峰信號的失真。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明是鑒于以上的事實而做出的，其目的在于提供一種緊湊型帶電粒子探測器。
[0006]一種緊湊型帶電粒子探測器，包括屏蔽電極、微通道板組、電子收集極、電子收集極屏蔽筒、電路分壓系統(tǒng)以及裝配法蘭。其中，屏蔽電極、微通道板組、電子收集極、電子收集極屏蔽筒依次平行并且同軸的裝配在裝配法蘭上。
[0007](a)屏蔽電極用于屏蔽施加在探測器一側的電場對所要進行探測的離子在飛行過程中的時間所帶來的影響；
[0008](b)微通道板組起到對所要探測的離子信號進行放大的作用；
[0009](c)電子收集極和電子收集極屏蔽筒用于接收經過微通道板組放大后的電子信號并轉化為可以直接測量的電子信號輸出給外界采集系統(tǒng)；
[0010](d)電路分壓系統(tǒng)為微通道板組和各級電極提供可供工作的電壓；
[0011](e)裝配法蘭為一可裝配在質譜儀裝置的用于承載屏蔽電極、微通道板組、電子收集極、電子收集極屏蔽筒和電路分壓系統(tǒng)的經過改造的標準法蘭。
[0012]本發(fā)明的上述任一技術方案，屏蔽電極位于質譜儀內離子無場飛行區(qū)域的末端，并且電極端面與飛行方向垂直放置。屏蔽電極為一中間為金屬柵網的圓形電極，金屬柵網材質為金、鎳、銀、銅等金屬導體材料，離子透過率10%至99%。屏蔽電極半徑尺寸為5毫米至200毫米。
[0013]本發(fā)明的上述任一技術方案，微通道板組包括兩片重疊的微通道板和兩片固定微通道板的圓環(huán)電極。微通道板平面平行于屏蔽電極，并且與屏蔽電極同軸放置。兩片微通道板重疊且調整軸向方向使微通道板內部的微通道呈現對立方向排列，從而使離子信號經過微通道板組后獲得的增益達到最大。
[0014]上述的圓環(huán)電極材料可以是不銹鋼、銅或鋁等導電金屬材料。
[0015]本發(fā)明的上述任一技術方案，電子收集極與電子收集極屏蔽筒屬于同軸結構設計，電子收集極為一錐形體結構，其平面平行于微通道板組的平面并且與微通道板組同軸裝配，用于收集經過微通道板組放大后的信號；
[0016]上述電子收集極所采用的錐形體設計為一含有中心支撐軸的中空型錐形體，錐形體外部的立體角度大小10度至150度，中間空出部分的立體角度大小為10度至150度。上述中心支承軸垂直于錐形體平面并且用于連接錐形體平面與錐形體錐頂；
[0017]上述錐形體錐頂固定在焊接在裝配法蘭的同軸信號接頭上，電子收集極屏蔽筒與電子收集極形成50歐姆的匹配電阻，用于獲取高質量的質譜信號峰值。
[0018]本發(fā)明的上述任一技術方案，電路分壓系統(tǒng)包括三個高壓電阻，耐壓范圍均需要大于2400伏特，阻值大小在200歐姆至20兆歐姆；
[0019]上述三個高壓電阻中用于接收外界的高壓，電阻I直接連接在外界高壓上，電阻2與電阻I串聯(lián)并且以并聯(lián)的方式連接在微通道板組的固定電極板上，為微通道板組提供合適的工作電壓。電阻3與電阻I和電阻2串聯(lián)并且輸出端與屏蔽電極相連，并且接地。
[0020]本發(fā)明的上述任一技術方案，裝配法蘭為一標準法蘭或者自制的非標準法蘭；
[0021]所述自制的非標準法蘭構成的裝配法蘭材料為不銹鋼材料，直徑為5至300毫米，厚度為3-30毫米；
[0022]上述裝配法蘭將屏蔽電極、微通道板組、電子收集極、電子收集極屏蔽筒同軸并且相互絕緣的固定在該裝配法蘭的用于連接與質譜儀方向的一側；
[0023]上述裝配法蘭在中心軸向焊接有同軸信號接頭，該同軸信號接頭用于輸出電子收集極輸出的電子信號；
[0024]上述裝配法蘭在側面有高壓接頭貫穿于法蘭，該高壓接頭用于連接外界施加在所述緊湊型帶電粒子探測器上的高壓。在裝配法蘭內部，高壓接頭與電路分壓系統(tǒng)串聯(lián)。
[0025]本發(fā)明涉及的緊湊型帶電粒子探測器，結構簡單、構型緊湊，可以根據需要實現微型化。該緊湊型帶電粒子探測器在擁有高靈敏度的同時，可以對探測到的高速信號進行非常高質量的阻抗匹配輸出從而為設計微型化高靈敏度的質譜儀提供高質量的硬件支持。
【附圖說明】
[0026]圖1本發(fā)明緊湊型帶電粒子探測器的原理側視圖；
[0027]圖2本發(fā)明實施例二氧化氮激光電離質譜圖；
[0028]圖3本發(fā)明實施例激光濺射金屬靶材質譜圖。
[0029]其中，1-屏蔽電極；2_微通道板組；3_電子收集極；4_電子收集極屏蔽筒；5-電路分壓系統(tǒng)；6-裝配法蘭。
[0030]附圖中的側視圖為示意性的且未按照比例繪制。不過不同的附圖中相同或相似的部件均在附圖中給出相同的標記。
【具體實施方式】
[0031]下面將通過一些具體的實施例來說明本發(fā)明所體現出來的屬性和優(yōu)點。本發(fā)明是按照如下方式設計的緊湊型帶電粒子探測器，如圖1所示。具體到本實施例，該緊湊型帶電粒子探測器由屏蔽電極I (屏蔽柵網的離子透過率約80%)、微通道板組2 (直徑32毫米)、電子收集極3(椎體外部角度90度，接收電子信號端面直徑20毫米)、電子