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1、(10)申请公布号 CN 103400742 A (43)申请公布日 2013.11.20 C N 1 0 3 4 0 0 7 4 2 A *CN103400742A* (21)申请号 201310306275.3 (22)申请日 2013.07.19 H01J 49/06(2006.01) H01J 49/02(2006.01) (71)申请人中国船舶重工集团公司第七一八研 究所 地址 056027 河北省邯郸市展览路17号 (72)发明人李金香 武波涛 王兴军 张绍厂 朱春来 郝铮 (74)专利代理机构北京理工大学专利中心 11120 代理人仇蕾安 杨志兵 (54) 发明名称 一体式离子迁。
2、移谱漂移管 (57) 摘要 本发明公开一种一体式离子迁移谱漂移管， 在传统漂移管外增加一个绝缘内壳和一个外壳， 绝缘内壳嵌套在漂移管外壳内。电离室、离子门组 件、分压模块组、孔栅、电荷收集极和尾部组件都 安装于绝缘内壳内。金属外壳和绝缘内壳上配有 引线孔和气口，分别用于电信号和内、外循环气路 的进、出气口。该漂移管与传统漂移管比较，减小 了体积，提高了气密性和抗干扰能力，尤其是高温 条件下，有效地解决了因材质温度形变造成的漂 移管气密性下降等难题。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5。
3、页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103400742 A CN 103400742 A 1/2页 2 1.一体式离子迁移谱漂移管，其特征在于，包括外壳（8）、绝缘内壳（7）、渗透膜组件 （1）、电离室（5）、离子门组件（9）、一个以上的分压模块（10）、孔栅（11）、电荷收集极（12）和 尾部组件； 其中外壳（8）为金属材质的筒形结构，其一端的外圆周面上加工有轴肩，其内圆周面上 加工有径向的环形凸起；所述绝缘内壳（7）为耐高温绝缘材质的筒形结构，绝缘内壳（7）同 轴嵌套在外壳（8）内部，并与外壳（8）的内圆周面过盈配合；绝缘内壳（7）的一端与外壳（8） 内部的环形凸起抵触；所述渗透膜组件。
4、（1）安装在外壳（8）轴肩端的端部，渗透膜组件（1） 的前端设置样品气体进气口（2）和样品气体出气口（3）； 所述电离室（5）、离子门组件（9）、一个以上的分压模块（10）和孔栅（11）依次同轴安 装在绝缘内壳（7）内部，且均与绝缘内壳（7）的内圆周面过盈配合；其中电离室（5）的一端 通过陶瓷环绝缘环与外壳（8）内部的环形凸起抵触；所述离子门组件（9）与分压模块（10） 间、孔栅（11）与分压模块（10）间均通过陶瓷环绝缘环隔离；所述分压模块（10）包括两个导 电环、绝缘环（23）和分压高阻；在所述绝缘环（23）的外圆周面上加工有用于安装分压高阻 的矩形槽；两个导电环分别紧密贴合在绝缘环（23。
5、）的左右两端，使两个导电环分别与分压 高阻的两端连接；同时两个导电环的外缘均向内折弯，使绝缘环（23）嵌套在两个导电环之 间；所述孔栅（11）位于分压模块（10）后侧，并与分压模块（10）间通过陶瓷环绝缘环隔离； 所述电荷收集极（12）位于孔栅（11）后侧，电荷收集极（12）包括电极和引线，其中收集 为不锈钢凸盘结构，其与孔栅（11）相对的面为凸面；所述引线伸出外壳（8）；所述尾部组件 包括尾部套（15）、压缩弹簧（13）和压头（14），其中尾部套（15）同轴套装在引线外部，尾部 套（15）与孔栅（11）间通过陶瓷环绝缘环隔离，同时尾部套（15）引线间通过绝缘套隔离，并 与引线间安装密封圈；在。
6、尾部套（15）外圆周套装压缩弹簧（13），所述压缩弹簧（13）的一端 与尾部套（15）的轴肩抵触，另一端与安装在尾部套（15）外圆周的压头（14）抵触，所述压头 （14）与外壳（8）固接； 所述外壳（8）上设置有高压引线孔（24）、离子门前门控制信号引线孔（25）、离子门后 门控制信号引线孔（26）、漂移区电场电压引线孔（27）、孔栅电压引线孔（28）和接地信号引 线孔（29）；以及载气进气口（30）、漂移气进气口（31）和内循环出气口（32）。 2.如权利要求1所述的一体式离子迁移谱漂移管，其特征在于，所述渗透膜组件（1）包 括渗透膜、渗透膜骨架及膜加热片，渗透膜及膜加热片直接安装在渗透膜骨。
7、架上。 3.如权利要求1所述的一体式离子迁移谱漂移管，其特征在于，所述电离室（5）包括两 端均开口的金属套筒（6）和放射源箔片；所述金属套筒（6）同轴嵌套在绝缘内壳（7）内，并 通过陶瓷环绝缘环与外壳（8）内部的环形凸起抵触；金属套筒（6）的内圆周面安装放射源 箔片，所述放射源箔片通过金属套筒（6）内圆周面的轴肩定位。 4.如权利要求3所述的一体式离子迁移谱漂移管，其特征在于，所述放射源箔片为 10mCi的 63 Ni-放射源。 5.如权利要求1所述的一体式离子迁移谱漂移管，其特征在于，所述离子门组件（9）包 括陶瓷座（16）、前门导电环（17）、前门（18）、绝缘片（19）、后门（20）和后。
8、门导电环（21）；所 述陶瓷座（16）的一端与电离室（5）中的金属套筒（6）抵触，另一端与分压模块（10）前端的 陶瓷环绝缘环抵触；前门导电环（17）、前门（18）、绝缘片（19）、后门（20）、后门导电环（21） 通过各自的限位槽依次安装在陶瓷座（16）内圆周面的限位柱上。 权 利 要 求 书CN 103400742 A 2/2页 3 6.如权利要求5所述的一体式离子迁移谱漂移管，其特征在于，所述前门导电环（17） 和后门导电环（21）为导电氧化处理的黄铜材质，前门（18）和后门（20）为不锈钢激光腐蚀 丝网，绝缘片（19）为聚四氟材质。 7.如权利要求1所述的一体式离子迁移谱漂移管，其特征。
9、在于，所述分压模块（10）中 的分压高阻为1M的贴片电阻。 8.如权利要求1所述的一体式离子迁移谱漂移管，其特征在于，所述孔栅（11）为不锈 钢激光腐蚀丝网。 权 利 要 求 书CN 103400742 A 1/5页 4 一体式离子迁移谱漂移管 技术领域 0001 发明涉及一种漂移管，具体涉及一种一体式离子迁移谱漂移管。 背景技术 0002 离子迁移谱（IMS）是一种气相分析技术，是对痕量有机化合物进行有效而灵敏分 析的重要方法之一。离子迁移谱的核心部件为漂移管，传统漂移管的结构如图1所示，由导 电环和绝缘环层叠构成，导电环和绝缘环上均布三个安装定位孔，由三根绝缘同心柱串接， 起到固定和同心的。
10、作用。渗透膜及膜加热器形成的渗透膜组件安装在漂移管的前端，渗透 膜前端为外循环气路（包括进气口和出气口），用于样品采集。电离室内紧邻渗透膜组件置 放射源箔片，用于完成空气分子的电离，形成反应离子。电离室和离子门之间形成反应区， 主要完成样品分子与电子或反应离子之间发生离子化反应，生成产物离子。离子门由两片 金属栅网和中间绝缘片组成，通过控制离子门，使其按周期间隔打开，形成离子脉冲，进入 离子门后部的漂移区。漂移区尾部为孔栅和收集电极，收集电极尾部连接信号放大器。 0003 漂移管的工作原理为：在漂移管两端施加2000V左右的高压，通过反应区和漂移 区的外加分压线路板的分压，在反应区和漂移区内形。
11、成均匀电场。被测物质随样气（空气） 经进气口进入漂移管，经出气口排出。样气中的被测物质被渗透膜吸附，渗透膜由硅橡胶 组成，常用的厚度为（530）m，这类膜可渗透有机分子而留住水蒸汽。加热渗透膜至 100，被测物质解析。载气（净化空气或纯氮气）从载气进气口进入，携带被测物质进入电 离室，被电离室内的电离源（一般为 63 Ni放射源）电离，形成产物离子。产物离子在反应区电 场的作用下，移向离子门，并在离子门处以一定的浓度聚集。离子门每隔30ms打开0.3ms， 使产物离子以脉冲形式进入漂移区。在漂移电场的作用下，移向收集电极。孔栅位于收集 电极的前面，主要作用是降低干扰。由于不同种类的被测物质生成。
12、的产物离子尺寸、质量和 所带电荷数量不同，其在漂移区的迁移速度不同，穿过漂移区所需的漂移时间不同，即到达 收集电极的时间不同，从而产生电流信号与时间关系的谱图，识别出不同被测物质产生的 谱峰，确定被测物质的种类。 0004 传统的层叠结构的漂移管需要通过四根螺杆拧紧，以保证环与环之间的密封；同 时，四根螺杆的松紧程度要一致，以保证漂移管内腔的同心性。但经过加温、冷却、加温等长 时间工作后，由于金属材料和非金属材料的热形变不同，导致漂移管的气密性和同心性能 下降。同时，漂移管外安装薄膜加热片后，易对管内电场产生干扰，造成谱信号不稳定，降低 了仪器的探测灵敏度。 发明内容 0005 有鉴于此，本发。
13、明提供一种一体式离子迁移谱漂移管，解决了在高温条件下因材 质形变造成的漂移管气密性下降的问题，能够有效克服现有漂移管气密性差和抗干扰能力 低的弊端，使管内谱信号稳定，探测灵敏度高。 0006 该一体式离子迁移谱漂移管包括外壳、绝缘内壳、渗透膜组件、电离室、离子门组 说 明 书CN 103400742 A 2/5页 5 件、一个以上的分压模块、孔栅、电荷收集极和尾部组件。 0007 其中外壳为金属材质的筒形结构，其一端的外圆周面上加工有轴肩，其内圆周面 上加工有径向的环形凸起。所述绝缘内壳为耐高温绝缘材质的筒形结构，绝缘内壳同轴嵌 套在外壳内部，并与外壳的内圆周面过盈配合。绝缘内壳的一端与外壳内。
14、部的环形凸起抵 触。所述渗透膜组件安装在外壳轴肩端的端部，渗透膜组件的前端设置样品气体进气口和 样品气体出气口。 0008 所述电离室、离子门组件、一个以上的分压模块和孔栅依次同轴安装在绝缘内壳 内部，且均与绝缘内壳的内圆周面过盈配合。其中电离室的一端通过陶瓷环绝缘环与外壳 内部的环形凸起抵触。所述离子门组件与分压模块间、孔栅与分压模块间均通过陶瓷环绝 缘环隔离。所述分压模块包括两个导电环、绝缘环和分压高阻。在所述绝缘环的外圆周面 上加工有用于安装分压高阻的矩形槽。两个导电环分别紧密贴合在绝缘环的左右两端，使 两个导电环分别与分压高阻的两端连接。同时两个导电环的外缘均向内折弯，使绝缘环嵌 套在。
15、两个导电环之间。所述孔栅位于分压模块后侧，并与分压模块间通过陶瓷环绝缘环隔 离。 0009 所述电荷收集极位于孔栅后侧，电荷收集极包括电极和引线，其中收集为不锈钢 凸盘结构，其与孔栅相对的面为凸面。所述引线伸出外壳。所述尾部组件包括尾部套、压缩 弹簧和压头，其中尾部套同轴套装在引线外部，尾部套与孔栅间通过陶瓷环绝缘环隔离，同 时尾部套引线间通过绝缘套隔离，并与引线间安装密封圈。在尾部套外圆周套装压缩弹簧， 所述压缩弹簧的一端与尾部套的轴肩抵触，另一端与安装在尾部套外圆周的压头抵触，所 述压头与外壳固接。 0010 所述外壳上设置有高压引线孔、离子门前门控制信号引线孔、离子门后门控制信 号引线孔。
16、、漂移区电场电压引线孔、孔栅电压引线孔和接地信号引线孔。以及载气进气口、 漂移气进气口和内循环出气口。 0011 所述渗透膜组件包括渗透膜、渗透膜骨架及膜加热片，渗透膜及膜加热片直接安 装在渗透膜骨架上。 0012 所述电离室包括两端均开口的金属套筒和放射源箔片。所述金属套筒同轴嵌套在 绝缘内壳内，并通过陶瓷环绝缘环与外壳内部的环形凸起抵触。金属套筒的内圆周面安装 放射源箔片，所述放射源箔片通过金属套筒内圆周面的轴肩定位。 0013 所述放射源箔片为10mCi的 63 Ni-放射源。 0014 所述离子门组件包括陶瓷座、前门导电环、前门、绝缘片、后门和后门导电环。所述 陶瓷座的一端与电离室中的。
17、金属套筒抵触，另一端与分压模块前端的陶瓷环绝缘环抵触。 前门导电环、前门、绝缘片、后门、后门导电环通过各自的限位槽依次安装在陶瓷座内圆周 面的限位柱上。 0015 所述前门导电环和后门导电环为导电氧化处理的黄铜材质，前门和后门为不锈钢 激光腐蚀丝网，绝缘片为聚四氟材质。 0016 所述分压模块中的分压高阻为1M的贴片电阻。 0017 所述孔栅为不锈钢激光腐蚀丝网。 0018 有益效果： 0019 （1）通过导电外壳和绝缘内壳使漂移管形成一体化结构，与传统漂移管比较，减小 说 明 书CN 103400742 A 3/5页 6 了体积，有效地解决了现有漂移管在高温条件下气密性差和抗干扰能力低的弊端。
18、，管内谱 信号稳定，探测灵敏度高。 0020 （2）在漂移区安装分压模块组实现分压，可避免外加分压电路板，使整个装置结构 简单。 0021 （3）渗透膜组件中膜加热片与渗透膜均安装在渗透膜骨架上，摒弃了传统中单独 安装膜加热器的方式，使整个装置结构简单，安装方便。 附图说明 0022 图1为传统离子迁移漂移管的结构示意图； 0023 图2本发明的一体式离子迁移漂移管的整体结构示意图； 0024 图3为本实施例中漂移管外壳的结构示意图； 0025 图4为本实施例中绝缘内壳的结构示意图； 0026 图5为离子门组件放大后的结构示意图； 0027 图6为分压模块的结构示意图。 0028 其中：1-渗。
19、透膜组件，2-样品气体进气口，3-样品气体出气口，5-电离室，6-金属 套筒，7-绝缘内壳，8-外壳，9-离子门组件，10-分压模块，11-孔栅，12-电荷收集极，13-压 缩弹簧，14-压头，15-尾部套，16-陶瓷座、17-前门导电环、18-前门、19-绝缘片、20-后门、 21-后门导电环，22-导电环，23-绝缘环，24-高压引线孔、25-离子门前门控制信号引线孔、 26-离子门后门控制信号引线孔、27-漂移区电场电压引线孔、28-孔栅电压引线孔、29-接 地信号引线孔、30-载气进气口、31-漂移气进气口、32-内循环出气口 具体实施方式 0029 下面结合附图并举实施例，对本发明进。
20、行详细描述。 0030 本实施例提供一种一体式离子迁移谱漂移管，与传统漂移管比较，减小了体积，提 高了气密性和抗干扰能力，有效的解决了在高温条件下，因材质形变造成的漂移管气密性 下降的问题。 0031 该一体式离子迁移漂移管的结构如图2所示，包括外壳8、绝缘内壳7、渗透膜组件 1、电离室5、离子门组件9、分压模块10、孔栅11、电荷收集极12和尾部组件。 0032 本实施例中外壳8为外径20mm，内径18mm，壁后1mm的不锈钢管，其一端的外圆周 面上加工有轴肩，并在其靠近轴肩一侧的内圆周面上加工有径向的环形凸起，如图3所示。 绝缘内壳7为陶瓷材质制成的外径18mm，内径15mm，壁后1.5m。
21、m的管状结构，如图4所示。 外壳8为漂移管的最外层部件，绝缘内壳7同轴嵌套在外壳内部8，起电绝缘作用，绝缘内壳 7的一端与外壳8内圆周面上的环形凸起抵触。 0033 外壳8的轴肩所在端为漂移管的头部，渗透膜组件1安装在外壳8轴肩端的端部， 便于拆卸清洗和更换。渗透膜组件1包括渗透膜、渗透膜骨架及膜加热片，渗透膜及膜加热 片直接安装在渗透膜骨架上。渗透膜组件1的前端设置外循环气路，包括样品气体进气口 2和样品气体出气口3。电离室5、离子门组件9、分压模块10和孔栅11依次安装在绝缘内 壳7内部。其中电离室5包括两端均开口的金属套筒6和放射源箔片，金属套筒6同轴嵌套 在绝缘内壳7内，与绝缘内壳7的。
22、内圆周面过盈配合，金属套筒6的一端通过陶瓷环绝缘环 说 明 书CN 103400742 A 4/5页 7 与外壳8内部的环形凸起抵触。金属套筒6的内孔为阶梯孔，在其靠近渗透膜组件1所在 侧的内圆周面放置放射源箔片，并通过阶梯内孔上的轴肩防止放射源箔片的轴向窜动。本 实施例中放射源箔片选用10mCi的 63 Ni-放射源。 0034 离子门组件9位于电离室5后侧，电离室5与离子门组件9之间的区域为反应区。 离子门组件9由陶瓷座16、前门导电环17、前门18、绝缘片19、后门20和后门导电环21组 成。其中前门导电环和后门导电环选用导电氧化处理的黄铜材质，前门和后门选用不锈钢 激光腐蚀丝网，绝缘片。
23、选用聚四氟材质。陶瓷座16同轴嵌套在绝缘内壳7内部，与绝缘内壳 7的内圆周面过盈配合，陶瓷座16的端部与电离室5中的金属套筒6抵触，前门导电环、前 门、绝缘片、后门导电环、后门通过各自的限位槽依次安装在陶瓷座内圆周面的限位柱上， 保证其安装精确到位。 0035 分压模块10位于离子门组件9后侧，依据所需漂移管的长度选择分压模块10的 组数。一个以上的分压模块10同轴紧密排列后嵌套在绝缘内壳7内部，并与离子门组件9 间通过陶瓷绝缘环隔离。每个分压模块10包括两个导电环22、一个绝缘环23和分压高阻， 如图6所示。本实施例中导电环22为不锈钢材质，其外径15.3mm，内径10mm，厚0.1mm；绝。
24、 缘环23选用耐高温的可加工陶瓷材质，外径15mm，内径10mm。在绝缘环23的圆周面上加 工有深1.2mm，长8mm的矩形凹槽，用于放置分压高阻，本实施例中分压高阻选用1M的贴 片电阻。两个导电环22同轴且紧密配合在绝缘环23的左右两端面，保证两个导电环22分 别与绝缘环23上贴片电阻的两端连接；然后将两个导电环22的外缘向内折弯1.5mm，使绝 缘环23紧密嵌套在两个导电环22之间。 0036 孔栅11位于分压模块10后侧，并与分压模块10间通过陶瓷绝缘环隔离。本实施 例中孔栅11选用不锈钢激光腐蚀丝网。 0037 电荷收集极12位于孔栅11后侧，其同轴套装在外壳内。电荷收集极12包括电极。
25、 和引线，电荷收集极12与孔栅11之间通过安装在绝缘内壳7中的陶瓷绝缘环隔离。其中 电极为不锈钢凸盘结构，其与孔栅相对的面为凸面，引线伸出外壳8。 0038 尾部组件用于漂移管内各组件的压紧和密封。尾部组件包括尾部套15、压缩弹簧 13和压头14，其中尾部套15同轴套装在引线外，其外圆周面与外壳8的内圆周面间过盈配 合，在尾部套15与引线间安装密封圈。尾部套15通过绝缘环与孔栅11隔离，通过绝缘套 与引线隔离。在尾部套15的外圆周套装压缩弹簧13，压缩弹簧13的一端与尾部套15的轴 肩抵触，另一端与安装在尾部套15外圆周的压头14抵触，压头14与外壳固定连接。通过 压缩弹簧13的轴向回复力保证。
26、漂移管内各组件的轴向定位。 0039 同时外壳8上设置有六个引线孔和三个气口。其中五个引线孔分别为高压引线孔 24、离子门前门控制信号引线孔25、离子门后门控制信号引线孔26、漂移区电场电压引线 孔27、孔栅电压引线孔28和接地信号引线孔29。三个气口分别为载气进气口30、漂移气 进气口31和内循环出气口32。其中高压引线孔24引线至电离室中的金属套筒6，离子门 前门控制信号引线孔25引线至离子门组件9中的前门导电环17，离子门后门控制信号引 线孔26引线至离子门组件9中的后门导电环21，漂移区电场电压引线孔27引线至分压模 块10中的导电环，孔栅电压引线孔28引线至孔栅11，接地信号引线孔2。
27、9通过引线将外壳 8与地相连。载气进气口30位于外壳8头部，与外壳8内部贯通，用于输入所需载气，从而 携带被测物质进入反应区；漂移气进气口31与漂移区贯通，内循环出气口32与外壳8内部 说 明 书CN 103400742 A 5/5页 8 贯通，所述载气及漂移气均从内循环出气口32排处漂移管。 0040 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。 说 明 书CN 103400742 A 1/2页 9 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 103400742 A 2/2页 10 图4 图5 图6 说 明 书 附 图CN 103400742 A 10 。