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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410597189.7 (22)申请日 2014.10.30 G05B 19/042(2006.01) (71)申请人 钢研纳克检测技术有限公司 地址 100081 北京市海淀区高粱桥斜街 13 号 (72)发明人 李明 唐兴斌 李凯 王希博 任立志 吕海马 (74)专利代理机构 北京中安信知识产权代理事 务所 ( 普通合伙 ) 11248 代理人 张小娟 (54) 发明名称 一种用于离子光学系统的通用电源 (57) 摘要 本发明涉及一种用于离子光学系统的通用电 源， 特别是一种用于电感耦合等离子体四极杆质 谱仪中的离子光学系统的通。
2、用电源。所述电源包 括 ： 微处理器， 继电器驱动， 继电器， 数模转换器， 可控正高压电源模块， 可控负高压电源模块 ； 其 中， 微处理器的入端用于接收外部控制命令， 两个 出端分别接继电器驱动和数模转换器的入端 ； 数 模转换器的出端接可控正高压电源模块和可控负 高压电源模块 ； 可控正高压电源模块和可控负高 压电源模块的出端分别接继电器的第二、 三入端， 继电器的出端接仪器离子透镜。本发明的通用电 源很好地适应了电感耦合等离子体四极杆质谱仪 中离子光学系统需要多路电源， 和对电压可调范 围各不相同的需求， 降低了硬件成本和技术的复 杂程度。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和。
3、国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104460417 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104460417 A 1/1 页 2 1.一种用于离子光学系统的通用电源， 其特征在于 ： 所述电源包括 ： 微处理器， 继电器驱动， 继电器， 数模转换器， 可控正高压电源模块， 可 控负高压电源模块 ； 其中， 微处理器有三个端口， 入端用于接收外部控制命令， 两个出端分别接继电器驱动 和数模转换器的入端 ； 所述继电器驱动的出端接继电器的第一入端 ； 所述数模转换器的出端分别接可控正高压电源模块和可控负高压电源模。
4、块的入端 ； 所述可控正高压电源模块的出端接继电器的第二入端， 可控负高压电源模块的出端接 继电器的第三入端 ； 所述继电器的出端接仪器离子透镜 ； 其中， 可控正高压电源模块输出电压极性为正， 可控负高压电源模块输出电压极性为 负 , 可控正高压电源模块和可控负高压电源模块的输出电压值大小由数模转换器来设定 ； 微处理器根据外部控制命令的正负极性要求来控制继电器驱动， 进而控制继电器， 继 电器选择相应极性的可控高压电源模块作为输出源， 从而实现仪器离子透镜对电压极性的 要求 ； 微处理器接受外部控制命令的同时也获得仪器离子透镜所需电压值的大小， 微处理器 根据电压值大小的要求控制数模转换器。
5、， 数模转换器设定可控高压电源模块输出电压值的 大小。 2.根据权利要求 1 所述的用于离子光学系统的通用电源， 其特征在于 ： 微处理器的第一出端接多个并联的继电器驱动， 第二出端接多个并联的数模转换器。 3.根据权利要求 1 所述的用于离子光学系统的通用电源， 其特征在于 ： 所述微处理器采用单片机芯片、 ARM 芯片、 可编程逻辑器件 (CPLD) 芯片及现场可编程 门阵列 (FPGA) 芯片中的一种。 4.根据权利要求 1 所述的用于离子光学系统的通用电源， 其特征在于 ： 所述数模转换器的输出范围是 0 +5V， 数模转换芯片是 16 通道， 数模转换精度 12bits。 5.根据权。
6、利要求 1 所述的用于离子光学系统的通用电源， 其特征在于 ： 所述可控正高压电源模块的控制输入范围为 0 +5V， 输出范围为 0 +2000V。 6.根据权利要求 1 所述的用于离子光学系统的通用电源， 其特征在于 ： 所述可控负高压电源模块的控制输入范围为 0 +5V， 输出范围为 0 -2000V。 权 利 要 求 书 CN 104460417 A 2 1/4 页 3 一种用于离子光学系统的通用电源 技术领域 0001 本发明涉及一种用于离子光学系统的通用电源， 特别是一种用于电感耦合等离子 体四极杆质谱仪中的离子光学系统的通用电源。 背景技术 0002 电感耦合等离子体四极杆质谱仪主。
7、要用于痕量元素分析， 样品在电感耦合等离子 体光源下被离子化， 样品离子流经过采样锥、 截取锥后到达离子光学系统。 离子光学系统对 离子流进行偏转和聚焦， 使离子流沿着既定的轨迹高效、 无损失地传输到四极杆筛选器， 从 而实现质谱分析。 0003 其中， 离子光学系统由一些有序布置的金属电极所构成。在这些电极上加载一定 的电压后， 可用于聚焦、 偏转离子流， 使离子流沿着既定的轨迹进行传输。这些电极加载的 电压范围在 -2000V 至 +2000V 间。根据每个电极所处的位置和作用不同， 其加载电压的可 调范围及调节精度的要求也不相同。例如， 其中一个电极的电压要求 -500V 到 +200V。
8、 间可 调， 另外一个电极的电压要求是 -100V 到 +300V 间可调。 0004 由于需求的电压范围较大， 统一定制范围-2000V至+2000V可调电源的成本很高， 并且损失了电压的调节精度。另外由于各电极的电压需求范围各不一样， 分别针对定制的 成本也很高。而单极性的高压可控电源的成本则相对低廉。若能用两个极性不同的高压可 控电源来实现其正负范围内的电压需求， 则可降低硬件成本及降低技术的复杂程度。 发明内容 0005 针对以上问题， 本发明的目的是提供一种用于电感耦合等离子体四极杆质谱仪中 离子光学系统的通用电源， 其采用两个极性不同的高压可控电源。 0006 为了达到上述目的， 。
9、本发明提供了如下技术方案 ： 0007 一种用于离子光学系统的通用电源， 其中 ： 0008 所述电源包括 ： 微处理器， 继电器驱动， 继电器， 数模转换器， 可控正高压电源模 块， 可控负高压电源模块 ； 0009 其中， 微处理器有三个端口， 入端用于接收外部控制命令， 两个出端分别接继电器 驱动和数模转换器的入端 ； 0010 所述继电器驱动的出端接继电器的第一入端 ； 0011 所述数模转换器的出端分别接可控正高压电源模块和可控负高压电源模块的入 端 ； 0012 所述可控正高压电源模块的出端接继电器的第二入端， 可控负高压电源模块的出 端接继电器的第三入端 ； 0013 所述继电器。
10、的出端接仪器离子透镜 ； 0014 其中， 可控正高压电源模块输出电压极性为正， 可控负高压电源模块输出电压极 性为负 , 可控正高压电源模块和可控负高压电源模块的输出电压值大小由数模转换器来 说 明 书 CN 104460417 A 3 2/4 页 4 设定 ； 0015 微处理器根据外部控制命令的正负极性要求来控制继电器驱动， 进而控制继电 器， 继电器选择相应极性的可控高压电源模块作为输出源， 从而实现仪器离子透镜对电压 极性的要求 ； 0016 微处理器接受外部控制命令的同时也获得仪器离子透镜所需电压值的大小， 微处 理器根据电压值大小的要求控制数模转换器， 数模转换器设定可控高压电源。
11、模块输出电压 值的大小。 0017 微处理器的第一出端接多个并联的继电器驱动， 第二出端接多个并联的数模转换 器。 0018 所述微处理器采用单片机芯片、 ARM 芯片、 可编程逻辑器件 (CPLD) 芯片及现场可 编程门阵列 (FPGA) 芯片中的一种。 0019 所述数模转换器的输出范围是 0 +5V， 数模转换芯片是 16 通道， 数模转换精度 12bits。 0020 所述可控正高压电源模块的控制输入范围为 0 +5V， 输出范围为 0 +2000V。 0021 所述可控负高压电源模块的控制输入范围为 0 +5V， 输出范围为 0 -2000V。 0022 与现有技术相比， 本发明的有。
12、益效果在于 ： 0023 本发明的用于离子光学系统的通用电源很好地适应了电感耦合等离子体四极杆 质谱仪中离子光学系统需要多路电源， 且对电压可调范围各不相同的需求， 大幅降低了硬 件成本和技术的复杂程度。 附图说明 0024 图 1 示出根据本发明的第一实施例的用于离子光学系统的通用电源的结构框图 ； 0025 图 2 示出根据本发明的第二实施例的用于离子光学系统的通用电源的结构框图。 具体实施方式 0026 下面结合附图， 对本发明的具体实施方式作进一步的说明， 本发明并不局限于以 下实施例。 0027 实施例 1 0028 图 1 示出根据本发明的第一实施例的用于离子光学系统的通用电源的结。
13、构框图。 0029 如图 1 所示， 根据本发明的第一实施例的用于离子光学系统的通用电源包括 ： 有 3 个端口的微处理器 101， 继电器驱动 102， 有 4 个端口的继电器 103， 数模转换器 104， 可控正 高压电源模块 105， 可控负高压电源模块 106。 0030 其中， 微处理器 101 的第 1 端口用于接收外部的控制命令， 微处理器 101 的第 2 端 口接继电器驱动 102， 微处理器 101 的第 3 端口接数模转换器 104。继电器驱动 102 的另一 端接继电器 103 的第 1 个端口。数模转换器 104 的另一端接可控正高压电源模块 105 和可 控负高压。
14、电源模块 106。可控正高压电源模块 105 的另一端接继电器 103 的第 2 个端口。 可控负高压电源模块 106 的另一端接继电器 103 的第 3 个端口。继电器 103 的第 4 个端口 接仪器离子透镜。 0031 其中， 可控正高压电源模块 105 输出电压极性为正， 输出电压值大小由数模转换 说 明 书 CN 104460417 A 4 3/4 页 5 器 104 来设定。可控负高压电源模块 106 输出电压极性为负， 输出电压值大小由数模转换 器 104 来设定。 0032 微处理器 101 通过外部控制命令获得仪器离子透镜需要的电压的正负极性， 微处 理器 101 根据外部命。
15、令的正负极性要求来控制继电器驱动 102， 进而控制继电器 103， 继电 器 103 选择相应极性的可控高压电源模块作为输出源。从而实现仪器离子透镜对电压极性 的要求。 0033 微处理器 101 通过外部控制命令同时也会获得仪器离子透镜所需电压值的大小， 微处理器101根据电压值大小的要求控制数模转换器104， 数模转换器104设定可控高压电 源模块输出电压值的大小。 0034 微处理器 101 可采用单片机芯片， ARM 芯片， 复杂可编程逻辑器件 (CPLD) 芯片及 现场可编程门阵列 (FPGA) 芯片中的一种。 0035 数模转换器104的输出范围可以但不限于是0+5V， 数模转换。
16、芯片可以但不限于 是 16 通道， 数模转换精度可以但不限于 12bits。 0036 可控正高压电源模块 105 的控制输入范围可以但不限于 0 +5V， 输出范围可以 但不限于 0 +2000V。可控负高压电源模块 106 的控制输入范围可以但不限于 0 +5V， 输出范围可以但不限于 0 -2000V。例如， 当仪器离子透镜所需要的电压范围是 -350V +450V， 为了达到最好的控制精度， 则可控正高压电源模块 105 的输出范围选择为 0 +450V， 可控负高压电源模块 106 的输出范围选择为 0 -350V。 0037 实施例 2 0038 采用本发明的第一实施例的用于离子光。
17、学系统的通用电源可实现离子光学系统 中其中一路电极的供电控制。 但是， 通常情况下， 电感耦合等离子体四极杆质谱仪中的离子 光学系统需要不止一路电源。这时， 我们可以方便快速地扩展出第二路电源。采用本发明 的第二实施例的可用于离子光学系统的通用电源可实现离子光学系统中两路电极的供电 控制。图 2 示出根据本发明的第二实施例的用于离子光学系统的通用电源的结构框图。 0039 如图 2 所示， 根据本发明的第二实施例的用于离子光学系统的通用电源包括 ： 微 处理器201， 继电器驱动202a， 继电器203a， 数模转换器204a， 可控正高压电源模块205a， 可 控负高压电源模块206a， 继。
18、电器驱动202b， 继电器203b， 数模转换器204b， 可控正高压电源 模块 205b， 可控负高压电源模块 206b。 0040 其中， 微处理器 201 有 3 个端口， 微处理器 201 的第 1 端口用于接收外部的控制命 令， 微处理器 201 的第 2 端口接继电器驱动 202a 及继电器驱动 202b， 微处理器 201 的第 3 端口接数模转换器 204a 及数模转换器 204b。 0041 继电器驱动 202a 的另一端接继电器 203a 的第 1 个端口。数模转换器 204a 的另 一端接可控正高压电源模块 205a 和可控负高压电源模块 206a。可控正高压电源模块 2。
19、05a 的另一端接继电器 203a 的第 2 个端口。可控负高压电源模块 206a 的另一端接继电器 203a 的第 3 个端口。继电器 203a 的第 4 个端口接仪器离子透镜 a。 0042 继电器驱动 202b 的另一端接继电器 203b 的第 1 个端口。数模转换器 204b 的另 一端接可控正高压电源模块 205b 和可控负高压电源模块 206b。可控正高压电源模块 205b 的另一端接继电器 203b 的第 2 个端口。可控负高压电源模块 206b 的另一端接继电器 203b 第 3 个端口。继电器 203b 的第 4 个端口接仪器离子透镜 b。 说 明 书 CN 10446041。
20、7 A 5 4/4 页 6 0043 微处理器 201 通过外部控制命令获得仪器离子透镜 a 或仪器离子透镜 b 所需电压 值的极性， 并通过继电器 203a 或继电器 203b 控制仪器离子透镜 a 或仪器离子透镜 b 连接 到相应极性的可控高压电源模块。 0044 微处理器 201 通过外部控制命令也会获得仪器离子透镜 a 或仪器离子透镜 b 所需 电压值的大小。根据电压值大小， 微处理器 201 控制数模转换器 204a 或数模转换器 204b， 数模转换器 204a 或数模转换器 204b 设定 a 路可控高压电源模块 (205a 和 206a) 或 b 路可 控高压电源模块 (205。
21、b 和 206b) 输出电压值的大小。 0045 图 2 中微处理器 201 与图 1 中微处理器 101 是同一芯片。可采用单片机芯片， ARM 芯片， 复杂可编程逻辑器件 (CPLD) 芯片及现场可编程门阵列 (FPGA) 芯片中的一种。 0046 数模转换器 204a 和数模转换器 204b 可以是同一数模转换芯片的不同通道， 也可 以是不同的数模转换芯片。 数模转换芯片的输出范围可以但不限于是0+5V， 数模转换芯 片可以但不限于是 16 通道， 数模转换精度可以但不限于 12bits。 0047 可控正高压电源模块 205a 的控制输入范围可以但不限于 0 +5V， 输出范围可以 但。
22、不限于 0 +2000V。可控负高压电源模块 206a 的控制输入范围可以但不限于 0 +5V， 输出范围可以但不限于0-2000V。 例如， 当仪器离子透镜a所需要的电压范围是-500V +700V， 为了达到最好的控制精度， 则可控正高压电源模块 205a 的输出范围选择为 0 +700V， 可控负高压电源模块 206a 的输出范围选择为 0 -500V。 0048 可控正高压电源模块 205b 的控制输入范围可以但不限于 0 +5V， 输出范围可以 但不限于 0 +2000V。可控负高压电源模块 206b 的控制输入范围可以但不限于 0 +5V， 输出范围可以但不限于0-2000V。 例如， 当仪器离子透镜b所需要的电压范围是-800V +1200V， 为了达到最好的控制精度， 则可控正高压电源模块 205a 的输出范围选择为 0 +1200V， 可控负高压电源模块 206b 的输出范围选择为 0 -800V。 0049 采用本发明的第二实施例的可用于离子光学系统的通用电源可实现离子光学系 统中两路电极的供电控制。依据本发明所给的两个实施例， 本领域的普通技术人员不做任 何创新的情况下， 即可拓展出这种用于离子光学系统的通用电源的多路形式。 说 明 书 CN 104460417 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104460417 A 7 。