基于COMSOL的星载四极质谱仪仿真分析

作     者：张志良 孙越强 李永平 郑晓亮 艾讲赵 ZHANG Zhiliang;SUN Yueqiang;LI Yongping;ZHENG Xiaoliang;AI Jiangzhao

作者机构：中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190 

基　　金：中国载人航天工程基金项目(Y59003AC40) 

出 版 物：《真空科学与技术学报》 (Chinese Journal of Vacuum Science and Technology)

年 卷 期：2022年第42卷第7期

页      码：517-524页

摘      要：四极杆质谱仪应用广泛,在航天空间探测任务中也应用较多,为适应航天器平台资源需研发轻质量、小体积、低功耗的小型质谱仪,并提升质谱仪性能,确保在工程约束下获得更优参数,因此需要预先对质谱仪进行建模仿真分析和预设计。基于离子运动理论与离子碰撞理论,使用多物理场仿真软件COMSOL对电场分布与离子运动状态进行建模仿真。仿真分析结果表明,马蒂厄方程系数α由0.231增大至0.236,灵敏度降低91.3%,分辨率提高73.3%;系数q取0.706时最佳,最大离子通过率97.7%;角频率增大,灵敏度降低61.9%、分辨率提高55.6%;仪器性能在压强小于10-2Pa的真空环境下影响很小;仪器性能在-40-60℃温度范围内变化很小;针对仪器小型化,杆内切圆半径取值范围为2-4 mm;杆半径与内切圆半径比例在1.12-1.13时灵敏度最好;杆长度取值60-150 mm时灵敏度与分辨率有很好的平衡。结果表明该仿真模型能较好模拟离子运动状态,分析四极杆质谱仪性能变化,为质谱仪工程设计实现提供新思路。

主 题 词：星载四极质谱仪 灵敏度 分辨率 仿真分析 COMSOL 

学科分类：08[工学] 080401[080401] 0804[工学-材料学] 081102[081102] 0811[工学-水利类] 

D　O　I：10.13922/j.cnki.cjvst.202201013

馆 藏 号：203113752...