摘要：介绍了一种应用于faims系统的法拉第筒离子检测器。法拉第筒采用电阻率为1.678×10-8Ω·m的紫铜材料。屏蔽壳尺寸为40×43×37mm3,壁厚为3mm。气路设计为T型,进气口直径Φ6,出气口为双排8×Φ1.6均布小孔。铜敏感极经过化学处理,以提高表面质量与抗氧化能力。与KEITHLEY237电流表级联,测得系统的噪声水平在50fA以下。实验测得faims输出信号为480pA,远远大于系统噪声。该法拉第筒满足了现有faims系统对离子检测器的要求。

摘要：根据高场非对称波形离子迁移谱(high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometry,faims)原理,设计了一种微型生化传感器.采用真空紫外灯离子源在大气压环境下对样品进行电离,紫外灯发射的光子能量为10.6 eV,波长116.5 nm.迁移区由上下两块紫铜金属平板电极构成,尺寸为10 mm×10 mm×1 mm.完成了高场非对称方波电源的设计,所输出的射频电压最大值为1 180 V,最小值为-480 V,频率189 kHz,占空比30%.以丙酮为实验样品,通过高场非对称波形离子迁移谱-质谱联用技术进行传感器的性能验证实验,实验结果表明所设计的基于faims原理的生化传感器可以实现离子分离和过滤功能.基于SIMION软件对faims生化传感器进行仿真分析,仿真与实验结果相符.最后利用硅片双面感应耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)刻蚀和硅-玻璃键合工艺,加工出基于微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)技术的微型faims传感器芯片.采用频率2 MHz、最大电压364 V、占空比30%的高场非对称方波电压进行faims芯片实验.载气流速80 L/h,补偿电压从-10 V～3 V以0.1 V的步长扫描,得到了丙酮的faims谱图,验证了芯片的性能.

摘要：针对以前研究中高场非对称波形电源不足的问题,提出了一种用于faims系统的高场高频非对称波形电源的设计。该电路由方波产生电路、高通滤波器和直流叠加电路3部分组成。方波产生电路采用半桥结构,通过2个MOSFET管的串联,实现了高压方波的输出。利用高通滤波器去除了高频方波中的直流分量,使正方波变成正负面积相等的非对称方波,并进行了理论分析。直流叠加电路通过电阻和电感串联将低压直流信号叠加到高频高压的非对称方波上,同时有效阻隔了高频高压非对称方波对低压直流电源可能造成的损害。还给出了电路的结构,并进行了实验研究。实验结果表明,该电路可以很好地实现非对称方波的自动产生和补偿电压叠加功能,且结构简单。该电路能够输出的最大峰峰值电压为2000V,方波频率为200kHz。

摘要：根据高场非对称波形离子迁移谱(faims)系统对非对称脉冲电源的要求,提出了一种faims系统用高频高压非对称脉冲电源的设计方案。该方案依托于通用的半桥电路,辅之以Atmega16为核心的PWM生成电路、可靠的栅极驱动及高压功率MOSFET动态静态保护电路。该电源输出非对称方波幅值达2 kV,当频率为200 kHz,功耗仅为90 W。测试结果表明该设计方案实际可行,能满足faims检测系统的工作需求,且具有电路结构简单、频率占空比可调、功耗低等特点。

摘要：faims系统中最基础的部分为高场非对称射频电源,它提供电压差让离子在迁移区中实现有效的分离。通过半桥逆变的原理产生RF方波,设计一种三桥臂的方波产生电路,减小了通过高压直流电源的电流,从而有效减小了系统的功率。考虑faims芯片的复杂性和仪器的便携性,改进差分式射频工作模式,有效降低了faims对高压直流电源的输入要求,有利于高压直流电源的简化和功耗的降低,进而有利于faims的小型化应用。结合补偿电压自动扫描,研制出优化后的高场非对称方波射频电源,通过实验对比,满足faims迁移区的工作要求。

摘要：计了一种高集成度faims(high⁃field asymmetric waveform ion mobility spectrometry)主控系统,由主核、副核、接口、采集、反馈控制、隔离、电源7部分组成。该主控系统具有24位高精度ADC及12位补偿电压输出,并可兼容多种前级微弱电流采集设备,包括fA电流检测电路及Keithley电流计。全集成化的主板设计减少了体积和繁杂的线路连接,整体大小为86 mm×99 mm×32 mm。实验结果表明:采集1000个数据量耗时12 s,背景噪声小于0.1 pA,最小电流分辨率0.15 pA。与现有faims系统相比,该系统在并发处理效率、系统控制调试、接口通用性等方面均有提升,为faims仪器的便携式发展提供了基础。

摘要：介绍一种用于faims(高场非对称波形离子迁移谱技术)离子检测器的电源,并简要说明faims工作原理。针对faims离子检测器的特点,设计了高场非对称波电源。实验结果表明,设计思路正确,电源达到了预定要求。

摘要：根据牛顿第二定律,分析了离子在高场不对称波形离子迁移谱(High-Field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry,faims)迁移管中的受力及运动情况。当作用的电场大小和占空比一定时,离子在迁移管中的运动仅仅与其本身的性质有关,而当faims迁移管周围存在磁场干扰时,离子处于电场和磁场的复合作用下而作余摆线运动。电场的作用使离子定向漂移,而磁场的干扰使离子的运动变得复杂,从而大大降低了faims的可靠性和稳定性。为了降低磁场对迁移管中离子运动的干扰,提出了具有屏蔽电磁干扰的faims迁移管结构。

摘要：为解决电容积分式电流检测法不能满足faims快速测量要求的问题,设计了一种用于faims系统的微电流检测电路。该设计运用I/V电阻反馈法对信号进行放大。通过屏蔽和滤波等设计,有效地降低了FAMIS系统对检测电路的高频电磁干扰。考虑到前端电路的噪声来源,采用合理的元器件和电路设计,运用两级放大将faims系统中的pA级电流放大并转换到mV量级。通过采集卡,利用LabVIEW对测得的电流信号进行采集和数据处理。实验结果表明,该电路的测量精度优于0.1 pA,采样频率高于15 Hz。进行了faims系统实验,测得系统输出的背景噪声为0.2 pA。以乙醇为实验样品,在载气(N2)流量为0.8 L/min的情况下,得到了乙醇的faims谱图,证明了该微电流检测电路可用于faims系统。

摘要：为解决电容积分式电流检测法不能满足faims快速测量要求的问题,设计了一种用于faims系统的微电流检测电路。采用合理的元器件和电路设计,运用两级放大将faims系统中的pA级电流放大并转换到mV量级。为了消除faims系统中高频噪声的干扰,对电路进行屏蔽设计,从而有效滤除了系统的干扰噪声,放大后的信号通过NI采集卡,并利用LabVIEW对测得的电流信号进行采集和数据处理。实验结果表明,该电路的测量精度优于0.1 pA,采样频率高于15 Hz。进行了faims系统实验,测得系统输出的背景噪声为0.2 pA。以乙醇为实验样品,在载气(N2)流量为0.8 L/min的情况下,得到了乙醇的faims谱图,证明了该微电流检测电路屏蔽能有效滤除faims系统的噪声干扰。