基于波形不对称和神经网络的变压器励磁涌流识别

为了实现对变压器励磁涌流和故障电流的识别,将传统二次谐波制动原理与基于波形上下不对称判别励磁涌流的新原理结合起来,建立了一个三层前向神经网络模型。利用Matlab软件对一个双端供电系统进行了仿真运算以得到神经网络的训练样本,用经训练的神经网络实现了对励磁涌流的识别。仿真测试结果验证了该方案是切实可行的,能够准确识别各种变压器状态下的励磁涌流和故障电流。

载气流速对高场不对称波形离子迁移谱的影响

载气流速是影响高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)的重要参数。以自制的高场不对称波形离子迁移谱仪为实验平台,在射频电场幅值3kV/cm,频率500kHz,占空比0.36的条件下,研究了载气流速对苯离子迁移谱谱峰强度和半峰宽的影响。实验结果表明:载气流速为3.7L/min时,苯样品的谱峰强度最大,仪器的灵敏度最高。随着载气流速的增加,谱峰半峰宽变宽,仪器的分辨率下降。载气流速为3.0～3.7L/min时仪器综合性能最佳。此结果对于控制迁移谱仪载气流速有重要的参考意义。

高场不对称波形离子迁移谱关键测控模块研究

研究了高场不对称波形离子迁移谱(high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometer,FAIMS)两个关键测控模块:波形不对称高压产生模块和微弱电流检测模块的设计。通过采用反激升压原理,设计了一种电压幅度在线可调的波形不对称高压产生电路模块,其输出电压峰峰值达1 800 V,频率达1 MHz;微弱电流检测采用超高电阻反馈式I-V转换电路,并对失调电压进行补偿,同时结合PCB割板处理及包裹屏蔽等抗干扰措施,使得微弱电流模块的检测下限优于0.1 pA。最后,通过对比实验研究了不同波形不对称高压与分离效果关系,并以苯为样品对系统的检测下限进行了研究,结果表明采用上述测控模块的FAIMS检测下限达1×10-9。

基于MEMS的新型高场不对称波形离子迁移谱仪

简要回顾了离子迁移谱技术的发展历程,叙述了常规离子迁移谱的局限性。阐述了基于MEMS工艺的新型高场不对称波形离子迁移谱技术,该技术以物质离子的离子迁移率在高场下的非线性变化特性为基础,可实现对物质离子的空间分离。以MEMS技术为主体,自主研发了高场不对称波形离子迁移谱仪,并对挥发性有机物、苯系物、爆炸物和农药等样品进行了检测,结果表明该离子迁移谱仪能够对苯、丙酮、对二甲苯、爆炸物梯恩梯和农药硫丹等物质实现快速、高分辨和高灵敏度检测,检测精度达10-9量级,线性度达0.95。该结果展示了其在物质离子分离检测方面的巨大潜力,以及在环境、食品安全和生物大分子等领域的优越性和前景,其研究成果将推动下一代物质离子分离检测技术的发展。

基于紫外光离子源高场不对称波形离子迁移谱的化学战剂模拟剂检测

通过扩散法制得低浓度的对甲基膦酸二甲酯(DMMP)、磷酸三丁酯(TBP)、二甲基亚砜(DMSO)3种化学战剂模拟剂蒸气,并用自制紫外光离子源高场不对称波形离子迁移谱仪(Ultraviolet photoionization high field asymmetric ion mobility spectrometry,UV-FAIMS)对其进行检测,得到不同样品在不同分离电压下特征谱图,并通过对多组分离电压(Dispersion voltage,DV)和补偿电压(Compensation voltage,CV)求解,建立了α2和α4二维谱图,提高了FAIMS的分辨识别能力。此外,对UV-FAIMS的检测灵敏度进行了测定。实验表明,此系统对甲基膦酸二甲酯(DMMP)的检测灵敏度优于0.55μg/L。

痕量挥发性有机物的高场不对称波形离子迁移谱研究

高场不对称波形离子迁移谱(high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometry,FAIMS)技术是一种快速、高灵敏的痕量物质检测技术。利用自制的高场不对称波形离子迁移谱仪分别对丙酮、苯和甲苯样品进行了检测,结果表明三种挥发性物质在谱图中的分离效果优于传统离子迁移谱仪;另外分别对二甲苯三种同分异构体进行了检测,成功地实现了三者的分离。实验分析了载气流速对离子信号强度的影响,发现流速为220L·h-1时信号强度最大,此结果可用于仪器的优化设计。获得丙酮的检出限为100ng·L-1,比国外传统离子迁移谱仪低了一个数量级。

高场强不对称波形迁移谱原理与性能探讨

高场强不对称波形迁移谱(FAIMS)检测技术相对于传统的离子迁移谱技术有结构简单、选择性和分辨力高等诸多优点。详细阐述了其结构特点及其工作基本原理,分析了提高其精度的几种方法,介绍了FAIMS的研究进展和待解决的问题。

利用紫外光离子源高场不对称波形离子迁移谱快速、现场检测水中氨的含量

氨是水体主要的污染物之一,其含量是水质评估的重要参数。本研究采用真空紫外光离子源-高场不对称波形离子迁移谱(Ultraviolet photoionization high field asymmetric waveform ion mobility spectrometry,UVFAIMS)技术,发展一种的水中氨含量的现场快速检测方法。通过对比标准氨样品和水中微量氨UV-FAIMS谱图峰的特征补偿电压(Compensation voltage,CV)值,确定了水中HN+4的特征离子峰位置;研究了不同分离电压(Dispersion voltages,DV)下HN_4^+谱图峰位置的关系,获得了HN_4^+的特征识别系数α_2和α_4分别为2.21×10^(-5)Td^(-2)和-1.45323×10^(-9)Td^(-4);通过不同浓度样品的信号响应,研究了UV-FAIMS对水中氨的检出限,在信噪比为3的情况下达到了9.2μg/L。本研究为水中氨现场检测提供了一种快速、无需前处理的技术手段。

紫外光离子源-高场不对称波形离子迁移谱检测环境中挥发性有机物

本研究采用紫外光离子源-高场不对称波形离子迁移谱(UV-FAIMS)快速检测环境中挥发性有机物。选取苯和对二甲苯为研究对象,并分析了分离电压、流速等因素对其分离识别的影响。实验结果表明:当分离电压值为0~1 200V时,苯和对二甲苯信号强度逐渐降低,而特征补偿电压值却逐渐增加。实验选取分离电压值为900V,当载气流速为0~240L/h时,苯和对二甲苯的特征离子峰信号强度逐渐增加,当载气流速为0~120L/h时,苯和对二甲苯团簇峰信号强度增加,当载气流速为120~240L/h时,苯的团簇峰信号强度增加,而对二甲苯的团簇峰信号强度降低。此外,对样品浓度、信号强度与噪声的比值进行探讨,获得UV-FAIMS检测苯的检测限为0.011mg/m3。

高场非对称波形离子迁移率谱的正弦切割波形产生与离子分离特性

高场非对称波形离子迁移率谱(FAIMS)是一种利用不对称电场进行气相离子分离和检测的新技术。本文使用一种基于单电感反激电路产生正弦切割波形的方法,实现FAIMS的非对称分离电场,分析了该正弦切割波形在在0.8 MHz～1.4MHz频率范围的波形变化规律;使用10.6 eV(λ=116.5 nm)紫外灯为离化源的平板型FAIMS器件,研究在正弦切割波作用下的离子分离效果。结果表明,所产生的正弦切割波的正弦部分不随频率变化,当频率变化到1 MHz(即正弦部分与整个周期比值到达0.42)时,离子分离效果和检测分辨率最优。

常见伤口感染细菌高场不对称波形离子迁移谱识别算法

目的:使用模式识别算法对常见伤口感染细菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌)TH肉汤培养液及纯TH培养液的高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS图谱)进行分类识别。方法:使用FAIMS分析仪收集了4种样品的训练及测试样本。预处理后,用主成分分析和线性判别分析对样本进行降维和特征提取,得到了训练集和测试集的空间三维分布模型,再用最近邻规则算法进行样本识别。结果:特征提取后,正负模式样本均具有良好的分离效果,并且正模式可分性明显优于负模式。当K取合适的值时,正负模式识别率分别可达90%和70%以上。对于本文的数据模型,K取值等于或最接近每类样本数的奇数为最佳。结论:该种算法可用于常见伤口感染细菌肉汤培养液FAIMS图谱的分类及识别。

基于高场不对称波形离子迁移谱技术的细菌培养液检测

目的:利用高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)技术检测并识别常见伤口感染细菌。方法:在合适的实验条件下,用FAIMS分析仪检测大肠杆菌(ECO)、金黄色葡萄球菌(SAU)、铜绿假单胞菌(PAE)的TH肉汤培养液及纯TH肉汤培养液4种样品,得到其离子迁移谱图。分析谱图形状,提取峰值点,通过对比分析确定3种细菌TH培养液的特征离子峰。结果:ECO与SAU均有有别于另外3种样品的稳定特征离子峰,特征峰可用场强、补偿电压、离子电流值3个参量确定。PAE出现两个特征峰,其中一个不稳定出现,但依然可凭借第二个特征峰进行辨别。结论:FAIMS技术可对ECO、SAU、PAE这3种常见细菌的TH肉汤细菌培养液进行甄别,为伤口感染的快速检测提供一定的可行性。

高场不对称波形离子迁移谱分离检测3种二甲苯同分异构体

二甲苯的3种同分异构体邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯的分离和同时检测难度极大。本研究采用自制的真空紫外光电离源高场不对称波形离子迁移谱仪,提出了"指纹特征获取-分离参数选择-异构体实验分析"的同分异构体检测方法,进行了邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯3种同分异构体同时检测的研究。在二甲苯异构体指纹谱图分析的基础上,提取了邻、间、对二甲苯的特征离子峰,基于分离电压幅值-峰位置关系分析,以及谱图叠加的方法,确定了最佳分离条件为分离电压700 V、载气流量400 L/h。在此条件下,得到邻、间、对二甲苯特征离子峰峰位置分别为4.36、14.96和11.16 V,保持了较大的间距,同时与二甲苯混合物检测谱图中峰位置为4.33、14.71和11.25 V的离子峰保持了良好的一一对应关系,误差仅为0.03、0.25和0.09 V。采用本方法实现了二甲苯混合物的同时分离检测,验证了方法的准确性。在保留特征离子峰的前提下,间二甲苯检出限为0.047 mg/m^3,低于国家标准GB/T 18883-2002规定的二甲苯室内空气检出量0.20 mg/m^3,线性范围为0.24～2.40 mg/m^3。本研究为二甲苯异构体的检测提供了技术支持,同时为UV-FAIMS对同分异构体的快速、高精度检测提供了参考方法。

高场不对称波形离子迁移谱快速检测水样中苯含量

建立了高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)检测水中苯含量的分析方法。研究了不同分离电压(Dispersion voltage,DV)下的苯标准谱图,获得用于苯识别的非线性函数二阶α2及四阶α4系数值分别为-3.8×10-5Td-2和5.1×10-8Td-4;通过平衡灵敏度与分离度,得到用于苯识别的最佳分离电压为800 V;通过不同质量浓度(0.08~0.64 mg/L)的苯样品与苯离子信号强度的关系,确定高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)对水中苯的检出限为0.89μg/L,远优于国家饮用水中苯浓度的限值10μg/L。本研究为水中苯检测提供了一种快速、高灵敏的方法。

一种基于厚膜工艺的高集成度FAIMS迁移管的研制

基于厚膜工艺,研制了一种集成有进样接口、气路接口、温控元件和离子源固定装置等外围功能模块的高集成度FAIMS迁移管,阐述了其结构特征和制作方法。为验证其性能,搭建了相应的FAIMS外围检测平台,以丙酮和甲苯为样品进行实验,得到了它们的FAIMS谱图,并与基于MEMS工艺的非集成FAIMS迁移管所测得的丙酮和甲苯的谱图比较,证明了高集成度迁移管在功耗、漏电流、气密性、灵敏度、分辨率和稳定性等方面的优异性能,说明高集成度迁移管适合作为小型化FAIMS独立检测系统的核心器件。

放大器的线性失真和非线性失真

分析了失真产生的原因 ,又通过具体电路的具体波形分析了线性失真和非线性失真的区别与联系 ;

基于LTCC技术的微型FAIMS生化气体传感器制备

陶瓷具有稳定的电特性、机械鲁棒性、化学惰性和超强的可塑性,因而得到广泛的应用。采用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺技术和新型屏蔽电极的设计实现生化气体传感器的制备。气体传感器采用高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)原理,通过丝网印刷技术来实现迁移电极、屏蔽电极、测试电极等功能器件的安置,并且在气流通路中填入碳膜(印刷碳浆料)有效地防止了层压中气流通路的坍塌,保证了气流通路上下极板的平整,使得所制传感器的功能精度得到了有效的保证,避免了器件间的封装、引线外连,为生化气体传感器的稳定工作奠定基础。

基于厚膜工艺的微型FAIMS生化气体传感器设计

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气体传感器。在大气压环境下,采用波长116.5 nm、电离能为10.6 e V真空紫外灯离子源对样品进行电离。迁移管的制作采用厚膜工艺,将迁移区和检测区集成到了陶瓷芯片上,迁移区由上下两块平板电极构成,尺寸为20 mm×10 mm×0.45 mm;检测区尺寸为8 mm×10 mm×0.45 mm。搭建了相应的FAIMS外围检测平台,以丙酮和甲苯为样品进行实验,通过高场非对称波形离子迁移谱技术进行传感器的性能验证实验,实验得到了它们的FIAMS谱图,表明所设计的基于FAIMS原理的气体传感器可以实现离子分离和过滤功能。

基于UV-FAIMS的挥发性氯代苯检测方法

挥发性氯代苯是一类典型的环境有机污染物,离子迁移谱(IMS)是一种大气压下基于离子迁移率的快速现场检测技术。采用自制的真空紫外离子源-高场不对称波形离子迁移谱(UV-FAIMS),对空气中氯苯、对二氯苯、邻二氯苯、间二氯苯进行了检测。获取了不同分离电压条件下的CV-I谱图,并以此得到了四种物质的CV-DV指纹谱图。在指纹谱图支持下,设计了对二氯苯、邻二氯苯、间二氯苯三种同分异构体最优化分离检测参数,结果表明在800和1 000V的分离电压下,通过特征峰的选取,在补偿电压(CV)为20.4V(DV=800V),3.2V(DV=800V)和11.9V(DV=1 000V)处三种物质的混合物可以得到有效的分离识别。研究了流速对谱图峰位置和峰形的影响,得到不同流速下灵敏度和识别精度关系,为优化流量的选取提供了依据。在特征识别前提下考察了DV=450 V条件下,CV=4.3 V的对二氯苯特征峰的UVFAIMS检测限,结果高达0.05mg·m-3。该研究为卤代苯等多同分异构体苯类环境污染物的快速高精度检测提供了一种方法参考。

Peak Profile Analysis in High Field Asymmetric Wave Ion Mobility Spectrometry

High field asymmetric wave ion mobility spectrometry （FAIMS） is a powerful tool to detect and characterize gas-phase ions, while the unsolvable partial differential equation of ions moving in ion drift tube poses a big challenge to FAIMS spectral peak analysis. In this work, a universal and effective model of FAIMS spectral peak profile has been proposed by introducing ion trajectory and loss height. With this model, the influence of the structure of ion drift tube, dispersion voltages, compensation voltages, and carrier gas flow rate on the FAIMS spectral peak characteristics like peak shape, full width at half maximum and peak height is analyzed and discussed. The results show that the influence of different factors on the FAIMS spectral peak profile can be qualitatively described by the model which agrees with the experimental data.