小型磁偏转质谱计性能实验研究

自主研发了小型磁偏转质谱计,并对其质量范围、分辨本领、灵敏度和最小可检分压力四个主要性能指标进行了实验测试和比对。结果表明,该质谱计的质量范围为(1~143)amu,相对N2的分辨本领为1400,灵敏度为4.2×10^(-5)A/Pa,最小可检分压力为9.5×10^(-7)Pa。该测试和比对结果为磁偏转质谱计进一步的优化设计和性能提高奠定了重要基础。

小型磁偏转质谱计研究

基于磁质谱离子光学成像聚焦原理对其离子光学系统、离子源和质量分析器的物理参数及几何结构尺寸进行优化,研制了新型小型磁偏转质谱计,其质量为4.3 kg,体积为(220×164×162)mm^(3),功耗为25 W。对质谱计的质量范围、灵敏度、分辨能力、最小可检漏率和稳定性等性能指标开展实验研究。结果表明,该质谱计的质量范围为1~134 u,大通道和小通道50%峰高处的分辨能力分别为56和13,对氩气、氮气和氦气的灵敏度分别为1.63×10^(-4)、1.17×10^(-4)、2.3×10^(-5)A/Pa,最小可检漏率为1.24×10^(-10)Pa·m^(3)/s,仪器在3.5 h内的稳定性为2.5%。

空间磁偏转质谱计校准装置设计及校准方法研究

为确保磁偏转质谱计空间探测应用测量数据的准确性,设计了一套校准装置对磁偏转质谱计进行地面校准。本文介绍了装置的结构设计,并根据校准装置和磁偏转质谱计自身的特点,提出了二种校准方法,分别为:分压力测量法和标样气体法。研究表明,校准装置的极限真空度可达到5×10^(-8)Pa,二种校准方法对应不同的校准范围,可将质谱计的校准下限延伸至10^(-8)Pa,比国内目前已报道的质谱计的校准下限低1~2个量级。

小型磁偏转质谱计磁场的分析计算

磁偏转质谱计是根据离子在磁分析器中运动时,不同质荷比的离子有不同的偏转半径原理来实现质量分离的。磁场大小和分布对质谱计的性能影响较大,因而设计时需要对质谱计磁场分布进行精确计算。应用有限元法建立了计算质谱计磁分析器磁场的物理模型,并利用这一模型计算了磁分析器磁感应强度在空间的分布情况。结果表明,在半径分别为20 mm和50 mm的1/4圆弧轨道上,其磁场分布规律类似。由于边缘磁场效应,在磁铁边界区域约3 mm范围内,磁感应强度基本呈直线下降,这一结果为磁分析器的结构优化和边缘场补偿提供了理论依据。

小型磁偏转质谱计离子源设计与验证

离子源是质谱计的"心脏",其很大程度上直接决定了质谱计的灵敏度、分辨率等主要性能指标,因此需要对其结构和供配电关系等精心设计。针对空间环境探测应用目标,开展了小型磁偏转质谱计离子源的设计、仿真分析和试验测试。阐述了离子源的设计结构、供配电关系以及仿真分析和试验验证情况。通过分析得到了电压参数对离子束引出能力和束发散角的影响结果,通过试验验证了离子源的主要性能指标和抗力学环境能力满足设计要求。

小型磁偏转质谱计研究现状及进展

小型磁偏转质谱计因稳定性好、定量性好、丰度灵敏度高、结构简单、体积小、功耗低等特性,广泛应用于诸多领域实现原位实时气体成分分析。首先介绍了单聚焦磁偏转质谱计、串联式双聚焦磁偏转质谱计和正交式双聚焦磁偏转质谱计三种磁偏转质谱计的工作原理和特点,并对其最新研究现状进行了综述,最后介绍了微机电系统(MEMS)技术在质谱计小型化中的应用并对小型质谱计的发展方向进行了分析。

磁偏转质谱计高压扫描电源的设计

文中针对磁偏转质谱计用高压扫描电源的应用需求,设计了一种可靠性较高的适用于卫星用磁偏转质谱计的高压扫描电源电路,详细论述了总体电路设计、串联调节母线设计、倍压整流电路设计、变压器设计等,最后进行了仿真和测试,给出了结论。

小型单聚焦磁偏转质谱计及校准研究

介绍了自主研制的单聚焦小型磁偏转质谱计物理单元和电路系统的设计参数及结构组成。对单聚焦小型磁偏转质谱计的质量数范围、分辨率和灵敏度进行了校准实验研究。研究结果表明,单聚焦小型磁偏转质谱计的质量数范围为1~134 amu,相对分辨率为35,电子倍增器模式下N_(2)、Ar和He的灵敏度分别为1.6×10^(-4)A/Pa、1.2×10^(-4)A/Pa和2.3×10^(-5) A/Pa。研制的单聚焦小型磁偏转质谱计在真空检漏和质谱分析领域具有广泛应用需求。

空间小型磁偏转质谱计的研制

随着我国空间探测的不断发展和精细化研究,质谱计在航天活动中起着越来越重要的作用,但空间用质谱计很难从国外进口,为了解决我国空间探测的急需,我们研制了完全自主知识产权的空间小型磁偏转质谱计,2012年11月在我国新技术试验卫星上实现了成功搭载,已经过近两年时间的空间测试,探测出了地球卫星轨道上的气体成分以及卫星放出的气体成分,空间小型磁偏转质谱计的研制成功将为后续质谱计在空间的广泛应用打下坚实的基础。空间小型磁偏转质谱计由物理部分、电控单元、高压电源三部分组成,体积170 mm×165 mm×165 mm,质量4.5 kg,功耗18 W,质量数范围：1-90 u,最小可检离子流10-13A。

离子在磁分析器中的运动轨迹模拟计算

在小型磁偏转质谱计研制过程中,对带电离子在磁分析器中的运动轨迹的模拟计算是必不可少的。在采用有限元法分析并计算了磁分析器空间磁场的分布情况基础上,考虑边缘磁场效应,对带电离子在磁分析器中的运动轨迹进行了模拟计算,其模拟结果为小型磁偏转质谱计的离子源和接收器位置确定提供了重要的理论依据。