基于离子迁移谱的检测仪系统设计.pdf

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1、2010年第29卷第3期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)71基于离子迁移谱的检测仪系统设计张飞军，江海河(中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031)摘要：介绍了基于离子迁移谱(IMS)技术的检测原理，设计了离子迁移管传感器，并在其基础上构建了嵌入式数据采集与显示系统，在嵌入式系统上移植了应用程序，并进行了相关测试。关键词：离子迁移谱；离子化；嵌入式系统；A／D转换器中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)03--0071-03Designofdetect

2、orsystembasedonIMSZHANGFei-jun，JIANGHai—he(AnhuiInstituteofOpticsFineMechanics，ChineseAcademyofSciences，Hefei230031，China)Abstract：Thedetectiontheorybasedonionmobilityspectromer(IMS)isdescribed．Anionmobilitytube(IMT)sensorisdesigned．Anembeddeddataacquisitionanddisplayingsystemisesta

3、blished．ApplicationprogramandtestiSalSOmade．Keywords：ionmobilityspectromer(IMS)；ionization；embeddedsystem；A／Dconve~er0引言计了用电晕放电电离的方式取代放射性物质作为离子离子迁移谱检测仪是一种利用离子迁移谱(ionmobili-源。即离化区高压栅极，高压栅极强电场产生高能电子，高tyspectrometer，IMS)技术的专用探测仪。IMS技术是一项能电子与空气中的水氧气等气体分子碰撞后，形成反应物专门的新型技术J，在确定的温度、气压、电场条件下

4、，通H(HO)和0(HO)。被测样品进入离化区后与反应过精确测定离子在电场作用下穿过固定距离的迁移时间，物碰撞而被离子化，如图1。迁移气出口来确定被测可疑物质中是否具有某些化学成分的分子。因^，一离子门迁移气入口为不同物质的迁移率具有惟一性，所以，其迁移时间也具有样品El。""▲惟一性。IMS检测仪具有灵敏度高、分析速度快、体积小、A．V。夔靛离化区’l；—样品◆离子一迁移区迁移气Ul卜”重量轻、耗能少的优点，特别适合于爆炸物、化学战剂和毒高压电场品的痕量探测。在当今世界性反恐、禁毒的大形势下，该仪图1离子迁移管原理器越来越多地受到各国相关部门的重视，近年来陆

5、续推出Fig1Theoryofionmobilitypipeline了商品化仪器。具有代表性的有SmithDetection公司生产离子门由嵌入式数据采集系统控制开启和关闭，样品的Ionscan系列，已经成功地用来对机场随身携带行李进行离子在电场的作用下漂移至检测器，即电荷采集器，用以获日常安全检查。另外，还有便携式Sabre4000离子迁移谱得离子流信号，通常用法拉第盘，盘的弧度向外反射掉离子仪，既可以用来测定爆炸物颗粒，又可以测定爆炸物蒸气。残骸，不影响新的离子收集。采集到的离子电荷作为信号本文介绍一种基于IMS气技术的痕量爆炸物检测仪器的电流一般在nA级

6、，经放大后进人信号处理系统对离子流设计。峰时间进行测定和计算比对迁移率。在法拉第盘前面应加1离子迁移管的原理与设计上一个网型栏栅，以防止电荷的堆积和屏蔽离子门开启和采用薄壳不锈钢作为迁移管外壳，密封且电屏蔽，也容关闭时电压脉冲对电荷采集所造成的噪声，提高探测效率；易做得轻小；金属气化室要升温快，温度均匀，能达到高的栏栅和法拉第盘之间距离产生的场强对信号的测量影响较气化温度，使气化效率高，一般达到200~300oC以上；传统大，栏栅应交流接地。设置合适的各点电场值是探测仪灵的IMS采用放射性物质63Ni为离子源，虽然有着稳定的优敏测定微量物质的基础，在离子迁移管

7、上加热保温的热源点，但放射性物质的管理和使用会受到很大的限制。本文设还不能产生纵向磁场影响离子的迁移，采用相邻电流方向收稿日期：2009-07--02基金项目：江苏省高技术研究计划资助项目(BG2007015)；国家“863”计划资助项目(2008AA05Z422)72传感器与微系统第29卷相向来消除磁场。每一种化合物的漂移时间不同，故在检采用ADS7805芯片。ADS7805是一种16位精度，l0s采测结果的时间点上体现在不同的波峰位置上。样时间的CMOS结构模数转换器，它采用了SAR技术，集成2嵌入式数据采集与处理系统设计]有高精度的内部参考电源、跟踪保持

8、电路和内部时钟电路。用于安检的仪器需要