[发明专利]一种用于高气密性离子迁移管的离子接收极装置

说明书

本发明提供一种用于高气密性离子迁移管的离子接收极装置。一方面，离子接收极中，法拉第盘通过套设于其上的锥形绝缘密封卡套、压力弹簧和紧固螺母，实现其与圆筒状金属屏蔽电极间的绝缘固定和弹性密封，确保离子迁移管工作在高低温连续变化的环境中，离子接收极内法拉第盘与金属屏蔽电极之间不发生气体泄露现象；另一方面，离子接收极中，通过在圆筒状金属屏蔽电极上增设金属屏蔽转接头，使法拉第盘与金属屏蔽转接头直接形成“外筒+内柱”结构、寄生电容低于1pF的SMA接口，实现离子接收极与微电流放电器之间微弱脉冲电流信号的无畸变传输。本发明所公开离子接收极装置，避免密封胶、橡胶O圈等热不稳定性密封材料的使用，具有抗震动、抗高低温变化的特性，适用于高气密性、超高分辨离子迁移管的构建。

技术领域

本发明涉及离子迁移管中离子接受极，具体地讲，是一种适用于高气密性、超高分辨离子迁移管使用的离子接收极装置。

背景技术

离子接收极是离子迁移管的重要部件之一，它的气密性以及脉冲电流信号传输特性，直接影响离子迁移管的气密性、灵敏度、分辨能力等性能。

前期研究中，杜永斋、陈创、仓怀文等人先后提出了多种离子接收极装置的设计方案(CN103165385、CN103165386、CN201210540616、CN201210566367、CN201310690978、CN204332899)。这些离子接受极装置，通常采用绝缘材料、O圈等实现离子接受极中法拉第盘的简单固定和密封，未考虑离子接收极在高低温变化环境中工作时的气密性。

针对离子接收极对微弱脉冲电流信号的传输特性，王卫国等人公开了一种适用于快速极性切换离子迁移管使用的离子接收极设计方案(CN109884157)。该方案，可以有效消除离子迁移管上电压极性切换在法拉第盘上产生的诱导电流，但未涉及其对微弱脉冲电流信号的保真传输问题。

发明内容

本发明的目的提供一种适用于高气密性、高分辨离子迁移管的离子接收极装置。一方面，利用锥面配合和压力弹簧挤压的方式实现离子接收极内部法拉第盘的固定和气相密封，避免密封胶、橡胶O圈等热不稳定性密封材料的使用；另一方面，在离子接收极中，基于法拉第盘直接构建“外筒+内柱”结构、寄生电容低于1pF的SMA接口，实现离子接收极与微电流放电器之间微弱脉冲电流信号的无畸变传输。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于高气密性离子迁移管的离子接收极装置，包括法拉第盘；

法拉第盘包括一平板状圆盘，其左侧端面为离子接收面，于圆盘的右侧端面中部设置有一与圆盘同轴的垂直于离子接收面的柱状体；

法拉第盘离子接收面垂直于法拉第盘的轴线，于远离法拉第盘离子接收面一侧设置有左右二端开口金属的内部腔室为圆锥台体的筒状屏蔽电极，法拉第盘的柱状体从屏蔽电极的左开口端经筒状屏蔽电极的内腔(内部的中空区域)穿出至屏蔽电极右开口端外部，屏蔽电极内腔直径沿屏蔽电极的轴线从左至右逐渐增大，靠近法拉第盘离子接收面的屏蔽电极端内腔直径最小，于靠近法拉第盘离子接收面的屏蔽电极左开口端面与法拉第盘的圆盘右侧端面间设置有片状绝缘密封环，于屏蔽电极的内壁面与法拉第盘柱状体之间设置有带有轴向通孔的圆锥台状的绝缘密封卡套，绝缘密封环和绝缘密封卡套均套设于法拉第盘的柱状体上；绝缘密封卡套的右侧端面直径大于左侧端面直径，绝缘密封卡套的左侧端面直径大于屏蔽电极左侧开口端的内径；

于远离法拉第盘离子接收面的柱状体右端外壁面上设置有外螺纹，于柱状体右端通过外螺纹端螺合有带内螺纹的紧固螺母，于紧固螺母与绝缘密封卡套间设置有圆环形压力弹簧，压力弹簧套设于法拉第盘的柱状体上，压力弹簧左右两个轴向端面分别与绝缘密封卡套和紧固螺母相抵接，实现法拉第盘与屏蔽电极之间的绝缘固定、弹性密封连接；

于远离法拉第盘离子接收面的屏蔽电极右端的外壁面上设有外螺纹，一金属的圆筒状屏蔽转接头的右端带有外螺纹、左端带有内螺纹，屏蔽转接头套设于法拉第盘柱状体上，屏蔽转接头与屏蔽电极通过内外螺纹相螺合并固定；